We examined the enhancement of thermotolerance for storage conferred on Lactobacillus acidophilus 30SC by adaptation to different stresses. The viable cells of Lactobacillus acidophilus 30SC were compared with their viability prior to heating at $45,\;55^{\circ}C\;and\;60^{\circ}C$. Heat-adapted ($45^{\circ}C$ for 15 min) L. acidophilus 30SC in MRS broth exhibited higher survivability at lethal temperature of $55^{\circ}C$ than control. Cellular protein profiles of L. acidophilus 30SC during heat adaptation were examined with SDS-PAGE, and scanning electron microscopy. When L. acidophilus 30SC was heat-adapted at $55^{\circ}C$ for 15min, 5 new protein spots of ca $8\~45\;kDa$ size were observed on 2D SDS-PAGE. It was presumed that new proteins of L. acidophilus 30SC were produced to adapt to the environment of higher growth temperature.
Choi, In hwa;Kim, Su Nam;Kim, Seung Hwan;Kweon, Chang Hee;Pyo, Suhk Neung;Rhee, Dong Kwon
Korean Journal of Microbiology
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v.34
no.1_2
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pp.43-50
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1998
Induction and purification of the GroEL homolog from Streptococcus pneumolliae were characterized. The stress conditions were determined by temperature, ethanol, NaCI, $H_2O_2$ methyl methanesulfonate, and ethyl methanesulfonate. And stress induced proteins were analyzed using [$^{35}S$]-methionine labeling method. Heat shock induced the synthesis of a set of about 3 heat shock proteins (hsps) (65, 73, and 84-kDa). Of those 3 hsps, a 65 kDa protein, hsp65, was purified by DEAE-Sephacel and ATP-agarose column chromatography, and used for antibody preparation. Immunoblot analysis employing antisera raised against pneumococcus hsp65 demonstrated cross-reactivity with a 60 kDa protein in Eschericha coli. Also cross reaction of the purified p65 with anti-Escherichia coli GroEL monoclonal antibody demonstrated that pneumococcal hsp65 is the GroEL homolog.
This study was undertaken to identify and characterize hemolytic Bacillus cereus isolated from commercial ssam-jang. The physiological and biochemical properties of isolate were first examined. Using the BIOLOG system, the isolate was identified and assigned to B. cereus MH-2. Phylogenetic tree of MH-2 was plotted based on 16S rRNA sequence comparisons. Hemolytic activity was observed around wells of sheep blood agar plates seeded with MH-2 cultures; the zone of hemolysis gradually increased with increasing incubation time of the cultures. Zymographic analysis estimated the molecular weight of the presumed hemolysis-causing molecule to be about 30 kDa. Survival rates of MH-2 cells decreased with increasing NaCl concentrations in the media. The stress shock proteins (e.g., DnaK and GroEL) induced by NaCl were reduced in proportion to the NaCl concentration and exposure period to B. cereus MH-2. Analysis of SDS-PAGE and Western blot revealed that the stress shock proteins, 70-kDa DnaK and 60-kDa GroEL were decreased proportionate to the NaCl concentrations as well as exposure period in exponentially growing cultures. Scanning electron microscopy demonstrated the presence of perforations and irregular rod forms with wrinkled surfaces in cells treated with NaCl.
Heat shock proteins (Hsps) play a key role in the cellular defense response to diverse environmental stresses. Here, the role of Hsp genes in the acquisition of thermotolerance in the cyanobacterium Microcystis aeruginosa NIES-298 was investigated. Twelve Hsp-related genes were examined to observe their modulated expression patterns at different temperatures (10, 15, 25, and $35^{\circ}C$) over different exposure periods. HspA and HtpG transcripts showed an up-regulation of expression at low temperatures (10 and $15^{\circ}C$) and high temperature ($35^{\circ}C$), compared with the control ($25^{\circ}C$). To examine their effects upon thermotolerance, we purified recombinant HspA and HtpG proteins. During a thermotolerance study at $54^{\circ}C$, the HspA-transformed bacteria showed increased thermotolerance compared with the control. HtpG also played a role in the defense response to acute heat stress within 30 min. These findings provide a better understanding of cellular protection mechanisms against heat stress in cyanobacteria.
Lumbera, Wenchie Marie L.;Cruz, Joseph dela;Yang, Seung-Hak;Hwang, Seong Gu
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.29
no.3
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pp.419-427
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2016
There is a high association of heat shock on the alteration of energy and lipid metabolism. The alterations associated with thermal stress are composed of gene expression changes and adaptation through biochemical responses. Previous study showed that Angelica gigas Nakai (AGN) root extract promoted adipogenic differentiation in murine 3T3-L1 preadipocytes under the normal temperature condition. However, its effect in heat shocked 3T3-L1 cells has not been established. In this study, we investigated the effect of AGN root hot water extract in the adipogenic differentiation of murine 3T3-L1 preadipocytes following heat shock and its possible mechanism of action. Thermal stress procedure was executed within the same stage of preadipocyte confluence (G0) through incubation at $42^{\circ}C$ for one hour and then allowed to recover at normal incubation temperature of $37^{\circ}C$ for another hour before AGN treatment for both cell viability assay and Oil Red O. Cell viability assay showed that AGN was able to dose dependently (0 to $400{\mu}g/mL$) increase cell proliferation under normal incubation temperature and also was able to prevent cytotoxicity due to heat shock accompanied by cell proliferation. Confluent preadipocytes were subjected into heat shock procedure, recovery and then AGN treatment prior to stimulation with the differentiation solution. Heat shocked preadipocytes exhibited reduced differentiation as supported by decreased amount of lipid accumulation in Oil Red O staining and triglyceride measurement. However, those heat shocked preadipocytes that then were given AGN extract showed a dose dependent increase in lipid accumulation as shown by both evaluation procedures. In line with these results, real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) and Western blot analysis showed that AGN increased adipogenic differentiation by upregulating heat shock protection related genes and proteins together with the adipogenic markers. These findings imply the potential of AGN in heat shock amelioration among 3T3-L1 preadipocytes through heat shock factor and proteins augmentation and enhanced adipogenic marker expression.
This study was performed to evaluate the effect of heat stress on the status of physiological responses, blood parameter, serum T3 and cortisol, and heat shock proteins (HSP 27, 70, and 90) of Hanwoo cattle. Six Hanwoo steers (242.8 ± 7.2 kg of BW) were housed in the climate-controlled respiration chambers. The experiment consisted of 7 days (control; 0 day) at thermoneutral (air temperature (Ta) of 15℃ and relative humidity (RH) of 60%; temperature-humidity index (THI) = 64), and by 3 and 6 days (treatment groups) at heat stress (Ta of 35℃ and RH of 60%; THI = 87). Body temperature of each parts (frank, rump, perineum and foot) and rectal temperature elevated in heat stress groups (3 days and 6 days) than the control group (0 day). Respiration rates increased in 3 days and 6 days (88.5 ± 0.96 bpm and 86.3 ± 0.63 bpm, respectively) from 0 days (39.5 ± 0.65 bpm). Feed intake significantly decreased in heat stress groups (3 days and 6 days, 3.7 ± 0.14 kg and 4.0 ± 0.15 kg, respectively) than the control group (0 day, 5.0 ± 0.00 kg). In addition, final BW significantly decreased in heat stress groups (3 days and 6 days, 211.8 ± 4.75 kg and 215.5 ± 3.50 kg, respectively) than the control group (0 day, 240.0 ± 25.00 kg). However, heat stress has no significant effect on blood parameter, serum T3 and cortisol. Nevertheless, heat stress increased HSPs mRNA expression in liver tissue, and serum concentration of HSPs. Despite Hanwoo cattle may have high adaptive ability to heat stress, our results suggested that heat stress directly effect on body temperature and respiration rate as well as serum and tissue HSPs. Therefore, we are recommended that HSPs could be the most appropriate indicators of Hanwoo cattle response to heat stress.
Journal of The Korean Society of Grassland and Forage Science
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v.33
no.3
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pp.159-166
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2013
We have previously investigated the proteome changes of rice leaves under heat stress (Lee et al. in Proteomics 2007a, 7:3369-3383), wherein a group of antioxidant proteins and heat shock proteins (HSPs) were found to be regulated differently. The present study focuses on the biochemical changes and gene expression profiles of heat shock protein and antioxidant genes in rice leaves in response to heat stress ($42^{\circ}C$) during a wide range of exposure times. The results show that hydrogen peroxide and proline contents increased significantly, suggesting an oxidative burst and osmotic imbalance under heat stress. The mRNA levels of chaperone 60, HSP70, HSP100, chloroplastic HSP26, and mitochondrial small HSP responded rapidly and showed maximum expression after 0.5 or 2 h under heat stress. Transcript levels of ascorbate peroxidase (APX), dehydroascorbate reductase (DHAR) and Cu-Zn superoxide dismutase (Cu-Zn SOD) showed a rapid and marked accumulation upon heat stress. While prolonged exposure to heat stress resulted in increased transcript levels of monodehydroascorbate reductase, peroxidase, glyoxalase 1, glutathione reductase, thioredoxin peroxidase, 2-Cysteine peroxiredoxin, and nucleoside diphosphate kinase 1, while the transcription of catalase was suppressed. Consistent with their changes in gene expression, the enzyme activities of APX and DHAR also increased significantly following exposure to heat stress. These results suggest that oxidative stress is usually caused by heat stress, and plants apply complex HSP- and antioxidant-mediated defense mechanisms to cope with heat stress.
Formic acid is a representative carboxylic acid that inhibits bacterial cell growth, and thus it is generally considered to constitute an obstacle to the reuse of renewable biomass. In this study, Saccharomyces cerevisiae was used to elucidate changes in protein levels in response to formic acid. Fifty-seven differentially expressed proteins in response to formic acid toxicity in S. cerevisiae were identified by 1D-PAGE and nano-liquid chromatography-tandem mass spectrometry (nano-LC-MS/MS) analyses. Among the 28 proteins increased in expression, four were involved in the MAP kinase signal transduction pathway and one in the oxidative stress-induced pathway. A dramatic increase was observed in the number of ion transporters related to maintenance of acid-base balance. Regarding the 29 proteins decreased in expression, they were found to participate in transcription during cell division. Heat shock protein 70, glutathione reductase, and cytochrome c oxidase were measured by LC-MS/MS analysis. Taken together, the inhibitory action of formic acid on S. cerevisiae cells might disrupt the acidbase balance across the cell membrane and generate oxidative stress, leading to repressed cell division and death. S. cerevisiae also induced expression of ion transporters, which may be required to maintain the acid-base balance when yeast cells are exposed to high concentrations of formic acid in growth medium.
When NIH3T3 cells were exposed to mild heat and recovered at $37^{\circ}C$ for various time intervals, they were thermotolerant and resistant to subsequent stresses including heat, oxidative stresses, and antitumor drug methotrexate which are apoptotic inducers. The induction kinetics of apoptosis by stresses were determined by DNA fragmentation and protein synthesis using $[35^S]$methionine pulse labeling. We investigated the hypothesis that thermotolerant cells were resistant to apoptotic cell death compared to control cells when both cells were exposed to various stresses inducing apoptosis. The cellular changes in thermotolerant cells were examined to determine which components are involved in this resistance. At first, the degree of resistance correlates with the extent of heat shock protein synthesis which were varied depending on the heating times at $45^{\circ}C$ and recovery times at $37^{\circ}C$after heat shock. Secondly, membrane permeability change was observed in thermotolerant cells. When cells prelabeled with $[^{3}H]$thymidine were exposed to various amounts of heat and recovered at $37^{\circ}C$ for 1/2 to 24 h, the permeability of cytosolic $[^{3}H]$thymidine in thermotolerant cells was 4 fold higher than that in control cells. Thirdly, the protein synthesis rates in thermotolerant and control cells were measured after exposing the cells to the same extent of stress. It turned out that thermotolerant cells were less damaged to same amount of stress than control cells, although the recovery rates are very similar to each other. These results demonstrate that an increase of heat shock proteins and membrane changes in thermotolerant cells may protect the cells from the stresses and increase the resistance to apoptotic cell death, even though the exact mechanism should be further studied.
BACKGROUND: Insects are ectothermic organisms in terrestrial ecosystems and play various roles such as controlling plant biomass and maintaining species diversity. Because insects are ectothermic, their physiological responses are very sensitive to environmental temperature which determines survival and distribution of insect population and that affects climate change. This study aimed to identification of genes contributing to fitness under high temperature. METHODS AND RESULTS: To identify genes contributing to fitness under high temperature, the transcriptomes of fat body in Plutella xyostella larva have been analyzed via next generation sequencing. From the fat body transcriptomes, structure-related proteins, heat shock proteins, antioxidant enzymes and detoxification proteins were identified. Genes encoding proteins such as structural proteins (cuticular proteins, chitin synthase and actin), stress-related protein (cytochrome P450), heat shock protein and antioxidant enzyme (catalase) were up-regulated at high temperature. In contrast expression of glutathione S transferase was down-regulated. CONCLUSION: Identifications of temperature-specific up- or down-regulated genes can be useful for detecting temperature adaptation and understanding physiological responses in insect pests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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