Cytochrome P450 (P450) enzymes are the major catalysts involved in the biotransformation of various drugs, pollutants, carcinogens, and many endogenous compounds. Most of chemical carcinogens are not active by themselves but they require metabolic activation. P450 isozymes playa pivotal role in the metabolic activation. The activation of arylamines and heterocyclic arylamines (HAAs) involves critical N-hydroxylation, usually by P450. CYP1A2 plays an important role in these reactions. Broad exposure to many of these compounds might cause carcinogenicity in animals and humans. On the other hand, P450s can be also involved in the bioactivation of other chemicals including alcohols, aflatoxin B1, acetaminophen, and trichloroethylene, both in humans and in experimental animals. Understanding the P450 metabolic activation of many chemicals is necessary to develop rational strategies for prevention of their toxicities in human health. An important part is the issues of extrapolation between species in predicting risks and variation of P450 enzyme activities in humans.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.24
no.6
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pp.859-866
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1995
This study was done to investigate the effects of chronic ethanol feeding on hepatic microsomal cytochrome system, lipid peroxidation and peroxide metabolizing enzyme activities in 2-acetylaminofluorene(2-AAF) treated rats. Male Sprague-Dawley rats, weighing 120~125g, were pair-fed liquid diets containing 35% of total calories either as ethanol or isocaloric carbohydrates for 6 weeks. After 4 weeks of experimental diet feeding, 2-AAF(100mg/kg body weight) was injected twice a week intraperitoneally. Both weight and percent liver weight per body weight were significantly changed by ethanol feeding. Hepatic microsomal lipid peroxide value and the activities of glutathione(GSH) peroxidase and GSH reductase were not changed by either ethanol or 2-AAF treatment. However the analysis of cytochrome systems showed that both ethanol and 2-AAF increased cytochrome P-450 and bs contents although cytochrome P-450 content was moe affected by 2-AAF while cytochrome b5 content by ethanol. Cytosolic GSH S-transferase activity, which is often elevated during chemical carcinogenesis, also significantly increased by either ethanol feeding or 2-AAF treatment. Overall values for the cytochrome contents and GSH S-transferase activities were highest in 2-AAF treated rats fed ethanol. These results might support the hypothesis that the increase in liver cancer risk associated with chronic ethanol consumption might be due to, at least in part, enhancement of carcinogen bioactivation by ethanol.
Drug-drug interactions are a major cause of hospitalization and deaths related to drug use. A large fraction of these is due to inhibition of enzymes involved in drug metabolism and transport, particularly cytochrome P450 (P450) enzymes. Understanding basic mechanisms of enzyme inhibition is important, particularly in terms of reversibility and the use of the appropriate parameters. In addition to drug-drug interactions, issues have involved interactions of drugs with foods and natural products related to P450 enzymes. Predicting drug-drug interactions is a major effort in drug development in the pharmaceutical industry and regulatory agencies. With appropriate in vitro experiments, it is possible to stratify clinical drug-drug interaction studies. A better understanding of drug interactions and training of physicians and pharmacists has developed. Finally, some P450s have been the targets of drugs in some cancers and other disease states.
We investigated metabolism and carcinogenesis in livers of Sprague-Dawley rats fed juices and pelleted diets containing Korean native plants petasites japonicus Maxim by evaluating cell localization and expression of cytochrome P450s and GST-P. Anti-cytochrome P450s application in liver sections revealed three to four times increased expression of cytochrome P450E1 immunoreactivity in degenerative hepatocytes when compared to histologically normal hepatocytes. Anti-GST-P in showed positive pren plastic foci as well as in individual hepatocytes randomly scattered throughout all liver sections examined. Additionally GST-P was evident in proliferative endothelial cells and biliary epithelial cells in exposed rat livers. These results suggested that the increased level of cytochrome P4502E1 in affected hepatocytes was a direct consequence of Petasites japonicus toxicity. Further immunoreactivity to anti-GST-P in hepatocytes endothelial cells and biliary epithelial cells indicated a possible preneoplastic effects of Petasites japonicus in Sprague-Dawley rat.
NADPH-cytochrome P450 reductase (CPR) transfers electrons from NADPH to cytochrome P450, and catalyzes the one-electron reduction of many drugs and foreign compounds. Various forms of spectrophotometric titration have been performed to investigate the electron-accepting properties of CPR, particularly, to examine its ability to reduce cytochrome c and ferricyanide. In this study, the reduction of 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) by CPR was assessed as a means of monitoring CPR activity. The principle advantage of DPPH is that its reduction can be assayed directly in the reaction medium by a continuous spectrophotometry. Thus, electrons released from NADPH by CPR were transferred to DPPH, and DPPH reduction was then followed spectrophotometrically by measuring $A_{520}$ reduction. Optimal assay concentrations of DPPH, CPR, potassium phosphate buffer, and NADPH were first established. DPPH reduction activity was found to depend upon the strength of the buffer used, which was optimal at 100 mM potassium phosphate and pH 7.6. The extinction coefficient of DPPH was $4.09\;mM^{-1}\;cm^{-1}$. DPPH reduction followed classical Michaelis-Menten kinetics ($K_m\;=\;28\;{\mu}M$, $K_{cat}\;=\;1690\;min^{-1}$). This method uses readily available materials, and has the additional advantages of being rapid and inexpensive.
Ha, Ki-Tae;Jeong, Sang-Sin;Kim, Cheorl-Ho;Choi, Dall-Yeong;Kim, June-Ki
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.22
no.1
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pp.155-161
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2008
Carbon tetrachloride $(CCl_4)-induced$ liver injury depends on a toxic agent that has to be metabolized by the liver NAPDH-cytochrome P450 enzyme system to a highly reactive intermediate. Although several isoforms of cytochrome P450 may metabolize $CC1_4$, attention has been focused largely on the cytochrome P450 2E1 (CYP2E1), which is ethanol-inducible. Alternations in the activity of CYP2E1 affect the susceptibility to hepatic injury from $CC1_4$. In this study, the liver protective effect of the hot water extracts of Scutellaria radix (SR) was investigated. The SR exhibited a hepatoprotective activity against $CCl_4-induced$ liver damage in Chang liver cells. The expression of CYP2E1, measured by RT-PCR and Western blot analysis, was significantly decreased by SR treatment in Chang cells. Based on these findings, it is suggested that hepatoprotective effect of SR possibly related to downregulation of CYP2E1 expression.
Previous studies have shown that the heterocycles including thiazoles are efficacious in inducing phase phase II metabolizing enzyme as well as certain cytochrome P450s and that the inductin of these matabolizing enzymes by the heterocyclic agents is highly associated with their hepatotoxicity. In the present study, the effects of benzylisothiazole (BIT), which has a isothiazole moiety, on the expression of microsomal epoxide hydrolase (mEH), major glutathione S-transerases and cytochrome P450s were studied in the rat liver in association with its hepatotoxicity. Treatment of rats with BIT(1.17 mmol/kg, 1~3d) resulted in substantial increases in the mEH. rGSTA2, rGSTA2, rGSTM1 and rGSTM2 mRNA levels, whereas rGSTA3 and rGSTA5 mRNA levels were increased to much lesser extents. A time-course study showed that the mRNA levels of mEH and rGSTs were greater at 24hr after treatment than those after 3 days of consecutive treatment. Relative changes in mEH and rGST mRNA levels were consistent with those in the proteins, as assessed by Western immunoblot analysis. Hepatic cytochrom P450 levels were monitored after BIT treatment under the assumption that metabolic activation of BIT may affect expression of the enzymes in conjunction with hepatotoxicity. Immunoblot analysis revealed that cytochrome P450 2B1/2 were 3-to 4-fold induced in rats teatd with BIT(1.17 mmol/kg/day.3days), whereas P450 1A2, 2C11 and 3A1/2 levels were decreased to 20~30% of those in unteatd rats. P450 2E1 was only slightly decreased by BIT. Thus, the levels of several cytochrome P450s were suppressed by BIT treatment. Rats treated with BIT at the dose of 1.17mmol/kg for 3 days exhibited extensive multifocal nodular necrosis with moderate to extensive diffuse liver cell degeneration. No notable toxicity was observed in the kidney. These results showed that BIT induces mEH and rGSTs in the liver with increases in the mRNA levels, whereas the agent significantly decreased major cytochrome P450s. The changes in the detoxifying enzymes might be associated with the necrotic liver after consecutive treatment.
We have previously shown that 2, 3', 4, 5' -tetramethoxystilbene(TMS) from synthetic trans-stilbene analogues, is one of the most potently selective inhibitor of recombinant human cytochrome P450 1B1 in vitro. In the present studies. the effects of TMS on the expression of cytochrome P450 1B1 were investigated in human cancer cell lines such as MCF-7 and HL -60. TCDD-stimulated P450 1B1 protein and mRNA expression was significantly suppressed by TMS in a dose-dependent manner. (omitted)
Foods of plant origin, especially fruits and vegetables, have attracted attention because of their potential benefits to human health. In this report, Rubi Fructus (RF), the dried unripe fruit of Rubus coreanus Miq (Rosaceae) and ellagic acid (EA) purified from RF were used to test their potential hepatoprotective effect against acetaminophen (AAP)-induced hepatotoxicity in rats. RF extract (RFext) and EA reduced the elevated levels of alanine aminotransferase (ALT), aspartate aminotransferase (AST) in serum and the content of lipid peroxide in liver by AAP administration, while the increment of the cellular glutathione (GSH) content and the induction of glutathione S-transferase (GST) and glutathione peroxidase (GSH-PX) which were decreased by AAP administration. RFext and EA from RFext did not affect the two major form of cytochrome P450s, cytochrome P450 2E1 (CYP2E1) and cytochrome P450 1A2 (CYP1A2), but downregulated the cytochrome P450 3A4 (CYP3A4) related to the conversion of AAP to N-acetyl-P-benzoquinone imine (NAPQI). These results suggest that RFext and EA from RF exhibit a hepatoprotective effect not only by increasing antioxidant activities but also by down-regulating CYP3A4 in the AAP-intoxicated rat.
The carbon tetrachloride($CCl_4$) has been demonstrated to have a hepatotoxic effect in human or many other species. To investigate the enzyme induction of mixed function oxygenases in liver of male Sprague-Dawley rats a single 0.1, 0.5 mι/kg dose of carbon tetrachloride were given. At 24 hr after a single dose of 0.1 mι CC1$_4$/kg weight, methanol extract of Hedera rhombea leaves was administered with 100, 500 mg/kg weight. Assays of 7-ethoxyresorufin-Ο-deethylation(EROD),7-benzyloxyresorufin-Ο-deathylation(BROD),4-nitro-phenol-UDP-glucuronosyltransferase(UDPGT), Western blot and RNA slot blot were used as representatives of the activities of cytochrome P-450 enzymes. The change of the activity of CYP1A1 form measured by EROD assay and Western analysis using 1-7-1 monoclonal antibody was not observed. The activity CYP2B1 form by BROD assay and using 2-66-3 monoclonal antibody was remarkably increased. Elevated level of CYP2B1 mRNA was shown by slot hybridization with 2B1-specific probe. Administration of methanol extract of Hedera rhombea leaves reversed the enzyme activity and the level of mRNA, which suggest the chemoprotective effect of methanol extracts of Hedera rhombea leaves to carbon tetrachloride hepatotoxlcity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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