Mazumder, Lincon;Hasan, Mehedi;Rus’d, Ahmed Abu;Islam, Mohammad Ariful
Genomics & Informatics
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v.19
no.4
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pp.43.1-43.12
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2021
Campylobacter jejuni is one of the most prevalent organisms associated with foodborne illness across the globe causing campylobacteriosis and gastritis. Many proteins of C. jejuni are still unidentified. The purpose of this study was to determine the structure and function of a non-annotated hypothetical protein (HP) from C. jejuni. A number of properties like physiochemical characteristics, 3D structure, and functional annotation of the HP (accession No. CAG2129885.1) were predicted using various bioinformatics tools followed by further validation and quality assessment. Moreover, the protein-protein interactions and active site were obtained from the STRING and CASTp server, respectively. The hypothesized protein possesses various characteristics including an acidic pH, thermal stability, water solubility, and cytoplasmic distribution. While alpha-helix and random coil structures are the most prominent structural components of this protein, most of it is formed of helices and coils. Along with expected quality, the 3D model has been found to be novel. This study has identified the potential role of the HP in 2-methylcitric acid cycle and propionate catabolism. Furthermore, protein-protein interactions revealed several significant functional partners. The in-silico characterization of this protein will assist to understand its molecular mechanism of action better. The methodology of this study would also serve as the basis for additional research into proteomic and genomic data for functional potential identification.
Kim, Chan-Soo;Chu, Xiang-Qiang;Lagi, Marco;Chen, Sow-Hsin;Lee, Kwang-Ryeol
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.21-21
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2011
A series of Quasi-Elastic Neutron Scattering (QENS) experiments helps us to understand the single-particle (hydrogen atom) dynamics of a globular protein and its hydration water and strong coupling between them. We also performed Molecular Dynamics (MD) simulations on a realistic model of the hydrated hen-egg Lysozyme powder having two proteins in the periodic box. We found the existence of a Fragile-to-Strong dynamic Crossover (FSC) phenomenon in hydration water around a protein occurring at TL=$225{\pm}5K$ by analyzing Intermediate Scattering Function (ISF). On lowering of the temperature toward FSC, the structure of hydration water makes a transition from predominantly the High Density Liquid (HDL) form, a more fluid state, to predominantly the Low Density Liquid (LDL) form, a less fluid state, derived from the existence of a liquid?liquid critical point at an elevated pressure. We showed experimentally and confirmed theoretically that this sudden switch in the mobility of the hydration water around a protein triggers the dynamic transition (so-called glass transition) of the protein, at a temperature TD=220 K. Mean Square Displacement (MSD) is the important factor to show that the FSC is the key to the strong coupling between a protein and its hydration water by suggesting TL${\fallingdotseq}$TD. MD simulations with TIP4P force field for water were performed to understand hydration level dependency of the FSC temperature. We added water molecules to increase hydration level of the protein hydration water, from 0.30, 0.45, 0.60 and 1.00 (1.00 is the bulk water). These confirm the existence of the FSC and the hydration level dependence of the FSC temperature: FSC temperature is decreased upon increasing hydration level. We compared the hydration water around Lysozyme, B-DNA and RNA. Similarity among those suggests that the FSC and this coupling be universal for globular proteins, biopolymers.
The ascomycete Magnaporthe grisea is a pathogen of rice blast and is known to form specialized infection structures called appressoria for successful infection into host cells. To understand the molecular mechanism underlying infection process, appressorium-related genes were identified through global approaches including EST sequencing, differential hybridization, and sup-pression subtractive hybridization. EST database was generated on >2,000 cDNA clones randomly selected from appressorium stage cDNA library. Large number of ESTs showed homology to known proteins possibly involved in infection-related cellular development (attachment, germination, appressorium formation, and colonization) of rice blast fungus. The 1051 ESTs showing significant homology to known genes were assigned to 11 functional categories. Differential hybridization and suppression subtractive hybridization were applied to identify genes showing an appressorium stage specific expression pattern. A number of genes were selected as up-regulated during appressorium formation compared with the vegetative growing stage. Clones from various cDNA libraries constructed in different developmental stages were arrayed on slide glass for further expression profiling study. functional characterization of genes identified from these global approaches may lead to a better understand-ing of the infection process of this devastating plant disease, and the development of novel ways to protect host plant.
Rian Kang;Soomin Park;Saewoon Shin;Gyusoo Bak;Jong-Chan Park
BMB Reports
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v.57
no.7
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pp.311-317
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2024
Brain organoid is a three-dimensional (3D) tissue derived from stem cells such as induced pluripotent stem cells (iPSCs) embryonic stem cells (ESCs) that reflect real human brain structure. It replicates the complexity and development of the human brain, enabling studies of the human brain in vitro. With emerging technologies, its application is various, including disease modeling and drug screening. A variety of experimental methods have been used to study structural and molecular characteristics of brain organoids. However, electrophysiological analysis is necessary to understand their functional characteristics and complexity. Although electrophysiological approaches have rapidly advanced for monolayered cells, there are some limitations in studying electrophysiological and neural network characteristics due to the lack of 3D characteristics. Herein, electrophysiological measurement and analytical methods related to neural complexity and 3D characteristics of brain organoids are reviewed. Overall, electrophysiological understanding of brain organoids allows us to overcome limitations of monolayer in vitro cell culture models, providing deep insights into the neural network complex of the real human brain and new ways of disease modeling.
Microsomal ${\omega}-3$ fatty acid desaturase (FAD3) is an essential enzyme in the production of the n-3 polyunsaturated fatty acid ${\alpha}-linolenic$ acid during the seed developing stage. To understand the regulatory mechanism of the gene encoding the ${\omega}-3$ fatty acid desaturase, a genomic fragment corresponding to the previously isolated perilla seed PfFAD3 cDNA was amplified from perilla (Perilla frutescens Britt) by GenomeWalker PCR. Sequence analysis of the fragment provided with identification of a 1485-bp 5'-upstream region and a 241-bp intron in the open reading frame. To determine the tissue-specificity of the PfFAD3 gene expression, the 5'-upstream region was fused to the ${\beta}-glucuronidase$ (GUS) gene and incorporated into Arabidopsis thaliana. Histochemical assay of the transgenic plants showed that GUS expression was restricted to seed and pollen, showing that PfFAD3 gene was exclusively expressed in those tissues.
Ye, Wenhui;Nanga, Ravi Prakash Reddy;Kang, Cong Bao;Song, Joo-Hye;Song, Seong-Kyu;Yoon, Ho-Sup
BMB Reports
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v.39
no.5
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pp.560-570
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2006
Mistletoe (Viscum album) lectins, which are classified as a type II ribosome-inactivating protein (RIP) due to their unique biological function and the potential medical and therapeutic application in cancer cells, receive a rising attention. The heterodimeric glycoproteins contain the A-chain with catalytic activity and the B-chain with sugar binding properties. In recent years, studies involving the lectins from the white berry European mistletoe (Viscum album) and the yellow berry Korean mistletoe (Viscum album coloratum) have been described. However, the detailed mechanism in exerting unique cytotoxic effect on cancer cells still remains unclear. Here, we aim to understand and define the molecular basis and biological effects of the type II RIPs, through the studies of the recombinant Korean mistletoe lectin. To this end, we expressed, purified the recombinant Korean mistletoe lectin (rKML), and investigated its molecular characteristics in vitro, its cytotoxicity and ability to induce apoptotic cell death in cancer cells. To gain structural basis for its catalytic activity and sugar binding properties, we performed homology modeling studies based on the high degree of sequence identity and conserved secondary structure prediction between Korean and European, Himalayan mistletoe lectins, and Ricin.
Proceedings of the Korean Society for Bioinformatics Conference
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2000.11a
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pp.56-58
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2000
Post-genomics may be defined in different ways depending on how one views the challenges after the genome. A popular view is to follow the concept of the central dogma in molecular biology, namely from genome to transcriptome to proteome. Projects are going on to analyze gene expression profiles both at the mRNA and protein levels and to catalog protein 3D structure families, which will no doubt help the understanding of information in the genome. However complete, such catalogs of genes, RNAs, and proteins only tell us about the building blocks of life. They do not tell us much about the wiring (interaction) of building blocks, which is essential for uncovering systemic functional behaviors of the cell or the organism. Thus, an alternative view of post-genomics is to go up from the molecular level to the cellular level, and to understand, what I call, the "interactome"or a complete picture of molecular interactions in the cell. KEGG (http://www.genome.ad.jp/kegg/) is our attempt to computerize current knowledge on various cellular processes as a collection of "generalized"protein-protein interaction networks, to develop new graph-based algorithms for predicting such networks from the genome information, and to actually reconstruct the interactomes for all the completely sequenced genomes and some partial genomes. During the reconstruction process, it becomes readily apparent that certain pathways and molecular complexes are present or absent in each organism, indicating modular structures of the interactome. In addition, the reconstruction uncovers missing components in an otherwise complete pathway or complex, which may result from misannotation of the genome or misrepresentation of the KEGG pathway. When combined with additional experimental data on protein-protein interactions, such as by yeast two-hybrid systems, the reconstruction possibly uncovers unknown partners for a particular pathway or complex. Thus, the reconstruction is tightly coupled with the annotation of individual genes, which is maintained in the GENES database in KEGG. We are also trying to expand our literature surrey to include in the GENES database most up-to-date information about gene functions.
Cancer has emerged as one of the leading cause of deaths worldwide. A three-dimensional quantitative structure-activity relationship (3D-QSAR) analysis was performed on a series of quinazoline-based anticancer agents. Purpose of the study is to understand the structural basis for their inhibitory activity. Comparative molecular field analysis (CoMFA) technique was employed to develop 3D-QSAR model. Ligand-based alignment scheme was used to generate a reliable CoMFA model. The model produced statistically significant results with a cross-validated correlation coefficient ($q^2$) of 0.589 and a non-cross-validated correlation coefficient ($r^2$) of 0.928. Model was further validated by bootstrapping and progressive scrambling analysis. This study could assist in the design of novel and more potent anticancer agents.
Focal adhesion kinase (FAK) is a potential target for the treatment of primary cancers as well as prevention of tumor metastasis. To understand the structural and chemical features of FAK inhibitors, we report comparative molecular field analysis (CoMFA) for the series of 7H-pyrrolo(2,3-d)pyrimidines. The CoMFA models showed good correlation between the actual and predicted values for training set molecules. Our results indicated the ligand-based alignment has produced better statistical results for CoMFA ($q^2$ = 0.505, $r^2$ = 0.950). Both models were validated using test set compounds, and gave good predictive values of 0.537. The statistical parameters from the generated 3D-QSAR models were indicated that the data are well fitted and have high predictive ability. The contour map from 3D-QSAR models explains nicely the structure-activity relationships of FAK inhibitors and our results would give proper guidelines to further enhance the activity of novel inhibitors.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.02a
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pp.360-360
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2010
Very initial stage of oxidation process of Si (001) surface was investigated using large scale molecular dynamics simulation. Reactive force field potential was used for the simulation owing to its ability to handle charge variation associated with the oxidation reaction. To know the detail mechanism of both adsorption and desorption of water molecule (for simulating wet oxidation), oxygen molecule (for dry oxidation) and their atom constituents, interaction of one molecule with Si surface was carefully observed. The simulation is then continued with many water and oxygen molecules to understand the kinetics of oxide growth. The results show that possibilities of desorption and adsorption depend strongly on initial atomic configuration as well as temperature. We observed a tendency that H atoms come relatively into deeper surface or otherwise quickly desorbed away from the silicon surface. On the other hand, most oxygen atoms are bonded with first layer of silicon surface. We also noticed that charge transfer is only occur in nearest neighbor regime which has been pointed out by DFT calculation. Atomic structure of the interface between the oxide and Si substrate was characterized in atomic scale.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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