Acrolein is a highly reactive by product of lipid peroxidation and individuals with neurodegenerative disorders have been shown to contain elevated concentrations of this molecule in the brain. In the present study, we examined the pattern of neurofilament-L (NF-L) modification elicited by acrolein. When NF-L was incubated with acrolein, protein aggregation occurred in a acrolein concentration-dependent manner. Exposure of NF-L to acrolein also led to the generation of protein carbonyl compounds. Through the addition of free radical scavengers we observed a significant decrease in acrolein-mediated NF-L aggregation. These results indicate that free radicals may be involved in the modification of NF-L by acrolein. In addition, dityrosine crosslink formation was observed in acrolein-mediated NF-L aggregates and these aggregates displayed thioflavin T reactivity, reminiscent of amyloid. This study suggests that acrolein-mediated NF-L aggregation might be closely related to oxidative reactions, thus these reactions may play a critical role in neuro-degenerative diseases.
The endogenous dipeptides, carnosine and related compounds, are the naturally occurring dipeptides with multiple neuroprotective properties. We have examined the protective effects of carnosine, homocarnosine and anserine on the aggregation of neurofilament-L (NF-L) induced by neurotoxin, acrolein. When NF-L was incubated with acrolein in the presence of carnosine, homocarnosine or anserine, protein aggregation was inhibited in a concentration-dependent manner. These compounds inhibited the formation of protein carbonyl compounds and dityrosine in acrolein-mediated NF-L aggregates. The aggregates of NF-L displayed thioflavin T reactivity, reminiscent of amyloid. This thioflavin T reactivity was inhibited by carnosine and related compounds. This effect was associated with decreased formation of oxidatively modified proteins. Our results suggested that carnosine and related compounds might have protective effects to brain proteins under pathophysiological conditions leading to degenerative damage such as neurodegenerative disorders.
We developed a simple and effective method for the SERS-based detection of protein-small molecule complexes and label-free proteins using avidin-induced silver aggregation. Upon excitation with light of the appropriate wavelength (633 and 532 nm), the aggregated silver nanoparticles generate a strong electric field that couples with the resonance of the molecules (atto610 and cytochrome c), increasing the characteristic signals of these molecules and resulting in sensitive detection. The detection limit of biotin with the proposed method is as low as 48 ng/mL. The most important aspect of this method is the induction of silver aggregation by a protein (avidin), which makes the silver more biocompatible. This technique is very useful for the detection of protein-small molecule complexes.
Using rlFN-$\alpha$ and rhGH as the model proteins, the refolding performances of the published processes were evaluated and compared. Key engineering parameters such as the type of denaturant and this concentration, protein concentration in the refolding buffer, and pH and ionic strength of the buffer were experimentally investigated. Furthermore, the role of a co-solvent of surfactant type in aggregation reduction was also studied. Of the denaturants tested (8M urea, 6M guanidine HCI, 0.5% SDS), SDS at alkaline pH (9.5) and ambient temperature gave the highest recovery yield. The SDS process was effective in the refolding of observed where dissolution proceeded better under lower strength (10 mM) but aggregation was suppressed under higher strength (>50 mM.) When PEG-4000 and/or Tween were added as co-solvent or refolding-enhancing additive, 1.6-2 times higher yield was realized. The‘masking’of the hyrophobic patches located on the surface of the protein with the surfactant molecules was believed to be responsible for the considerable reduction in aggregation during refolding.
High-pressure (HP) NMR is a versatile tool to investigate diverse features of proteins. This technique has been particularly powerful to elucidate structural dynamics that only populates sufficiently in a pressurized condition. Amyloidogenic proteins, which are prone to aggregate and form amyloid fibrils, often maintains highly dynamic states in its native or aggregation-prone states, and HP NMR contributed much to advance our understandings of the dynamic behaviors of amyloidogenic proteins and the molecular mechanisms of their aggregation. In this mini review, we therefore summarize recent HP NMR studies on amyloid-beta (Aβ), the representative amyloidogenic intrinsically disordered protein (IDP).
Park, Seoyoung;Lee, Jung Hoon;Jeon, Jun Hyoung;Lee, Min Jae
BMB Reports
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v.51
no.6
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pp.265-273
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2018
Tau protein is encoded in the microtubule-associated protein tau (MAPT) gene and contributes to the stability of microtubules in axons. Despite of its basic isoelectric point and high solubility, tau is often found in intraneuronal filamentous inclusions such as paired helical filaments (PHFs), which are the primary constituent of neurofibrillary tangles (NFTs). This pathological feature is the nosological entity termed "tauopathies" which notably include Alzheimer's disease (AD). A proteinaceous signature of all tauopathies is hyperphosphorylation of the accumulated tau, which has been extensively studied as a major pharmacological target for AD therapy. However, in addition to phosphorylation events, tau undergoes a number of diverse posttranslational modifications (PTMs) which appear to be controlled by complex crosstalk. It remains to be elucidated which of the PTMs or their combinations have pro-aggregation or anti-aggregation properties. In this review, we outline the consequences of and communications between several key PTMs of tau, such as acetylation, phosphorylation, and ubiquitination, focusing on their roles in aggregation and degradation. We place emphasis on the structure of tau protofilaments from the human AD brain, which may be good targets to modulate etiological PTMs which cause tau aggregation.
Among the different cardiovascular disorders (CVDs), the activation of platelets is a necessary step. Based on this knowledge, therapeutic treatments for CVDs that target the disruption of platelet activation are proving to be worthwhile. One such substance, a bioactive 6,7-dihydroxy derived from coumarin, is 6,7-Dihydroxy-2H-1-benzopyran-2-one (esculetin). This compound has demonstrated several pharmacological effects on CVDS as well as various other disorders including diabetes, obesity, and renal failure. In various reports, esculetin and its effect has been explored in experimental mouse models, human platelet activation, esculetin-inhibited collagen, and washed human platelets exhibiting aggregation via arachidonic acid. Yet, esculetin affected aggregation with agonists like U46619 or thrombin in no way. This study investigated esculetin and how it affected human platelet aggregation activated through U46619. Ultimately, we confirmed that esculetin had an effect on the aggregation of human platelets when induced from U46619 and clarified the mechanism. Esculetin interacts with the downregulation of both phosphoinositide 3-kinase/Akt and mitogen-activated protein kinases, important phosphoproteins that are involved in activating platelets and their signaling process. The effects of esculetin reduced TXA2 production, phospholipase A2 activation, and platelet secretion of intracellular granules (ATP/serotonin), ultimately causing inhibition of overall platelet aggregation. These results clearly define the effect of esculetin in inhibiting platelet activity and thrombus formation in humans.
Reactive oxygen species(ROS) have been investigated to have pivotal roles on amyloidogenecity of $\beta-amyloidpeptide(A\beta)$, the major component of senile plaques in Alzheimer's disease(AD) brain. Addition of radical scavengers is one of the on-going strategies for therapeutic treatment for AD patients. Hsp104 protein including two ATP binding sites from Saccharomyces cerevisiae, as a molecular chaperone, was known to function as a protector of ROS generation when exposed to oxidative stress in our previous study. This observation has led us to investigate Hsp104 protein as a molecular mediator of $A{\beta}$ aggregation in this study. We have developed a new way of expression for Hsp104 protein using GST-fusion tag. As we expected, formation of $A{\beta}$ aggregate was protected by wild type Hsp104 protein, but not by the two ATP-binding site mutant, based on Thioflavin-T fluorescence. Interestingly, Hsp104 protein was observed to keep $A{\beta}$ from forming aggregates independent of ATP binding. On the other hand, disaggregation of $A{\beta}$ aggregates by wild type Hsp104 was totally dependent on the presence of ATP. On the other hand, mutant Hsp104 with two ATP binding sites altered exhibited no inhibition. Another effective antioxidant, hydrazine analogs of curcumin were also effective in $A{\beta}$ fibrilization as protectors against oxidative stress. Based on these observations we conclude that Hsp104 and curcumin derivatives, as protectors of oxidative stress, inhibit $A{\beta}$ aggregation in virto and can be candidates for therapeutic approaches in cure of some neurodegenerative disease.
The aggregation characteristics of red blood cells (RBCs) are known as important factors in the microvascular flow system, and increased RBC aggregation has been observed in various pathological diseases, such as thrombosis and myocardial infarction. This paper describes a simple microfluidic device for measuring the RBC aggregation by integrating a microfluidic slit rheometry and laser-backscattering technique. While a decreasing-pressure mechanism was applied to the microfluidic rheometry, a syllectogram (the light intensity versus time) showed an initial increase and a peak caused by the high shear stress-induced disaggregation, immediately followed by a decrease in the light intensity due to RBC aggregation. The critical shear stress (CST) corresponding to the peak intensity was examined as a new index of the RBC aggregation characteristics. The CST of RBCs increased with increasing aggregation-dominating protein (fibrinogen) in the blood plasma. The essential feature of this design was the combination of the rheometric-optic characterization of RBC aggregation with a microfluidic chip, which may potentially allow cell aggregation measurements to be easily carried out in a clinical setting.
To elucidate the effect of oxygen radicals on the molecular properties of proteins, the secondary and tertiary structure and molecular weight size of BSA and ${\beta}$-lactoglobulin were examined after irradiation of proteins at various doses. Gamma-irradiation of protein solutions caused the disruption of the ordered structure of protein molecules as well as degradation, cross-linking, and aggregation of the polypeptide chains. As a model system, BSA and ${\beta}$-lactoglobulin were used as a typical ${\alpha}$-helical and a ${\beta}$-sheet structure protein, respectively. A circular dichroism study showed that the increase of radiation decreased the ordered structure of proteins with a concurrent increase of aperiodic structure content. Fluorescence spectroscopy indicated that irradiation quenched the emission intensity excited at 280 nm. SDS-PAGE and a gel permeation chromatography study indicated that radiation caused initial fragmentation of proteins resulting in a subsequent aggregation due to cross-linking of protein molecules.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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