Heat shock proteins (HSPs), one of the most highly conserved groups of proteins characterized to date, play crucial roles in protecting cells against environmental stresses, such as heat shock, salinity and oxidative stress. The glutathione S-transferases (GST) have important role in detoxification of oxidative stress, environmental chemicals and environmental stress. GST mRNA expression have been used as biomarkers on environmental stress. The purpose of this study was to investigate the death rate and the gene expression of Hsp70 and GST during air exposure and starvation. Results showed that, the expression of Hsp70 mRNA was significantly changed in the experiment groups, such as air exposure and starvation. GST mRNA expression was significantly increased in the experimental group of starvation. These results suggest that Hsp70 and GST were played roles in biomarker gene on the air exposure and starvation.
The presence of hypoxic cells in solid tumors has long been considered a problem in cancer treatment such as in radiation therapy or treatment with some anticancer drugs. It has been suggested that hypoxic cells are involved in the development of a more aggressive phenotype and contribute to metastasis. In this study, as an attempt to understand how tumor cells adapt to hypoxic stress, we investigated the regulation of the hypoxia-induced expression of proteins that control essential processes of tumor cell survival and angiogenesis. We first examined whether hypoxia induces stress protein gene expression of murine solid tumor RIF cells. We also examined hypoxia-induced changes in angiogenic gene expression in these cells. Finally, we investigated the association of the elevated levels of stress proteins with the regulation of hypoxia-induced angiogenic gene expression. Results demonstrated that hypoxia induced the expression of the erythropoietin (EPO) gene and at least two major members of stress proteins, heat shock protein 70 (HSP70) and 25 (HSP25) in RIF tumor cells. Evidence that the expression of EPO gene was greatly potentiated in TR cells suggested that the elevated levels of HSPs may play an important role in the regulation of the hypoxia-induced EPO gene expression. One of the RIF variant cell lines, TR, displays elevated levels of HSPs constitutively. Taken together, our results suggest that a hypoxic tumor microenvironment may promote the survival and malignant progression of the tumor cells by temporarily increasing the level of stress proteins and expressing angiogenic genes. We suspect that stress proteins may be associated with the increase of the angiogenic potential of tumor cells under hypoxia.
To investigate the mechanism of salt tolerance of gram-positive moderately halophilic bacteria, two-dimensional gel electrophoresis (2-D PAGE) was employed to achieve high resolution maps of proteins of Halobacillus dabanensis $D-8^T$. Approximately 700 spots of proteins were identified from these 2-D PAGE maps. The majority of these proteins had molecular weights between 17.5 and 66 kDa, and most of them were distributed between the isoelectric points (pI) 4.0 and 5.9. Some protein spots were distributed in the more acidic region of the 2-D gel (pI <4.0). This pattern indicated that a number of proteins in the strain $D-8^T$ are acidic. To understand the adaptation mechanisms of moderately halophilic bacteria in response to sudden environmental changes, differential protein profiles of this strain were investigated by 2-D PAGE and $Imagemaster^{TM}$ 2D Platinum software after the cells were subjected to salt shock of 1 to 25% salinity for 5 and 50 min. Analysis showed 59 proteins with an altered level of expression as the result of the exposure to salt shock. Eighteen proteins had increased expression, S proteins were induced, and the expression of 33 proteins was down-regulated. Eight of the up-regulated proteins were identified using MALDI-TOF/MS and MASCOT, and were similar to proteins involved in signal transduction, proteins participating in energy metabolism pathways and proteins involved in stress.
Yu, Ji Hee;Kim, Keun Pill;Park, Soo Min;Hong, Choo Bong
Molecules and Cells
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v.19
no.3
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pp.328-333
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2005
Small heat shock proteins (sHSPs) are widely distributed, and their function and diversity of structure have been much studied in the field of molecular chaperones. In plants, which frequently have to cope with hostile environments, sHSPs are much more abundant and diverse than in other forms of life. In response to high temperature stress, sHSPs of more than twenty kinds can make up more than 1% of soluble plant proteins. We isolated a genomic clone, NtHSP18.3, from Nicotiana tabacum that encodes the complete open reading frame of a cytosolic class I small heat shock protein. To investigate the function of NtHSP18.3 in vitro, it was overproduced in Escherichia coli and purified. The purified NtHSP18.3 had typical molecular chaperone activity as it protected citrate synthase and luciferase from high temperature-induced aggregation. When E. coli celluar proteins were incubated with NtHSP18.3, a large proportion of the proteins remained soluble at temperatures as high as $70^{\circ}C$. Native gel analysis suggested that NtHSP18.3 is a dodecameric oligomer as the form present and showing molecular chaperone activity at the condition tested. Binding of bis-ANS to the oligomers of NtHSP18.3 indicated that exposure of their hydrophobic surfaces increased as the temperature was raised. Taken together, our data suggested that NtHSP18.3 is a molecular chaperone that functions as a dodecameric complex and possibly in a temperature-induced manner.
Aromatic hydrocarbons which are not easily degraded by microorganisms can be accumulated in the conlaminated environment for a long lime, producing toxic effects on wild lives and humans. However, the sublethal concentrations of the chemicals induce the synthesis of stress-shock proteins in the cells and increase the adaptability of the organisms to the environmental stresses. In this study, therefore, the cells of Psezido~nonus sp. DJ- 12 treated with catechol at various concentrations were inveshgated for their survival, biodegtadability of catechol, production of stress-shock proteins, and cytological changes. The organisms were capable of degrading catechol at the range of 0.5 to 1.0 mM concentration wilhin 6 hours incubation, but they were killed by $10^2$-10$^3$ celllinl at 3 mM or higel- concentration without any catechol degradation. These cells treated with catechol begm lo produce DnaK and GroEL at 1 mM and 0.5 mM. respectively. Pseudumonas sp. DJ-12 treated with 10 mM catechol for I hour exhihiled some punctuated pores on the cell wall and contortion of the rod shape. The cells treated with he sublethal concentration of catechol showed the increased tolerance for suvival when exposed to the lethal concentration, and such tolerant effects were functioned crossly among benzoate, 4-chlorobenzoate, 'and catechol.
Heat shock proteins (HSPs) are induced in response to various physiological or environmental stressors. However, the transcriptional activation of HSPs is regulated by a family of heat shock factors (HSFs). Fish models provide an ideal system for examining the biochemical and molecular mechanisms of adaptation to various temperatures and water environments. In this study, we examined the pattern differentials of heat shock factor 1 (HSF1) and expression of heat shock protein 70 (HSP70) in response to thermal stress in goldfish and mouse hepatocyte cultures by immune-blot analysis. Goldfish HSF1 (gfHSF1) changed from a monomer to a trimer at $33^{\circ}C$ and showed slightly at $37^{\circ}C$, whereas mouse HSF1 (mHSF1) did so at $42^{\circ}C$. This experiment showed similar results to a previous study, indicating that gfHSF1 and mHSF1 play different temperature in the stress response. We also examined the activation conditions of the purified recombinant proteins in human HSF1 (hmHSF1) and gfHSF1 using CD spectroscopy and immune-blot analysis. The purified recombinant HSF1s were treated from $25^{\circ}C$ to $42^{\circ}C$. Structural changes were observed in hmHSF1 and gfHSF1 according to the heat-treatment conditions. These results revealed that both mammal HSF1 (human and mouse HSF1) and fish HSF1 exhibited temperature-dependent changes; however, their optimal activation temperatures differed.
The cellular responses of soil-borne bacterium, Pseudomonas sp. HK-6 to explosive 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) were examined. Two stress shock proteins (SSPs), approximately 70-kDa DnaK and a 60-kDa GroEL were found in HK-6 cells in response to TNT. Analyses of SDS-PAGE and Western blot using anti-DnaK and GroEL revealed that SSPs were induced in HK-6 cells exposed to 0.5 M of TNT far 6-12 hrs. The maximum induction of proteins was achieved at 8-hr incubation point after HK-6 cells'exposure to TNT. Similar SSPs were found to be induced in HK-6 cells by heat shock (shift of temperature, from $30^{\circ}C$ to $42^{\circ}C$) or cold shock (shift of temperature,$30^{\circ}C$ to $4^{\circ}C$).2D-PAGE of soluble protein tractions from the culture of Pseudomonas sp. HX-6 exposed to TNT demonstrated that approximately 450 spots were observed on the silver stained gels ranging from pH 3 to pH 10. Among them, 12 spots significantly induced and expressed in response to TNT were selected and analyzed. Approximately 60-kDa protein, which was assumed highly expressed on the gel, was used for amino acid sequencing. N-terminal microsequencing with in-gel digestion showed that N-terminal sequence of the TNT-induced protein, <$^1XXAKDVKFGDSARKKML^17$, shared extensive similarity with $^1XXAKDVKFGDSARKKML^17$, N-terminal sequence of (P48216) GroEL of Pseudomonas putida.
An extremely cadmium-tolerant budding yeast, Hansenula anomala B-7 underwent a morphological switch in response to either heat shock treatment or cadmium stress, respectively. It exhibited a morphological transition from a unicellular yeast form to a pseudohyphae-like coagulation when subjected to prolonged heat shock treatment. In contrast, the yeast cells showed an irregularity in surface morphology when given thermal stress for a short time. Patterns of proteins expressed in the pseudohyphae-like cells demonstrated that several proteins were overexpressed while others were underexpressed in comparison with those prepared from the cells in the yeast form. It was a striking feature, however, that nearly 40% of the proteins extracted from the cells in the pseudohyphae form appeared to be composed of a single polypeptide. This polypeptide was apparently overexpressed during the pseudohyphae phase and its molecular weight was estimated to be 58 kDa according to SDS-PAGE analysis. However, a significant level of the protein was not observed in the cells before transition to pseudohyphae. The architecture of the cell shape was also damaged when incubated in a medium containing more than 1,000 ppm (8.9mM) of cadmium ions, although able to proliferate at a slow rate. However, the irregularity in the cell morphology exerted either by the brief heat shock treatment or by the cadmium stress with the high concentrations of the metal ions was not repaired, even though the damaged cells were allowed to grow for sufficient time in fresh, cadmium-free medium.
The present study shows that DR1114 (Hsp20), a small heat shock protein of the radiation-resistant bacterium Deinococcus radiodurans, enhances tolerance to hydrogen peroxide ($H_2O_2$) stress when expressed in Escherichia coli. A protein profile comparison showed that E. coli cells overexpressing D. radiodurans Hsp20 (EC-pHsp20) activated the redox state proteins, thus maintaining redox homeostasis. The cells also showed increased expression of pseudouridine (psi) synthases, which are important to the stability and proper functioning of structural RNA molecules. We found that the D. radiodurans mutant strain, which lacks a psi synthase (DR0896), was more sensitive to $H_2O_2$ stress than wild type. These suggest that an increased expression of proteins involved in the control of redox state homeostasis along with more stable ribosomal function may explain the improved tolerance of EC-pHsp20 to $H_2O_2$ stress.
Nam, Bo-Hye;Park, Eun-Mi;Kim, Young-Ok;Kim, Dong-Gyun;Jee, Young-Ju;Lee, Sang-Jun;An, Cheul Min
The Korean Journal of Malacology
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v.29
no.3
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pp.181-187
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2013
In order to investigate environmental stress inducible genes in abalone, we analyzed differentially expressed transcripts from a Pacific abalone, Haliotis discus hannai, after exposure to heat-, cold- or hyposalinity-shock by suppression subtractive hybridization (SSH) method. 1,074 unique sequences from SSH libraries were composed to 115 clusters and 986 singletons, the overall redundancy of the library was 16.3%. From the BLAST search, of the 1,316 ESTs, 998 ESTs (75.8%) were identified as known genes, but 318 clones (24.2%) did not match to any previously described genes. From the comparison results of ESTs pattern of three SSH cDNA libraries, the most abundant EST was different in each SSH library: small heat shock protein p26 (sHSP26) in heat-shock, trypsinogen 2 in cold-shock, and actin in hyposalinity SSH cDNA library. Based on sequence similarities, several response-to-stress genes such as heat shock proteins (HSPs) were identified commonly from the abalone SSH libraries. HSP70 gene was induced by environmental stress regardless of temperature-shock or salinity-stress, while the increase of sHSP26 mRNA expression was not detected in cold-shock but in heat-shock condition. These results suggest that the suppression subtractive hybridization method is an efficient way to isolate differentially expressed gene from the invertebrate environmental stress-response transcriptome.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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