• Archives of Pharmacal Research
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• 제19권3호
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• pp.219-222
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• 1996

Ephedra olistachya cultures have been known to accumulate $rho-coumaroylamino$ acids by elicitor treatment. Based on their chemical structures, the biosynthetic pathway of$rho-coumaroylamino$acids was postulated and phenylalanine ammonia-lyase (PAL), cinnamic acid 4-hydroxylase (4-CH) and p-coumaroyl CoA: D-Ala p-coumaroyltransferase ($rho-CT$) were supposed to be involved in the pathway. The time course inductions of these enzymes were investigated after treatment of yeast extract, yeast-derived mannan glycopeptide and D-Ala. They were detectable at only 4 hours and reached to their maximum level at 9 hours after onset of elicitor treatment. The activities of PAL and 4-CH were almost disappeared within 24 hours, however, that of $rho-CT$was remained up to 48 hours irrespective of the kind of elicitors. $rho-CT$ showed substrate specificity to D-Ala at crude enzyme extract level.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제29권9호
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• pp.1375-1382
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• 2019

Phenylalanine hydroxylase from Chromobacterium violaceum (CvPAH) is a monomeric enzyme that converts phenylalanine to tyrosine. It shares high amino acid identity and similar structure with a subunit of human phenylalanine hydroxylase that is a tetramer, resulting in the latent application in medications. In this study, semirational design was applied to CvPAH to improve the catalytic ability based on molecular dynamics simulation analyses. Four N-terminal truncated variants and one single point variant were constructed and characterized. The D267P variant showed a 2.1-fold increased thermal stability compared to the wild type, but lower specific activity was noted compared with the wild type. The specific activity of all truncated variants was a greater than 25% increase compared to the wild type, and these variants showed similar or slightly decreased thermostability with the exception of the $N-{\Delta}9$ variant. Notably, the $N-{\Delta}9$ variant exhibited a 1.2-fold increased specific activity, a 1.3-fold increased thermostability and considerably increased catalytic activity under the neutral environment compared with the wild type. These properties of the $N-{\Delta}9$ variant could advance medical and pharmaceutical applications of CvPAH. Our findings indicate that the N-terminus might modulate substrate binding, and are directives for further modification and functional research of PAH and other enzymes.

• 대한유전성대사질환학회지
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• 제20권2호
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• pp.37-43
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• 2020

페닐케톤뇨증(PKU)은 전세계적으로 가장 잘 알려지고 중요한 유전성 대사질환이다. 1950년대 이후 단백제한을 이용한 식사치료를 처음으로 시도하여 성과가 있었던 질환이며 1960년대 이후 신생아선별검사를 통해 조기진단과 조기치료가 가능하게 된 최초의 유전성대사질환이기 때문이다. 단백제한 식사치료의 효과가 좋지만 학동기, 사춘기 이후 성인시기까지 유지하는 것의 어려움이 있고 이시기에 조절이 잘 되지 않았을 경우 경련, 여러가지 정신과적인 문제들, 삶의 질의 감소 등이 문제가 되어서 오랜 기간 치료를 위한 여러 방법들이 제시되었다. 더해서 2014년 미국의학유전학회(American Medical College of Medical Genetics and Genomics, ACMG)에서 전 연령에서 혈중 페닐알라닌 수치를 120-360 umol/L로 제시를 한 이후 더욱 치료의 중요성이 올라갔다. 2000년대 페닐알라닌수산화 효소(phenylalanine hydroxylase, PAH)의 조효소인 tetrahydrobiopterin (BH4)가 치료 승인되어서 약물반응을 보이는 환자에서 치료가 시작되었으며 4세미만에서도 허가가 되어서 이른 시기부터 약물치료를 병행하여 효과를 보게 되었다. 높은 혈중 페닐알라닌수치가 혈액-뇌 장벽(Blood-brain barrier, BBB)을 통하여 뇌로 넘어가서 회백질의 변성을 나타내게 되는 문제를 막기 위해 거대중성아미노산(LNAA)를 이용한 치료가 시도되고 있다. 오랫동안 연구되었던 페닐알라닌을 trans-cinnamic acid와 암모니아로 변화를 시키는 phenylalanine ammonialyase (PAL)을 이용한 효소치료는 최근 약제로 개발되어서 2018년 이후 성인환자를 대상으로 치료가 시작되었고 잘 조절되지 않는 환자들에게 효과를 보이고 있다. PAL을 경구용으로 개발하는 것이 빠르게 진행 중이며 유전자치료에 대한 연구들도 활발하게 진행이 되고 있어 다양한 치료들이 앞으로 기대된다.

• Biomolecules & Therapeutics
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• 제17권1호
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• pp.104-110
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• 2009

Phenylketonuria (PKU) is an inherited metabolic disorder caused by mutations in the phenylalanine catabolic enzyme, phenylalanine hydroxylase (PAH). The use of phenylalanine ammonia-lase (PAL) by oral and parenteral routes as a therapeutic drug for PKU has been severely limited due to inactivation by intestinal proteolysis and immune reactions. PEGylation was applied to PAL to reduce the degrees of antigenicity and proteolytic inactivation. Kinetic experiments with native PAL and pegylated PALs were performed, and pH stability, temperature stability, and protease susceptibility were evaluated. Enzyme linked immunosorbent assay (ELISA) was carried out to measure the immune complex between pegylated PALs and antiserum that had been extracted from a PAL-immunized mouse. Pegylated PAL, especially branched pegylated PAL (10 kDa, 1:32), was more active for phenylalanine and more stable in pancreatic proteases than native PAL. Native PAL was optimal at pH 8.5, corresponding to the average pH range of the small intestine; the same finding was noted for pegylated PALs. All linear and branched pegylated PALs had low reactivity with mouse antiserum, especially the 1:16 formulation with linear 5-kDa PEG and the 1:32 formulation with branched 10-kDa PEG. Therefore, we suggest the 1:32 formulation with branched 10-kDa PEG as the most promising formulation for enzyme replacement therapy.

• 한국약용작물학회:학술대회논문집
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• 한국약용작물학회 2010년도 심포지엄 및 추계학술발표회
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• pp.390-391
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• 2010

• 생명과학회지
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• 제12권3호
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• pp.274-280
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• 2002

Phenylpropanoid pathway 생성물질은 식물의 self-defense에 관계하며 이러한 물질들은 UV뿐 아니라 wounding, pathogen과 같은 environmental stress에 의해 생성되는 것으로 알려져 있다. 벼에서 PAL mRNA 는 UV 조사 후 12시간에서 48시간까지는 증가하였으나 48시간부터 60시간까지는 점점 줄어드는 경향을 보였다. 한편 PAL의 활성은 UV조사 후 24시간에서 가장 높았지만 상처에 의해서는 PAL의 활성이 벼에서는 증가하지 않았다. 그러나 고추에서는 UV조사와 상처를 준 후 24시간과 10시간에서 각각 높은 활성을 나타내었다. 벼와 고추 모두 cinnamic acid 4-hydroxylase의 활성은 상처를 준 후 12시간에서 증가하였지만 UV 조사는 C4H 활성에 영향을 주지 않았다. 이러한 결과로 볼 때 벼와 고추에서는 UV 조사와 상처가 모두 PAL, C4H 효소활성에 영향을 주는 것으로 나타났다.

• 대한유전성대사질환학회지
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• 제4권1호
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• pp.5-12
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• 2004

Purpose Phenylketonuria is an inborn error of metabolism, which is inherited as an autosomal recessive trait. PKU is resulting from deficiency of phenylalanine hydroxylase. PAH gene spans about 90 kb on chromosome 12q and comprises 13 exons. In order to define the genetic basis of PKU and the frequencies and distribution of PAH mutations in the Korean population, we analyzed PAH gene in independent 80 patients with PKU. Methods All 13 exons including exon-intron boundaries and 2 kb of 5' upstream region of the PAH gene were analyzed by PCR-direct sequencing methods. Results PAH gene analysis revealed 39 different mutations including 10 novel mutations. The novel mutations consisted of 9 missense mutations (P69S, G103S, N207D, T278S, P281A, L293M, G332V, S391I and A447P) and a novel splice site variant (IVS10-3C>G). R243Q, IVS4-1G>A, and E6-96A>G were the most relevant mutations and they accounted in the whole for 38% of the mutant alleles identified in this study. We also observed that. $BH_4$ responsibility was. associated with genotype of R241C, R53H and R408Q. Conc1ustion Our present study with 80 participants extends the previous results to more comprehensive understanding of PAH allele distribution and frequency in Koreans. Although Korean mutation profile of PAH is similar to those of the nearest oriental populations (Japanese, Chinese, and Taiwanese), several different characteristic features are revealed. The characterization of the genotype-phenotype relationship was also performed. Our data would be very useful information for diagnosis, genetic counseling and planning of dietary and therapeutic strategies in Korean PAH patients.

• 대한유전성대사질환학회지
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• 제15권2호
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• pp.55-58
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• 2015

Tetrahydrobiopterin ($BH_4$) can normalize blood phenylalanine (Phe) levels in $BH_4$ deficiency, but typically not in phenylketonuria (PKU). In 1999, Kure et al. reported that some PKU patients showed decreased blood Phe levels after $BH_4$ loading, and thereafter, those PKU patients were identified by neonatal PKU screening. A natural cofactor for phenylalanine hydroxylase (PAH) is a 6R-isomer of $BH_4$, which is first synthesized in Japan as Sapropterin dihydrochloride (Biopten$^{(R)}$) in 1982. In Japan, Biopten$^{(R)}$ is first approved for the treatment of $BH_4$ deficiency in 1992, and then for $BH_4$-responsive PAH deficiency (BPKU) in 2008. The discovery of BPKU has vast clinical implications. After Biopten$^{(R)}$ (Kuvan$^{(R)}$) is available for the treatment of BPKU, the QOL of both patients and their families were improved very much, since the serum phenylalanine levels were controlled within 4 mg/dL by $BH_4$ mono-therapy with a normal diet or $BH_4$ combined use of mild phenylalanine-restricted diet. Biopten$^{(R)}$ therapy in patients with BPKU is highly efficacious (70%) at maintaining serum Phe levels within recommended control range and provides excellent safety at least average use period of 10 years (range, 1-17 years) with no unwarranted side effects in Japan. In addition it has been confirmed that sapropterin therapy initiated before 4 years of age was very effective to maintain plasma Phe levels within the favorable range and was safe in Japanese patients with BPKU.

• 생명과학회지
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• 제19권9호
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• pp.1226-1231
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• 2009

페닐케톤뇨증은 상염색체 열성으로 유전되며, phenylalanine-4-hydroxylase (PAH, EC 1.14.16.1)의 돌연변이에 의해 효소 불활성화를 초래하는 질환이다. 최근 유전자 재조합된 phenylalanine ammonia-lyse (PAL)에 의한 효소 대체요법이 보고된 바 있다. 이 효소를 경구용 약제로 개발하기 위하여 효소활성을 나타내기 위한 최적 조건들을 알아야 하며, 위장관내 소화효소에 의해 분해되지 않는 구조적 안정성을 유지하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 PAL의 생화학적 특성을 규명하고, 이를 바탕으로 위장관내 소화효소로부터 저항할 수 있는 변이형들을 만들고자 하였으며, 이러한 구조적 변화를 통하여 효소의 특이 활성도가 유지될 수 있는지를 보고자 하였다. PAL의 특이 활성도를 측정하였고, 효소 활성을 나타내기 위한 최적 pH, 온도 변화에 따른 효소 활성도, 단백분해효소에 의한 활성도 변화를 측정하였다. PAL의 Vmax는 페닐알라닌과 티로신에 대하여 각각 1.77, $0.47{\mu}mol$/ mg x protein로 나타났으며, Km은 페닐알라닌에 대하여 $4.77{\times}10^{-4}\;M$,티로신에 대하여 $4.37{\times}10^{-4}\;M$로 나타났다. 또한 pH 8.5에서 가장 높은 활성을 나타내었는데, 이는 소장의 평균 pH와 유사하다. PAL의 효소 활성은 $-80^{\circ}C$에서 5개월 동안 유지되었으며, $4^{\circ}C$에서 1주일 동안 93.4%의 활성을 유지하였다. PAL은 키모트립신에 의해 쉽게 분해되었으며, 이보다 약한 정도로 트립신, elastase, carboxypeptidase A, B에 의해 분해 되었다. 췌장 소화효소에 대한 저항성을 증가시키기 위하여 트립신, 키모트립신 절단부위 아미노산을 변이시켜 유전자 변이형을 만들었고, 효소 활성도를 측정하였다. 6개의 유전자 변이형은 모두 저하된 효소 활성도를 나타내었는데, Y110H는 0.084, Y110A와 Y110L은 0, R123A는 0.11, R123H는 0.074, R123Q는 0.033으로 나타났다. 이러한 결과는 트립신 및 키모트립신 절단부위 아미노산이 PAL의 효소 활성에 필수적인 역할을 하고 있음을 나타낸다. PAL 변이형은 단백분해작용으로부터 보호할 수 있는 전처치 방법이지만, 페닐알라닌을 효과적으로 저하시키기 위해서 효소활성을 유지할 수 있는 다음 단계의 처치가 필요하다.

• Clinical and Experimental Pediatrics
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• 제51권5호
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• pp.546-550
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• 2008

전형적 페닐케톤뇨증에서 식이 요법을 조기에 실시하지 않으면 생후 1세경에는 지능 지수가 50이하로 심한 정신지체가 된다고 알려져 있으나, 일부에서는 심한 정신 지체를 보이지 않기도 한다. 그 기전은 확실치 않으나 혈장에서보다는 뇌에서의 페닐알라닌 수치와 관련이 있을 것으로 생각되고 있다. 또한 페닐케톤뇨증 여성이 임신을 한 후 식이조절에 실패하게 되면 증가된 혈중 페닐알라닌이 태아에 영향을 주어 출생 후 저체중, 소두증, 선천성 심질환, 발달 지연, 지능 저하, 등이 올 수 있다. 따라서 전체 임신 기간 중 산모의 혈장 내 페닐알라닌을 6 mg/dL 미만으로 유지하도록 조절하여야 한다. 본 증례의 산모는 정신 지체는 아니었으므로, 본인이 페닐케톤뇨증 환자인지 모르고 지내다가 두 자녀를 출산하였다. 첫째아이는 4세경에 타병원에서 페닐케톤뇨증으로 진단받았으며, 저출생체중과 구개열의 수술병력 및 소두증이 있었다. 둘째아이는 페닐케톤뇨증은 아니었으나, 저출생체중과 소두증, 및 발달 지연을 보이고 있다. PAH유전자 분석에서 환아의 어머니는 R243Q/Y325X, 환아의 언니는 Y325X/P407S로 compound heterozygotes 임을 확인하였다. 환아의 아버지와 환아는 각각 P407S/- 및 R243Q/-를 가진 heterozygous 보인자이었다. 따라서 페닐케톤뇨증 환자 중 일부에서는 심한 정신 지체는 없이 일상적인 생활을 하는 경우도 있으므로, 출생아에서 원인이 밝혀지지 않는 저체중, 소두증, 지능 발달 지연 등이 있을 때는 가족력을 확인해 볼 필요가 있다.