The cttl+ gene in Schizosaccharomyces pombe encoeds a catalse responsible for H2O2-resistance of this organism as judged by the H2O2-sensitive phenotype of the ctt1Δ mutant. In this study, we investigated the subcellular localization of the Ctt1 gene product. In wild type cells catalase activity was detected in the organelle fraction as well as in the cytosol. The ctt1Δ mutant contained no catalase activity, indicating that both cytosolic and organellar catalases are the products of a single ctt1+ gene. Western bolt analysis revealed two catalase bands, both of which disappeared in the ctt1Δ mutant. The major, fastermigrating band existed in the cytosol whereas the monor, slower-migrating band appeared to be located in organelles, most likely in peroxisomes. These results suggest that the ctt1+ gene product targeted to the peroxisome is a modified form of the one in the cytosol.
The effects of simulated acid rain (SAR) on fatty acid composition and biochemical defense responses of plant was investigated. Garden balsam (Impatiens balsamina L.) was exposed to four pH levels (5.6, 4.0, 3.0, 2.0) of SAR and placed in the growth chambers for 2 weeks. SAR drastically inhibited chlorophyll content of garden balsam. The level of $H_2O_2$ was significantly increased by SAR. As pH levels decreased from 5.6 to 2.0, the ratio of unsaturated to saturated fatty acids of garden balsam was increased. Changes of three major polyamines (putrescine, spermidine and spermine) of garden balsam leaves were observed. All of the polyamine contents were increased with SAR. Catalase activities of the plant affected by SAR were increased as the pH decreased. The results indicate that the application of SAR generates oxidative stresses from the garden balsam and retards the plant growth significantly. A biochemical protect mechanism might be activated to neutralize the oxidative stresses generated through SAR.
An opportunistic human pathogen, Pseudomonas aeruginosa, contains the major catalase KatA, which is required to cope with oxidative and osmotic stresses. As an attempt to uncover the $H_2O_2$-dependent regulatory mechanism delineating katA gene expression, four prototrophic $H_2O_2$-sensitive mutants were isolated from about 1,500 TnphoA mutant clones of P. aeruginosa strain PA14. Arbitrary PCR and direct cloning of the transposon insertion sites revealed that one insertion is located within the katA coding region and two are within the coding region of oxyR, which is responsible for transcriptional activation of several antioxidant enzyme genes in response to oxidative challenges. The fourth insertion was within PA3815 (IscR), which encodes a homolog of the Escherichia coli iron-sulfur assembly regulator, IscR. The levels of catalase and SOD activities were significantly reduced in the iscR mutant, but not in the oxyR mutant, during the normal planktonic culture conditions. These results suggest that both IscR and OxyR are required for the optimal resistance to $H_2O_2$, which involves the expression of multiple antioxidant enzymes including KatA.
This study was carried out to examine mechanisms by which Holotrichia (HTC) produces protective effect against renal cell injury. HTC extraction (5%) prevented $H_2O_2(50mM)$-induced LDH release and lipid peroxidation in renal cortical slices. When slices were treated with 5% HTC extraction, cellular glutathione content and the superoxide dismutase activity were not altered in control and $H_2O_2$-treated tissues. When slices were treated with 50 mM $H_2O_2$, the catalase activity was significantly inhibited, which was completely restored by addition of 5% HTC. Treatment of slices with 5% HTC extraction increased the glutation peroxidase activity in $H_2O_2$-treated tissues. These results suggest that HTC prevents oxidant-induced cell injury and lipid peroxidation by increasing the activities of catalase and glutathione peroxidase in renal cortical slices.
In an attempt to explore the mechanistic aspects of chilling injury in plants and their defensive measures against the low temperature stress, the time sequential measurements of pyruvate, superoxide radicals$(O_{\overline{2}})$ and antioxygenic enzymes during whole period of injury-inducing treatment were performed using mostly rice seedlings. Pyruvate was substantialy accumulated in leaf tissues during the exposure period to $5^{\circ}C$ of the seedlings ; the relative extent of the accumulation was increased with increasing time of the cold treatment. When the cold-treated plants were translocated to ambient temperature$({\sim}25^{\circ}C)$, the accumulation started to dissipate, concomitantly accompaning a remarkable increase in the $O_{\overline{2}}$ level of tissues. Superoxide dismutase(SOD) and catalase were also activated during post-chilling period, although they showed a considerable lag time for activation. In contrast, glutathione peroxidase, another antioxygenic enzyme in cells, was not activated at all by preceding cold treatment of plants. The uptake of exogenous $O_{\overline{2}}$ by the roots of rice seedlings resulted in increase in the activities of SOD and catalase in root tissues. The supply of $H_2O_2$ to plan st brought about the activation of catalase in situ, while failing to exert any effect on the activation state of glutathione peroxidase. The results obtained in this work suggest that pyruvate accumulation in cells is the direct cause of the overproduction of $O_{\overline{2}}$ and thereby other toxic activated oxygen species, and that SOD and catalase may play a crucial role in the protection of plant cells against active oxygen-mediated chilling injury.
Five different types of catalases from photosynthetic bacterium Rhodospirillum rubrum S1 grown aerobically in the dark were found in this study, and designated Catl (350 kDa), Cat2 (323 kDa), Cat3 (266 kDa), Cat4 (246 kDa), and Cat5 (238 kDa). Analysis of native PAGE revealed that Cat2, Cat3, and Cat4 were also produced in the cells anaerobically grown in the light. It is notable that only Cat2 was expressed much more strongly in response to the anaerobic condition. Enzyme activity staining demonstrated that Cat3 and Cat4 had bifunctional catalase-peroxidase activities, while Catl, Cat2, and Cat5 were typical monofunctional catalases. S1 cells grown aerobically in the presence of malate as the sole source of carbon exhibited an apparent catalase Km value of 10 mM and a Vmax of about 705 U/mg protein at late stationary growth phase. The catalase activity of Sl cells grown in the anaerobic environment exhibited a much lower Vmax of about 109 U/mg protein at late logarithmic growth phase. The catalytic activity was stable in the broad range of temperatures (30$\^{C}$-60$\^{C}$), and pH (6.0-10.0). R. rubrum S1 was much more resistant to H$_2$O$_2$in the stationary growth phase than in the exponential growth phase regardless of growth conditions. Cells of stationary growth phase treated with 15 mM H$_2$O$_2$for 1 h showed 3-fold higher catalase activities than the untreated cells. In addition, L-glutamate induced an 80-fold increase in total catalase activity of R. rubrum S1 compared with magic acid. Through fraction analyses of S1 cells, Cat2, Cat3, Cat4 and Cat5 were found in both cytoplasm and periplasm, while Catl was localized only in the cytoplasm.
Objective : This study was undertaken to determine whether Gamibaegi-eum (BGU) in vitro and in vivo exerts a beneficial effect against cell injury induced by reactive oxygen species (ROS) in the human intestine. Methods : Effects of BGU in vitro on cell injury were examined using Caco-2 cells, cultured human intestinal cell line. Exposure of cells to H₂O₂ induced increases in the loss of cell viability in a time and dose-dependent fashion. Results : BGU prevented H₂O₂-induced cell death and its effect was dose-dependent over a concentration range of 0.051%. H₂O₂-induced cell death was prevented by catalase, the hydrogen peroxide scavenger enzyme, and deferoxamine, the iron chelator. However, the potent antioxidant DPPD did not affect H₂O₂-induced cell death. H₂O₂ increased lipid peroxidation, which was inhibited by BGU and DPPD. H₂O₂ caused DNA damage in a dose-dependent manner, which was prevented by BGU, catalase, and deferoxamine, but not DPPD. BGU restored ATP depletion induced by H₂O₂. BGU inhibited generation of superoxide and H₂O₂ and scavenged directly H₂O₂. Oral administration of mepirizole in vivo at a dose of 200mg/kg resulted in ulcer lesions in the stomach and the proximal duodenum. Pretreatment of BGU(0.1%/kg, orally) and catalase (800Units/kg, i.v.) significantly decreased the size of ulcers. Mepirizole increased lipid peroxidation in the mucosa of the duodenum, suggesting an involvement of ROS. Pretreatment of BGU and catalase significantly inhibited lipid peroxidation induced by mepirizole. Morphological studies showed that mepirizole treatment causes duodenal injury and its effect is prevented by BGU. Conclusion : These results indicate that BGU exerts a protective effect against cell injury in vitro and in vivo through antioxidant action. The present study suggests that BGU may playa therapeutic role in the treatment of human gastrointestinal diseases mediated by ROS.
목적:반응성산소기들은 장관에서 여러 종류의 질병의 발생과 관련을 가지고 있는 것으로 알려져 있어, 이들에 의한 세포손상을 방지하는 약물의 개발은 시급한 실정이다. 본 연구에서는 항산화작용을 가진 약재로 보고 된 단삼추출액이 장관상피세포에서 $H_2O_2$에 의한 세포손상을 방지할 수 있는 지를 조사하고자 하였다. 방법:장관상피세포로는 사람의 소장상피세포에서 유래한 배양세포주인 Caco-2세포를 이용하였고, 세포손상 정도는 trypan blue exclusion assay를 통해 평가하였고, 지질의 과산화는 그 산물인 malondialdehyde의 량을 측정하여 산정하였다. 결과: $H_2O_2$는 처리 시간 및 농도에 비례하여 세포손상을 유발하였으며, 이러한 효과는 단삼추출액에 의해 농도의존적으로 방지되었다. $H_2O_2$에 의한 세포소상은 $H_2O_2$제거제인 catalase와 철착염제인 deferoxamine에 의해 방지되었으나 항산화제인 N,N-diphenyl-p-phenylenamine(DPPD)에 의해 영향을 받지 않았다. $H_2O_2$는 지질의 과산화를 증가시켰으며, 이러한 효과는 단삼추출액과 DPPD에 의해 억제되었다. 단삼추출액은 $H_2O_2$에 의한 세포내 ATP 고갈을 방지하였다. $H_2O_2$는 DNA 손상을 일으켰으며, 이러한 효과는 단삼추출액, catalase 및 deferoxamine에 의해 방지되었으나, DPPD에 의해서는 변화되지 않았다. 결론 : 이상의 결과를 종합하면 단삼추출액은 장관상피세포에서 $H_2O_2$에 의한 세포손상을 방지하며, 이러한 효과는 항산화작용이 아닌 다른 작용기전에 기인할 것으로 생각된다. 또한 본 연구의 결과는 $H_2O_2$가 장관상피세포에서 지질의 과산화를 유발하여 세포손상을 일으키지 않음을 가리킨다.
reactive oxygen species에 의해 나타나는 reactivity에 있어서 metal ions이 관여함이 시사되고 있다. 이미 알려진 reactive oxygen species와 metal ions의 상호작용 이외에 특히 $Cu^{++}$과 $H_2O_2$가 강력한 peroxidative action을 나타낸다는 사실이 알려져 있으며 $Cu^{++}-H_2O_2$가 biological system 에서의 조직파괴에 관여할 가능성이 저자들에 의해서 효소 및 조직치 구조 단백질의 gradation 효과를 관찰함으로써 시사되었다. 본 연구는 $H_2O_2$ 혹은 $H_2O_2$를 생성하는 효소계(xanthine과 xanthine oxidase 및 glucose과 glucose oxidase)에 $Cu^{++}$을 첨가하여 $Cu^{++}-H_2O_2$에 의한 peroxidation의 효과를 collagen gelation을 통하여 확인코저 수행하였으며 다음과 같은 결과를 얻었다. 1) $Cu^{++}(20\;{\mu}M)$과 $H_2O_2$에 의하며 collagen gelation은 현저히 억제되었으며 이같은 억제효과는 양자의 농도에 비례하였다. 2) $Cu^{++}-H_2O_2$ reactivity를 확인하는 다른 방법으로 glucose oxidase system를 이용하였다. glucose oxidase$(2.5{\mu}g/ml)$ 와 glucose(0.5 mM)는 collagen gelation에 영향을 미치지 않았으나 이에 $Cu^{++}$이 존재하면 gelation이 억제되었다. 이때 억제정도는 $glucose(0.125{\sim}l.25\;mM)$와 $Cu^{++}$의 농도에 비례하였다. 3) 여러 reactive oxygen species 가운데 $Cu^{++}-H_2O_2$ reactivity를 xanthine oxidase system을 이용하여 확인하였다. (a) collagen gelation은 xanthine oxidase(30 munits/ml)와 xanthine$(0.25{\sim}2\;mM)$에 의하여 억제되었다. (b) 이때 나타나는 collagen gelation의 억제는 superoxide dismutase에 의하여 완전히 회복되었으나 catalase에 의해서는 더욱 촉진되었다. 그러나 catalase에 의한 억제효과의 촉진은 1,4-diazabicyclo(2,2,2)octane에 의하여 완전히 소실되었다. 따라서 이 xanthine oxidase system에서는 $O_2-,\;H_2O_2,\;^1O_2$이 관여함을 알 수 있었다. (c) 그러나 $Cu^{++}(10\;{\mu}M)$이 존재하였을 때 collagen gelation은 superoxie dismutase에 의해 더욱 억제되었고 catalase에 의해서는 완전히 회복되었다. xanthine oxidase계에서 얻어진 결과는 여러 reactive oxygen species가운데 $H_2O_2$가 $Cu^{++}$에 의하여 peroxidation효과를 나타냄을 알 수 있었다. 이상의 결과로 미루어 볼 때 reactive oxygen species와 metal ions과의 상호작용 가운데 $Cu^{++}-H_2O_2$는 강한 반응을 나타내는 특이한 구성요소이고 헌재 시사되고 있는 reactive oxygen species의 biological effects에 비추어 $Cu^{++}-catalyzed peroxidation$도 병적상태에서 생체에 유해한 작용을 나타내는 요소임을 시사하며 특히 염증시 조직파괴역할에 관하여 고찰하였다.
Epigallocatechin-3-gallate (EGCG) is a polyphenolic compound frequently found in green tea, and its physiological actions have been extensively investigated. In the present study, changes in chemical stability and cytotoxic properties of EGCG in the presence of different types of antioxidants were investigated. The antioxidants used modulated the chemical stability of EGCG. Superoxide dismutase (SOD) significantly increased EGCG stability; EGCG was less stable in the presence of catalase. Ascorbic acid, N-acetylcysteine (NAC), and glutathione (GSH) stabilized EGCG concentration dependently. The $H_2O_2$ level generated from EGCG was decreased by catalase, SOD, and NAC but not by GSH. The cytotoxic effects of EGCG also decreased in the presence of NAC, catalase, and SOD. GSH, however, showed a complicated modulatory pattern according to the EGCG and GSH concentrations, and ascorbic acid rather enhanced EGCG toxicity. The results suggest that certain antioxidants could modulate the cytotoxic properties of EGCG in a cell culture system not only by removing reactive oxygen species but by modulating chemical stability and other factors, which should be considered carefully when studying reactive oxygen species-dependent mechanisms of EGCG.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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