• BMB Reports
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• 제56권11호
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• pp.575-583
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• 2023

Mitochondria, fundamental cellular organelles that govern energy metabolism, hold a pivotal role in cellular vitality. While consuming dioxygen to produce adenosine triphosphate (ATP), the electron transfer process within mitochondria can engender the formation of reactive oxygen species that exert dual roles in endothelial homeostatic signaling and oxidative stress. In the context of the intricate electron transfer process, several metal ions that include copper, iron, zinc, and manganese serve as crucial cofactors in mitochondrial metalloenzymes to mediate the synthesis of ATP and antioxidant defense. In this mini review, we provide a comprehensive understanding of the coordination chemistry of mitochondrial cuproenzymes. In detail, cytochrome c oxidase (CcO) reduces dioxygen to water coupled with proton pumping to generate an electrochemical gradient, while superoxide dismutase 1 (SOD1) functions in detoxifying superoxide into hydrogen peroxide. With an emphasis on the catalytic reactions of the copper metalloenzymes and insights into their ligand environment, we also outline the metalation process of these enzymes throughout the copper trafficking system. The impairment of copper homeostasis can trigger mitochondrial dysfunction, and potentially lead to the development of copper-related disorders. We describe the current knowledge regarding copper-mediated toxicity mechanisms, thereby shedding light on prospective therapeutic strategies for pathologies intertwined with copper dyshomeostasis.

• 한국어류학회지
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• 제23권1호
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• pp.10-20
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• 2011

한반도 고유종인 묵납자루(Acheilognathus signifer)로부터 metallothionein(MT) 유전자를 분리하고 그 유전자 구조와 발현 특징을 분석하였다. 묵납자루 MT cDNA는 20개의 시스테인(cysteines)을 포함한 60개의 아미노산을 암호화하고 있었고, 이들 시스테인 잔기들의 위치는 잉어목 어류에서 잘 보전되어 있었다. 묵납자루 MT 유전자는 3개의 exon과 2개의 intron으로 구성되어 있었으며 intron영역은 A/T조성 빈도가 높았다. 생물정보 분석법을 통해 묵납자루 MT 유전자의 프로모터 영역은 중금속 조절 빛 스트레스/면역관련 조절에 관련한 다양한 전사 조절인자들의 부착 위치들이 보유하고 있는 것으로 예측되었다. Real-time RT-PCR 분석법을 이용한 묵납자루 MT mRNA의 조직 별 발현 수준을 조사한 결과, 난소와 장 조직에서의 발현 수준이 가장 높았으며 성장과 근욕 조직에서의 발현 수준이 가장 낮은 것으로 확인되었다. 구리를 이용한 중금속 노출 실험(구리 농도 $0.5\;{\mu}M$을 이용, 48 시간 동안 침지 처리)을 통하여 간 조직에서 MT mRNA 발현이 가장 많이 유도되었고(3.5배 이상), 비장, 신장 및 아가미에서도 유의적인 발현양의 증가(1.5~2.5배)가 관찰되었다. 그러나 뇌 및 장 조직에서는 MT 발현양의 변화가 없었다. 본 연구 결과는 향후 멸종위기 고유종인 묵납자루의 중금속 관련 스트레스 연구에 유용한 기초 자료를 제공할 수 있으리라 기대된다.

• Journal of Periodontal and Implant Science
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• 제41권1호
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• pp.30-43
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• 2011

Purpose: Under different culture conditions, periodontal ligament (PDL) stem cells are capable of differentiating into cementoblast-like cells, adipocytes, and collagen-forming cells. Several previous studies reported that because of the stem cells in the PDL, the PDL have a regenerative capacity which, when appropriately triggered, participates in restoring connective tissues and mineralized tissues. Therefore, this study analyzed the genes involved in mineralization during differentiation of human PDL (hPDL) cells, and searched for candidate genes possibly associated with the mineralization of hPDL cells. Methods: To analyze the gene expression pattern of hPDL cells during differentiation, the hPDL cells were cultured in two conditions, with or without osteogenic cocktails (${\beta}$-glycerophosphate, ascorbic acid and dexamethasone), and a DNA microarray analysis of the cells cultured on days 7 and 14 was performed. Reverse transcription-polymerase chain reaction was performed to validate the DNA microarray data. Results: The up-regulated genes on day 7 by hPDL cells cultured in osteogenic medium were thought to be associated with calcium/iron/metal ion binding or homeostasis (PDE1A, HFE and PCDH9) and cell viability (PCDH9), and the down-regulated genes were thought to be associated with proliferation (PHGDH and PSAT1). Also, the up-regulated genes on day 14 by hPDL cells cultured in osteogenic medium were thought to be associated with apoptosis, angiogenesis (ANGPTL4 and FOXO1A), and adipogenesis (ANGPTL4 and SEC14L2), and the down-regulated genes were thought to be associated with cell migration (SLC16A4). Conclusions: This study suggests that when appropriately triggered, the stem cells in the hPDL differentiate into osteoblasts/cementoblasts, and the genes related to calcium binding (PDE1A and PCDH9), which were strongly expressed at the stage of matrix maturation, may be associated with differentiation of the hPDL cells into osteoblasts/cementoblasts.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제13권5호
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• pp.673-679
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• 2003

Glutamine and urea, abundant in body fluids or plasma, yield net ammonium ions upon hydrolysis by ${\gamma}-glutamyl$ transpeptidase (${\gamma}-GTP$) and urease, respectively, and these two enzymes are largely produced from Helicobacter pylori. To investigate bacterial potential of ammonium production, we first quantified those in whole-cell systems and found that the relative ratio of their amounts varied greatly, especially with pH values and the cell's aging. During the H. pylori cultivation, the ratio appeared to be inversely proportional to each other, showing a progressive increase of the ${\gamma}-GTP$ with decreasing of the urease. Under the urease-defective conditions due to low pH or coccoids, the bacterial cells still possessed a considerable amount of ${\gamma}-GTP$, which was found exclusively in the external compartment, therefore, the cell's ammonium production was found to be solely dependent upon glutamine, and the external ammonium concentration was constant without any contribution of urea concentration. Such ammonium constancy would definitely have an adverse effect on the host, because of its absolute requirement for vacuolar degeneration by H. pylori VacA, maximized at approximately 10 mM $NH_4Cl$. It was also found that, by using the metal-saturated membrane vesicles, ammonium ions were likely to be involved in the pH-dependent cation-flux across the H. pylori membrane, where the role of ${\gamma}-GTP$ in ammonium homeostasis around cells was suggested, especially under the hostile conditions against H. pylori.

• Journal of Ginseng Research
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• 제46권2호
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• pp.248-254
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• 2022

Background: Zinc homeostasis is essential for human health and is regulated by several zinc transporters including ZIP and ZnT. ZIP4 is expressed in the small intestine and is important for zinc absorption from the diet. We investigated in the present study the effects of Panax ginseng (P. ginseng) extract on modulating Zip4 expression and cellular zinc levels in mouse Hepa cells. Methods: Hepa cells were transfected with a luciferase reporter plasmid that contains metal-responsive elements, incubated with P. ginseng extract, and luciferase activity was measured. Using ⁶⁵ZnCl₂, zinc uptake in P. ginseng-treated cells was measured. The expression of Zip4 mRNA and protein in Hepa cells was also investigated. Finally, using a luciferase reporter assay system, the effects of several ginsenosides were monitored. Results: The luciferase activity in cells incubated with P. ginseng extract was significantly higher than that of control cells cultured in normal medium. Hepa cells treated with P. ginseng extract exhibited higher zinc uptake. P. ginseng extract induced Zip4 mRNA expression, which resulted in an enhancement of Zip4 protein expression. Furthermore, some ginsenosides, such as ginsenoside Rc and Re, enhanced luciferase activity driven by intracellular zinc levels. Conclusion: P. ginseng extract induced Zip4 expression at the mRNA and protein level and resulted in higher zinc uptake in Hepa cells. Some ginsenosides facilitated zinc influx. On the basis of these results, we suggest a novel effect of P. ginseng on Zip4-mediated zinc influx, which may provide a new strategy for preventing zinc deficiency.

• 한국패류학회지
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• 제30권1호
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• pp.41-49
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• 2014

본 연구는 카드뮴 노출에 따른 북방전복, Haliotis discus hannai의 hemolymph 및 hepatopancreas의 효소활성에 대한 변화를 관찰하였다. 북방전복은 카드뮴 0, 5, 10, 20 및 40 Cd ${\mu}g/L$의 농도에서 4 주간 노출시킨 결과, hemolymph의 phenoloxidase (PO) 활성은 40 Cd ${\mu}g/L$ 농도에서 4주 후에 유의하게 감소하였으나, alkaline phosphatase (ALP), aspartate aminotransferase (AST) 및 alanine aminotransferase (ALT) 활성은 40 Cd ${\mu}g/L$ 농도에서 4주 후에 유의한 증가를 나타냈다. 또한 hemolymph의 칼슘(Ca) 농도는 20 및 40 Cd ${\mu}g/L$의 농도에서 4주 후에 유의한 감소를 나타냈다. 한편 hepatopancreas의 superoxide dismutase (SOD) 활성은 20 및 40 Cd ${\mu}g/L$ 농도에서, catalase (CAT) 활성은 40 Cd ${\mu}g/L$ 농도에서 2주 후에 유의한 증가를 나타냈다. 따라서 카드뮴에 노출된 북방전복 hemolymph와 hepatopancreas의 효소활성은 적어도 카드뮴 농도 40 Cd ${\mu}g/L$에서 변동이 있을 것으로 예상되며, 이들 효소활성은 연안의 중금속 오염 모니터링의 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 생각된다.

• Applied Microscopy
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• 제30권4호
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• pp.347-355
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• 2000

Zinc는 인체 내에 철$(Fe^{2+})$다음으로 많은 trace element로서 200여개 효소의 기능에 필수적일 뿐만 아니라 신경계통내에서는 신경조절물질로 작용한다. 뿐만 아니라 허혈, 간질 및 퇴행성 뇌질환의 주요 병리기전에도 관여되어 있다. 그러나 대부분의 Zinc는 단백질에 결합되어 (bound form)신경세포의 세포질 및 핵질내에 존재하고, 10% 이하의 Zinc는 이온상태(free form, $Zn^{2+}$)로 신경종말 (Zinc enriched terminal)에 있는데 , 후자만이 조직화학법으로 가시화된다. 최근까지 새로 개발된 조직화학법으로 Zinc enriched(ZEN)neurons의 분포에 관한 연구가 각광받고 있으나, 국내에서는 이에 대한 연구가 전무한 실정이다. 이에 본 연구자는 고전적인 조직화학법의 기본 원리를 소개하고, 렛드 중추신경계통내 Zinc의 분포를 광학 및 전자현미경으로 관찰하고자 하였다. 본 연구에서 사용된 실험동물은 Wistar 계통의 랫드(10주령)와 BALB/c 마우스이며, 마취제로는 Pentobarbital(50mg/kg)을 이용하였다. 생체 뇌조직내 이온상태의 $Zinc(Zn^{2+})$를 침전시키기 위하여 selenium(10mg/kg, i.p.)을 처리하였고, 1시간 후 3% Glutaraldehyde액으로 관류고정하여 동물을 희생시켰다. 뇌와 척수를 꺼내어 sucrose에 가라앉을때 까지 담가두었다가 Dry Ice를 이용하여 얼리고, Freezing microtome위에서 $30{\mu}m$두께의 절편을 작성하였다. 조직절편내 $Zn^{2+}$을 동정하기 위한 조직화학법으로는 autometallography (AMG) (Danscher, 1985)를 이용하였다. 광학현미경하에서 밝혀진 Zinc의 분포는 해마복합체를 비롯한 종뇌의 여러부위에 고농도로 분포하였고, 척수에는 중간정도, 그리고 소뇌 및 뇌간에는 매우 낮은 농도로 분포하였다. 전자현미경에서 관찰된 AMG염색과립(silver grains)은 신경종말에 있는 연접소포에 국한되었으며, 이러한 ZEN terminals은 주위 여러 신경세포의 돌기(dendrites)및 세포체 (soma)에 특이한 연접을 이루고 있었다. 즉 후각망울을 포함한 종뇌에서는 주로 비대칭연접 (asymmetrical synapses)이 관찰되었던 반면에, 척수에서는 대칭연접(symmetrical synapses)을 이루고 있었다. 이상의 결과를 종합하면, 신경종말내 연접소포에 Zinc를 함유하고 있는 소위 ZEN terminals은 중추신경계통에 광범위하게 분포하고 있으며 또한 신경부위에 따라 다양한 분포와 미세구조의 차이를 보였다. 이러한 사실은 중추신경계통내에서 Zinc가 영위하는 신경생물학적 기능이 신경부위에 따라 다양할 것임을 시사한다.

• 한국패류학회지
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• 제32권4호
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• pp.263-268
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• 2016

Metallothionein (MT) family of metal-binding proteins are involved in maintaining homeostasis and heavy metal poisoning. Recently, MT has been considered as a biomarker that can identify a particular species, very similar to the use of cytochrome oxidase I (COI) gene. Satsuma myomphala species of land snails have been reported from North-East Asia, including South Korea and Japan. In particular, the land snail species have been known from only a limited area of Geoje Island, Gyeongsangnam-do province of South Korea. Genetic studies of S. myomphala has been limited with only 6 nucleotide, 2 protein registered on the NCBI server. For elucidating the genetic information of S. myomphala, we conducted RNA sequencing analysis using Illumina HiSeq 2500 next-generation platform. We screened the MT gene from the RNA-Seq database to confirm the molecular phylogenetic relationship. After sequencing, the de novo analysis and clustering generated 103,774 unigenes. After annotation against PANM database using BLAST program, we obtained MT sequence of 74 amino acid residues containing the coding region of 222 bp. Based on this sequence, we found about 53 sequences using the BLAST program in NCBI nr database. Using ClustalX alignment, Maximum-Likehood Tree of MEGA program, we confirmed the molecular phylogenetic relationships that showed similarity with mollusks such as Helix pomatia and H. aspersa, Megathura crenulata.

• Clinical and Experimental Pediatrics
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• 제48권4호
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• pp.406-410
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• 2005

목 적 : 항경련제는 여러 가지 부작용을 갖고 있으며, 그 중 일부는 혈청 내 미량 원소의 항상성 장애이다. 미량 원소는 신체 내에 낮은 농도로 존재하며, 조직의 작은 부분을 구성하지만 중추와 말초 신경계에서 중요한 역할을 한다. 저자들은 6개월 이상 항경련제를 복용하고 있는 간질 환아의 혈청 구리와 아연농도를 측정하여 항경련제가 신체 내 미량 원소의 항상성에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 방 법 : 1997년 1월부터 2003년 12월까지 충남대학교병원 소아과에서 간질 진단 하에 항경련제를 복용 중인 환아 64명(남 : 29, 여 : 35)과 정상 대조군 20명(남 : 12, 여 : 8)을 대상으로 하였고 정맥혈을 채취하여 혈청 구리와 아연의 농도를 측정하였다. 항경련제를 복용하고 있는 간질 환아 군을 VPA 단일 복용군, VPA를 포함하는 복합 복용군, VPA 외의 항경련제 복용군의 세 군으로 나누어 비교하였다. 결 과 : 혈청 구리 농도는 VPA 단일 복용군에서 $81.56{\pm}20.92{\mu}g/dL$, VPA를 포함하는 복합 복용군에서 $80.89{\pm}19.31{\mu}g/dL$, VPA 외의 항경련제 복합 복용군에서 $82.14{\pm}25.74{\mu}g/dL$로서 세 군 모두 대조군의 혈청 구리 농도 $102.13{\pm}32.80{\mu}g/dL$에 비하여 유의하게 낮은 양상을 보였다(P<0.05). 혈청 아연 농도는 항경련제 종류에 따라 분류한 상기 세 군에서 대조군보다 낮았으나, 유의한 차이는 없었다(P>0.05). 혈청 구리와 아연 농도는 항경련제의 종류 및 복용 기간에 의한 차이를 보이지 않았다(P>0.05). 결 론 : 항경련제 복용 환아군에서 정상 대조군보다 혈청 구리의 농도는 유의하게 낮았고, 혈청 아연의 농도는 정상 대조군과 유의한 차이를 보이지 않았다. 항경련제로 치료받는 간질 환아의 경우 혈청 구리 농도가 낮아질 수 있다.