• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제34권7호
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• pp.1385-1394
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• 2024

Collagenolytic proteases are widely used in the food, medical, pharmaceutical, cosmetic, and textile industries. Mesophilic collagenases exhibit collagenolytic activity under physiological conditions, but have limitations in efficiently degrading collagen-rich wastes, such as collagen from fish scales, at high temperatures due to their poor thermostability. Bacterial collagenolytic proteases are members of various proteinase families, including the bacterial collagenolytic metalloproteinase M9 and the bacterial collagenolytic serine proteinase families S1, S8, and S53. Notably, the C-terminal domains of collagenolytic proteases, such as the pre-peptidase C-terminal domain, the polycystic kidney disease-like domain, the collagen-binding domain, the proprotein convertase domain, and the β-jelly roll domain, exhibit collagen-binding or -swelling activity. These activities can induce conformational changes in collagen or the enzyme active sites, thereby enhancing the collagen-degrading efficiency. In addition, thermostable bacterial collagenolytic proteases can function at high temperatures, which increases their degradation efficiency since heat-denatured collagen is more susceptible to proteolysis and minimizes the risk of microbial contamination. To date, only a few thermophile-derived collagenolytic proteases have been characterized. TSS, a thermostable and halotolerant subtilisin-like serine collagenolytic protease, exhibits high collagenolytic activity at 60℃. In this review, we present and summarize the current research on A) the classification and nomenclature of thermostable and mesophilic collagenolytic proteases derived from diverse microorganisms, and B) the functional roles of their C-terminal domains. Furthermore, we analyze the cleavage specificity of the thermostable collagenolytic proteases within each family and comprehensively discuss the thermostable collagenolytic protease TSS.

• 미생물학회지
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• 제29권6호
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• pp.345-352
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• 1991

A serine proteinase of molecular weight 60 kd was purified from culture supernatant of P. aeruginosa using DEAE-Trisacryl M ion-exchange and AcA 54 gel filtration column chromatography, and the properties of serine proteinase were characterized. By means of SDS-polyacrylamide gel electrophoresis, the molecular weight of the enzyme was 55 kd. The optimal pH for the activity of purified enzyme was 7.5. The activity of the purified enzyme was completely inhibited by Di-isopropylfluorophosphate(DFP) and N-.alpha.-p-tosyl-L-lysine choloromethyl detone(TLCK) but not by other proteinase inhibitors such as E-64, pepstatin A, 1, 10-phenanthroline. The purified enzyme was capable of degrading type I and type IV collagen. Antisera obtained from hymans infected with Pseudomonas aeruginosa reacted to the purified serine proteinase in immunoblots. These results indicate that the purified enzyme is trypsin-like serine proteinase and this enzyme of P. aeruginosa may play an important role in tissue damage as a spreading factor and may be useful for serodiagnosis of Pseudomonas infections.

• 생명과학회지
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• 제15권4호
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• pp.657-663
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• 2005

Collagnase는 천연 collagen의 triple-stranded helix를 분해할 수 있는 protease로서 조직의 수복과 재생 과정에서 collagen의 재형성과 세포의 이동에 아주 중요한 역할을 하고, 숙주 감염시에는 collagen 기질을 빠르게 분해함으로써 감염을 돕는다. 본 연구에서는 일반가정에서 식용하는 김치로부터 collagenase를 생산하는 균주를 분리하여 Bacillus subtilis로 동정하였으며 이를 Bacillus subtilis JS-17이라 명명하였다. Bacillus subtilis JS-17이 생산하는 collagenase의 최적 생산 조건은 $1.5\%$ fructose, $1\%$ yeast extract, $0.5\%\;K_2HPO_4,\;0.4\%\;KH_2PO_4,\;0.01\%\;MgSO_4{\cdot}4H_2O,\;0.1\%\;citrate,\;0.1\%\;CaCl_2(pH\;7.0)$의 배지에서 $30^{\circ}C$, 200 rpm으로 72시간 동안 배양하는 것이다. 최적 조건에서 Bacillus subtilis JS-17이 생산하는 collagenase를 Amberlite IRA-900 column chromatography, Sephacryl S-300 HR column chromatography, DEAE-Sephadex A-30 column chromatography를 거쳐 분리 정제하고, 얻어진 정제 효소의 특성에 대하여 검토하였다. 정제된 collagenase의 비활성은 growth medium에서 192.1 units/mg였고, $1.1\%$의 수율로 얻어졌으며 분자량은 28 kDa이었다. 정제된 collagenase는 $55^{\circ}C$까지는 $100\%$의 활성을 유지하였고 $65^{\circ}C$에서도 $60\%$ 정도의 활성을 유지하였다. 또한 pH $6.0\~9.8$에서 $60\%$ 이상의 활성을 유지하였다. 정제된 collagenase는 metalloprotease inhibitor인 EDTA와 O-phenanthroline에 의해 효소 활성이 감소하였을 뿐만 아니라 Ammoninum persulfate, L-cysteine, N-ethylmaleimide, SDS, $NaN_3$, NaF, $KMnO_4$, PMSF에 대해서도 활성이 감소하였다. 정제된 collagenase를 여러 가지 기질에 대해 효소 활성을 비교한 결과 collagen (type I)에 대해 기질 특이성을 가지고 있었다.

• Parasites, Hosts and Diseases
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• 제32권4호
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• pp.231-242
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• 1994

자연 감염된 가재에서 폐흡충의 피낭유충을 분리하고 개에 경구 감염시켜 성충을 얻었다. 폐흡충 성충의 조효소를 ion-exchange chromatography, affinity chromatography와 gel filtration chromatoglaphy를 실시하여 cysteine proteinase를 순수 정제하였다. 이들 효소의 생화학적 특성과 분해능을 관찰하였으며. 효소면역전기영동이적법을 이용하여 순수 정제한 효소의 항원성을 관찰하였다. 정제된 효소는 저분자 합성기질인 CBZ-arg-arg-AFC 보다 CBZ-phe-arg-AFC에서 높은 활성을 보였으며. 이들 효소는 thiol-dependent이었다. 정제된 효소 및 조효소의 최적 pH는 5.5이었고. 최적 mole 농도는 0.1 M(0.1 M sodium citrate, pH 5.5)이었고, 이들 효소는 $4^{\circ}C$에서 48시간 동안 80%의 안정성을 보였다 정제된 효소의 native 분자량은 20.000 dalton이었고, SDS- PAGE상에 나타난 분자량은 17,500 dalton이었다 정제된 효소는 cysteine proteinase 특이 억제 인자인 E-64, lodoacetic acid, NEM에 의해 활성이 완전히 억제되었으며, serine proteinase, aspartic proteinase 및 metallo proteinase 특이 억제인자에 의해 활성이 억제되지 않았다. 정제된 효소는 collagen(Type I)과 hemoglobin을 분해하였고, 효소면역전기영동이적법으로 정제된 효소의 항원성을 확인하였다.

• Journal of Nutrition and Health
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• 제42권6호
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• pp.505-515
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• 2009

본 연구에서는 비타민 C, silicon, 철분을 농도별로 피부섬유아 세포에 처리 후 콜라겐 합성 효소인 PH, LH의 mRNA와 protein 발현 및 분해 효소인 MMP-1와 저해제인 TIMP-1의 mRNA, protein 발현의 변화를 대조군과 비교 분석하였으며 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1) 피부 섬유아세포에서 비타민 C의 처리는 콜라겐 합성 효소인 PH의 mRNA 발현을 대조군에 비해 현저하게 증가시켰고 이와 병행하여, PH의 protein 발현도 대조군에 비해 유의적으로 증가하였다. 그러나 다른 콜라겐 합성 효소인 LH의 mRNA 발현에는 영향을 미치지 않았으나 protein의 발현을 증가시켰다. 또한, 콜라겐 분해 효소인 MMP-1의 mRNA 발현은 대조군에 비해 유의적으로 증가시켰으나 protein 발현에서는 대조군과 차이가 없었다. 2) 피부 섬유아세포에서 silicon의 혈중 내 농도 처리는 LH의 mRNA 발현의 현저한 증가와 더불어 protein 발현에도 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 콜라겐 분해 효소인 MMP-1과 저해제인 TIMP-1의 단백질 발현을 대조군에 비해 증가시켰다. 3) 피부 섬유아세포에서 철분의 혈중 내 농도 처리는 콜라겐 합성 및 분해 관련 효소의 mRNA 및 protein 발현에 영향을 미치지 않았다. 결론적으로, 피부섬유아세포에서 비타민 C 및 silicon의 처리는 콜라겐의 posttranslational modification 관련 효소의 mRNA의 발현 및 단백질의 발현을 증가시켜 궁극적으로 콜라겐 합성에 긍정적인 영향을 나타내었다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제41권2호
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• pp.508-519
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• 2024

본 연구에서는 주박의 기능성 화장품 소재로서의 활용 가능성을 평가하기 위해 분획물에 따른 항산화 활성평가와 인간섬유아세포인 CCD-986sk 세포에서의 주름효능 평가를 진행하였다. ABTS⁺ radical 소거능 측정을 통해 항산화 활성을 확인한 결과, 주박 Ethyl Acetate 분획물 1,000 ㎍/ml 농도에서 75.5%로 나타나 분획 용매 중 가장 높은 항산화 활성을 보였다. Elastase, Collagenase 저해 활성 측정을 통해 주름 개선 효과를 확인하였으며, 두 실험 결과 모두 주박 Ethyl Acetate 분획물이 1,000 ㎍/ml 농도에서 가장 높은 효능을 나타내었다. UVB로 유도된 CCD-986sk 세포 내 pro-collagen type I의 합성율을 측정한 결과 주박은 동일농도에서 20 ㎍/ml에서 Ethyl Acetate, Water, Acetonitrile, Hexan 분획물 순으로 높은 효능을 보였다. 콜라겐 분해효소인 MMP-1의 저해률을 측정한 결과 4가지 용매 분획몰은 20 ㎍/ml에서 모두 70% 이상의 효능을 나타내었다. Real time PCR 실험에서 pro-collagen type I, MMP-1 및 MMP-3의 mRNA 발현량을 측정한 결과 UVB 단독군 대비 Jubak 추출물을 함께 처리했을 때 pro-collagen type I의 단백질 발현량이 증가되었고, MMP-1과 MMP-3의 mRNA 발현량은 감소하는 것을 확인하였으며 대조군(EGCG) 다음으로 Ethyl Acetate 추출물이 주름 개선에 가장 효능이 우수하였다. 이상의 결과로 주박의 용매 분획물 중 Ethyl Acetate 분획물은 UVB 자극에 의한 광노화에 대한 항주름 효과가 있음을 확인하여 화장품의 천연물 소재로서의 이용이 기대된다.

• 미생물학회지
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• 제45권2호
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• pp.193-199
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• 2009

오징어 젓갈로부터 호염성 균주를 분리하여 형태적, 생리 생화학적 특성 및 분자계통학적 분석을 통하여 동정하였고, 이 균주가 세포외로 생산하는 호염성 protease를 정제하여 그 특성을 분석하였다. 본 균주는 NaCl 0~14%, $20\sim55^{\circ}C$ 및 pH 5~8에서 성장하였으며, $35{\pm}5^{\circ}C$, pH 7 및 5% NaCl에서 최적으로 성장하였다. 주요 지방산 조성은 anteiso-$C_{15:0}$ (44.70%), anteiso-$C_{17:0}$ (15.76%) 및 $C_{16:0}$ (13.91%)이었고, menaquinone은 MK-7이었으며, DNA G+C 함량은 50.58 mol%였다. 16S rRNA 유전자 염기서열을 통한 계통분석 결과 Bacillus이었으며 Bacillus sp. SJ-10으로 명명하였다. SJ-10 균주 배양액으로부터 40% 황산암모늄 침전과 Mono Q 컬럼크로마토그래피 과정을 거쳐 collagen과 gelatin을 특이적으로 분해하는 약 40 kDa의 세포외 protease를 정제하였다. 이 효소는 $35{\pm}5^{\circ}C$, NaCl $5{\pm}1%$ 및 pH 8에서 최적 활성을 나타냈으며, pH 5~10 범위에서 안정하였다.

• 동의생리병리학회지
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• 제22권4호
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• pp.871-877
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• 2008

Heme oxygenase-1 (HO-1), an inducible heme-degrading enzyme, is expressed by macrophages and endothelial cells in response to various stresses and mediators of inflammation. HO-1 has been recently implicated in regulation of angiogenesis via expression of VEGF. The purpose of this study was to determine the effects of HO-1 modulation on the collagen-induced arthritis (CIA) model and on angiogenesis via up- regulation of VEGF expression in human synovial fibroblast. DBA/1J mice were treated with an inhibitor of HO-1, tin protoporphyrin IX (SnPP), or with an inducer of HO-1, cobalt protoporphyrin IX (CoPP), from day 1 to day 35 after CIA induction. The clinical evolution of disease was monitored visually. At the end of the experiment, histopathologic changes were examined on the joints. VEGF expression in paws were measured by immunohistochemical stain. mRNA expression of HO-1 and VEGF stimulated with various concentration of $TNF-{\alpha}$, CoPP accessed on human synovial fibroblast by RT-PCR. Effects of pretreatment with SnPP on mRNA expression of HO-1 and VEGF in the presence of CoPP and $TNF-{\alpha}$ in synovial fibroblast was accessed by Real-time RT-PCR. Administration of cobalt protoporphyrin IX significantly induced the inflammatory response, with increased arthritis index and expression of VEGF in the paws of the arthritis models. Treatment with SnPP significantly reduced the severity of CIA through inhibition of joint inflammation and cartilage destruction. The expression of VEGF were also significantly reduced by SnPP treatment in the paw. CoPPIX as inducer of HO-1, increased HO-1 and VEGF expression dose dependently in synovial fibroblast. In contrast, inhibition of HO-1 activity by SnPPIX abrogated CoPPIX-induced HO-1 and VEGF production in synovial fibroblast. Stimulation with $TNF-{\alpha}$ increased HO-1 and VEGF expression itself and showed additive effect on HO-1 and VEGF expression when it treated with CoPP. When SnPP was treated with CoPP and $TNF-{\alpha}$, it abrogated the CoPP induced HO-1 and VEGF expression and also abrogated $TNF-{\alpha}$ induced HO-1 and VEGF expression in synovial fibroblast. The effects of HO-1 induction in rheumatoid arthritis results in aggravation of arthritis via up-regulation of VEGF. I concluded that inhibition of the expression or activity of HO-1 could be a therapeutic target of rheumatoid arthritis.