The full encoding sequence for human type II hexokinase (HXK II) was cloned into the E. coli expression vector pET 21b and expressed as a C-terminally hexahistidine-tagged protein in the BL2l (DE3) strain. The IPTG-induced HXK II approximately accounted for 17% of the total E. coli proteins, and 81% of HXK $II_{6{\times}His}$ existed in inclusion bodies. To improve the production of soluble recombinant HXK II protein, in the functionally active form, we used low temperature, and the osmotic stress expression method. When expressed at $18^{\circ}C$, about 83% of HXK $II_{6{\times}His}$ existed in the soluble fraction, which amounted to a 4.1-fold yield over that expressed at $37^{\circ}C$. The soluble form of HXK $II_{6{\times}His}$ was also highly produced in the presence of 1M sorbitol under the standard condition $(37^{\circ}C)$, which indicated that temperature downshift and low water potentials were required to improve the yield of active recombinant HXK II protein. The expressed protein was purified by metal chelate affinity chromatography performed in an IDA Excellose column charged with $Ni^{2+}$ ions, resulting in about 40mg recombinant HXK II protein obtained with purity over 89% from 51 of E. coli culture. The identity of HXK $II_{6{\times}His}$ was confirmed by Western blotting analysis. Taken together, using the stress-governed expression described in this study, human active HXK II can be purified in sufficient amounts for biochemical and biomedical studies.
SOD2-transgenic $T_3$ petunia line (A2-36-2-1-1-35) was treated with different levels of methyl viologen (MV) to determine its resistance to oxidative stress. Four (4) levels of MV (0, 100, 200, and $400\;{\mu}M$) were applied. The SOD2-transgenic $T_3$ petunia line exhibited a very significant oxidative stress resistance at the highest MV concentration ($400\;{\mu}M$) treatment compared to non-transgenic plant. RNA and protein expression of SOD2 transgene and higher parenchyma cell density in the transgenic petunias exhibiting resistance to oxidative stress proves its contribution to the expression of its resistance to oxidative stress.
The cellular responses of TNT-degrading bacterium, Stenotrophomonas sp. OK-5 to explosive 2,4,6-trini-trotoluene (TNT) as an environmental contaminant were examined. Survival of the strain OK-5 with time in the presence of different concentrations of TNT under sublethal conditions was monitored, and viable counts paralleled the production of the stress shock proteins in this bacterium. Total cellular fatty acids analysis showed that strain OK-5 produced or disappeared several different kinds of lipids when grown on TNT media than when grown on TSA. Under scanning electron microscope, the cells treated with 0.5 mM TNT for 12 hrs showed irregular rod shapes with wrinkled surfaces. Analyses of SDS-PAGE and Western blot using anti-DnaK and anti-GroEL revealed that several stress shock proteins including 70 kDa DnaK and 60 kDa GroEL in strain OK-5 were newly synthesized at different TNT concentrations in exponentially growing cultures. 2-D PAGE of soluble protein fractions from the culture of OK-5 exposed to TNT demonstrated that approximately 300 spots were observed on the silver stained gel ranging from pH 3 to pH 10. Among them, 10 spots significantly induced and expressed in response to TNT were selected and analyzed. As the result of internal amino acid sequencing with ESI-Q TOF, two proteins, spot #1 and spot #10 were assigned the DnaK protein XF2340 of Xylella fastidiosa and stress-induced protein of Mesorhizobium loti, respectively.
Effects of gamma ionizing radiation on recombinant Escherichia coli cells containing stress promoters, recA, fabA, grpE, or katG, fused to luxCDABE originated from Vibrio fischeri were characterized by monitoring transcriptional responses reflected by bioluminescent output. Quantification of gamma-ray intensity may be possible using the recA and fabA promoter fusion since a linear enhancement of bioluminescence emission with increasing gamma-ray intensity was observed. Other strains sensitive to either oxidative stress (DPD2511, katG::luxCDABE) or protein-damaging stress (TV1061, grpE::luxCDABE) were also irradiated by gamma-rays, and resulted in no noticeable bioluminescent output while DPD2794 with recA promoter and DPD2540 with fabA promoter irradiated by the same intensities of gamma-rays gave a significant bioluminescent output. This indicates that the main stresses in the recombinant bacteria caused by ionizing radiation are DNA and membrane-damage, not protein- or oxidative-damage. In addition, in this study, to investigate the relationship between the radiation dose rate and bacterial responses, two recombinant Escherichia coli strains, DPD2794 and GC2, containing lac promoter fused to luxCDABE originating from Photorhapdus luminescences, were used for detecting DNA damage and cellular toxicity under various radiation dose rates. Throughout this study, it was found that these bacteria showed quantitative stress responses to DNA damage and general toxicity caused by gamma rays, depending on the radiation dose rates, indicating that the bacterial stress responses and general toxicity were seriously influenced according to radiation dose rates.
Effects of exogenously foliar applied glycine betaine (GB) on the growth and contents of osmolyte in tomato seedling was investigated. Plants treated with exogenous glycine betaine induced better biomass production and plant height during chilling stress than the untreated plants. The total soluble sugar contents in GB foliar-applied plants lower than that of untreated plants 28 days after foliar application. Total water soluble protein contents in GB foliar-applied plants did not change 28 days after chilling stress. In untreated plant, it decreased rapidly in the beginning of chilling stress. Proline contents in untreated plants rapidly increased by the beginning of chilling stress, and then slightly decreased during the next 3 weeks. However proline contents in GB foliar-applied plants did not change during the 28 days chilling stress period. The results suggest that foliar application of GB is a effect methods to increase the chilling tolerance of tomato seedlings in protected cultivation system at low temperature season.
Kim, Sang-Woo;Roy, Swapan Kumar;Kwon, Soo Jeong;Cho, Seong-Woo;Cho, Yong-Gu;Lee, Chul-Won;Woo, Sun-Hee
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.121-121
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2017
The productivity of rice has been influenced by various abiotic factors including temperature which cause to limitations to rice yield and quality. Rice yield and quality are adversely affected by high temperature globally. In the present study, four Korean four cultivars such as Dongan, Ilpum, Samkwang, Chucheong were investigated in order to explore molecular mechanisms of high temperature at seedling stage. Rice seedlings grown at $28/20^{\circ}C$ (day/night) were subjected to 7-day exposure to $38/28^{\circ}C$ for high-temperature stress, followed by 2-D based proteomic analysis on biological triplicates of each treatment. The growth characteristics demonstrated that Dongan is tolerant while Ilpum is sensitive to high-temperature stress. High temperature has an adverse effect in the seedling stage both in high temperature sensitive and tolerant cultivar. Two-dimensional gels stained with silver staining, a total of 722 differential expressed protein spots (${\geq}1.5-fold$) were identified using Progenesis SameSpot software. However, a total of 38 differentially expressed protein spots were analyzed by LTQ-FT-ICR MS. Of these, 9 proteins were significantly increased while 10 decreased under high-temperature treatment. Significant changes were associated with the proteins involved in the carbohydrate metabolism, photosynthesis, and stress responses. Proteome results revealed that high-temperature stress had an inhibitory effect on carbon fixation, ATP production, and photosynthetic machinery pathway. The expression level of mRNA is significantly correlated with the results obtained in the proteome investigation. Taken together, these findings provide a better understanding of the high-temperature resistance by proteomic approaches, providing valuable insight into improving the high-temperature stress tolerance in the global warming epoch.
The cytosolic members of the HSP70 family of proteins play key roles in the molecular chaperone machinery of the cell. In the study we cloned and sequenced the full-length cDNA of Delia antiqua HSP70 gene, which is 2461 bp long and encodes 643 a.a. with a calculated molecular mass of 70,787 Da. We investigated gene copies of cytosolic HSP70 members of 4 insect species with complete genome available, and found that they are quite variable with species. In order to characterize this protein we carried out an alignment and a phylogenetic analysis with 41 complete protein sequences from insects. The analysis divided the cytosolic members of the family into two classes, HSP70 and HSC70, distinguishable on the basis of 15 residues. HSP70 class members were slightly shorter in length and smaller in molecular mass relative to the HSC70 class members, and the conservative and functional regions in these sequences were documented. Mainly, we investigated the expression of Delia antiqua HSP70 gene, in response to diapauses and thermal stresses. Both summer and winter diapauses elevated HSP70 transcript levels. Cold-stress led to increased HSP70 expression levels in summer- and winter-diapausing pupae, but heat-stress elevated the levels only in the winter-diapausing pupae. In all cases, the expression levels, after being elevated, gradually decreased with time. HSP70 expression was low in non-diapausing pupae but was up-regulated following cold- and heat-stresses. Heat-stress gradually increased the mRNA level with time whereas cold-stress gradually decreased levels after an initial increase.
Reactive oxygen species(ROS) can induce hepatotoxicity and trigger apoptosis in the liver. In this study, we investigated the sulfated polysaccharide A-1 from Opuntia ficus-indica against alcoholic oxidative stress in human liver Hep G2 cell. An antioxidant substance A-1 obtained from the enzymatic extract of Opuntia ficus-indica fruit was purified by DEAE-cellulose ion exchange and sephadex G-100 gel permeation chromatography. The purification yield and molecular weight were 14.3% and 1.8 KDa, respectively. The A-1 predominately contained arabinose, galactose, rhamnose and also sulfate group. The structure of A-1 was investigated by periodate oxidation, FT-IR spectroscopy, $^1H$-NMR spectroscopy. The A-1 mainly composed of alternating unit of ${\rightarrow}4$)-$\alpha$-L- Rapp-2-$SO_3^-$-$\alpha$-L-Galp-($1{\rightarrow}$ and branched linkage of $\beta$-D-Arbp- ($5{\rightarrow}$. The antioxidative activity was measured using the SOD, CAT activity and GSH assay, respectively. The expression of Nrf2 protein was analyzed by western blotting. The viable cell count analyzed by autofluorescence. Oxidative stress induced by ethanol(1 M) were dramatically reduced by A-1 treatment. A-1 also prevented cell death induced by oxidative stress. It also increased expression Nrf2 protein level. We concluded that sulfated polysaccharide A-1 from Opuntia ficus-indica effectively protect Hep G2 liver cell from alcoholic oxidative stress.
Cells consistently face stressful conditions, which cause them to modulate a variety of intracellular processes and adapt to these environmental changes via regulation of gene expression. Hyperosmotic and oxidative stresses are significant stressors that induce cellular damage, and finally cell death. In this study, oligonucleotide microarrays were employed to investigate mRNA level changes in cells exposed to hyperosmotic or oxidative conditions. In addition, since heat shock protein 70 (HSP70) is one of the most inducible stress proteins and plays pivotal role to protect cells against stressful condition, we performed microarray analysis in HSP70-overexpressing cells to identify the genes expressed in a HSP70-dependent manner. Under hyperosmotic or oxidative stress conditions, a variety of genes showed altered expression. Downregulation of protein phosphatase1 beta (PP1 beta) and sphingosine-1-phosphate phosphatase 1 (SPPase1) was detected in both stress conditions. Microarray analysis of HSP70-overexpressing cells demonstrated that diverse mRNA species depend on the level of cellular HSP70. Genes encoding Iysyl oxidase, thrombospondin 1, and procollagen displayed altered expression in all tested conditions. The results of this study will be useful to construct networks of stress response genes.
Streptozotocin (STZ)-induced murine models of type 1 diabetes have been used to examine ER stress during pancreatic ${\beta}$-cell apoptosis, as this ER stress plays important roles in the pathogenesis and development of the disease. However, the mechanisms linking type 1 diabetes to the ER stress-modulating anti-diabetic signaling pathway remain to be addressed, though it was recently established that ERK5 (Extracellular-signal-regulated kinase 5) contributes to the pathogeneses of diabetic complications. This study was undertaken to explore the mechanism whereby ERK5 inhibition instigates pancreatic ${\beta}$-cell apoptosis via an ER stress-dependent signaling pathway. STZ-induced diabetic WT and CHOP deficient mice were i.p. injected every 2 days for 6 days under BIX02189 (a specific ERK5 inhibitor) treatment in order to evaluate the role of ERK5. Hyperglycemia was exacerbated by co-treating C57BL/6J mice with STZ and BIX02189 as compared with mice administered with STZ alone. In addition, immunoblotting data revealed that ERK5 inhibition activated the unfolded protein response pathway accompanying apoptotic events, such as, PARP-1 and caspase-3 cleavage. Interestingly, ERK5 inhibition-induced exacerbation of pancreatic ${\beta}$-cell apoptosis was inhibited in CHOP deficient mice. Moreover, transduction of adenovirus encoding an active mutant form of $MEK5{\alpha}$, an upstream kinase of ERK5, inhibited STZ-induced unfolded protein responses and ${\beta}$-cell apoptosis. These results suggest that ERK5 protects against STZ-induced pancreatic ${\beta}$-cell apoptosis and hyperglycemia by interrupting the ER stress-mediated apoptotic pathway.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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