Oxygen is necessary to sustain life, but reactive oxygen species (ROS) produced by oxygen metabolism can cause mutations and toxicity. ROS can damage cellular macromolecules, leading to oxidative stress, which can accelerate cell death and aging. ROS generated in food affect the taste, color, and aroma of food, and high levels of ROS in meat can cause spoilage. Superoxide dismutase (SOD) plays an important role in scavenging ROS in food and reducing their toxicity to organisms. SOD exerts its antioxidant effect by catalyzing the breakdown of O2-• to H2O2. As a natural antioxidant, SOD has the ability to regenerate and maintain its activity over a long period of time without depletion, unlike chemical antioxidants that may have side effects or stability issues. This antioxidant effect of SOD has great potential in a variety of industries, and in the food industry it can be utilized to improve product quality and provide safe and healthy products to consumers. By disrupting the SOD2 and SOD3 genes in Candida albicans, we studied the effects of SOD2 and SOD3 genes on the antioxidant system, suggesting its potential as a natural antioxidant.
As a possible feasibility of the extrapolation between in vivo and in vitro systems, we investigated the global gene expression from both mouse liver and mouse hepatic cell line treated with hepatotoxic chemical, acetaminophen (APAP), and compared between in vivo and in vitro genomic profiles. For in vivo study, mice were orally treated with APAP and sacrificed at 6 and 24 h. For in vitro study, APAP were administered to a mouse hepatic cell line, BNL CL.2 and sampling was carried out at 6 and 24 h. Hepatotoxicity was assessed by analyzing hepatic enzymes and histopathological examination (in vivo) or lactate dehydrogenase (LDH) assay and morphological examination (in vitro). Global gene expression was assessed using microarray. In high dose APAPtreated group, there was centrilobular necrosis (in vivo) and cellular toxicity with the elevation of LDH (in vitro) at 24 h. Statistical analysis of global gene expression identified that there were similar numbers of altered genes found between in vivo and in vitro at each time points. Pathway analysis identified glutathione metabolism pathway as common pathways for hepatotoxicty caused by APAP. Our results suggest it may be feasible to develop toxicogenomics biomarkers or profiles by comparing in vivo and in vitro genomic profiles specific to this hepatotoxic chemical for application to prediction of liver toxicity.
The endocrine disrupting chemical, di (2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) is a plasticizer used in polyvinyl chloride products ubiquitous in our daily lives. DEHP has potentially adverse effects on the liver, kidney, lung, heart, reproductive organs and endocrine systems. Many toxicological data on the DEHP toxicity have been stated, but complete protein profiles have not yet been reported. In this study, DEHP-induced oxidative DNA damage in rat lymphocyte was evaluated by Comet assay (single-cell gel electrophoresis) for the first time. Moreover, DEHP-induced protein profile alterations were examined in rat liver by using toxicoproteomic tools. 34 protein spots in the liver were identified to be significantly deregulated by DEHP on the 2-dimensional gel. Among them, 20 spots were up-regulated and 14 spots down-regulated by DEHP.
The superoxide anion radical$(O_2)$ poses a threat to macromocules and cell organelles of the living cells. This toxicity damage to all groups of proteins results in loss of enzyme function concerned with metabolism and ion transport, and peroxidation of unsaturated fatty acids and cholesterol results in a change of permeability characteristics of the membrane, and oxidative of nucleic acids results in genomic damage and thereby cause mutation, potential carcinogenesis and somatic damage that produce cellular aging Superoxide dismutase(SOD) has received substantial attention as a potential therapeutic agent. It has been investigated as a possible agent for the prevention of ontogenesis, the reduction of cytotoxic effect of anticancer drugs, and protection against damage in ischemic tissue. It is suggest that $O_2$ is concerned with cellular aging, thereafter we need to investigate herb that activated to SOD.
Cytochrome P45O (CYP) 2E1 catalyzes the metabolism of a wide variety of therapeutic agents, procarcinogens, and low molecular weight solvents. CYP2E1-catalyzed metabolism may cause toxicity or DNA damage through the production of toxic metabolites, oxygen radicals, and lipid peroxidation. CYP2E1 also plays a role in the metabolism of endogenous compounds including fatty acids and ketone bodies. The regulation of CYP2E1 expression is complex, and involves transcriptional, post-transcriptional, translational, and post-translational mechanisms. CYP2E1 is transcriptionally activated in the first few hours after birth. Xenobiotic inducers elevate CYP2E1 protein levels through both increased translational efficiency and stabilization of the protein from degradation, which appears to occur primarily through ubiquitination and proteasomal degradation. CYP2E1 mRNA and protein levels are altered in response to pathophysiologic conditions by hormones including insulin, glucagon, growth hormone, and leptin, and growth factors including epidermal growth factor and hepatocyte growth factor, providing evidence that CYP2E1 expression is under tight homeostatic control.
Mitochondria, fundamental cellular organelles that govern energy metabolism, hold a pivotal role in cellular vitality. While consuming dioxygen to produce adenosine triphosphate (ATP), the electron transfer process within mitochondria can engender the formation of reactive oxygen species that exert dual roles in endothelial homeostatic signaling and oxidative stress. In the context of the intricate electron transfer process, several metal ions that include copper, iron, zinc, and manganese serve as crucial cofactors in mitochondrial metalloenzymes to mediate the synthesis of ATP and antioxidant defense. In this mini review, we provide a comprehensive understanding of the coordination chemistry of mitochondrial cuproenzymes. In detail, cytochrome c oxidase (CcO) reduces dioxygen to water coupled with proton pumping to generate an electrochemical gradient, while superoxide dismutase 1 (SOD1) functions in detoxifying superoxide into hydrogen peroxide. With an emphasis on the catalytic reactions of the copper metalloenzymes and insights into their ligand environment, we also outline the metalation process of these enzymes throughout the copper trafficking system. The impairment of copper homeostasis can trigger mitochondrial dysfunction, and potentially lead to the development of copper-related disorders. We describe the current knowledge regarding copper-mediated toxicity mechanisms, thereby shedding light on prospective therapeutic strategies for pathologies intertwined with copper dyshomeostasis.
2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-$\rho$-dioxin(TCDD) displays high toxicity in animals and has been implicated in human carcinogenesis. Although TCDD is recognized as potent carcinogens, relatively little is known about their role in the tumor promotion and carcinogenesis. It is known that TCDD can increase of cancer risk from various types of tissue by a mechanism possibly involving the aryl hydrocarbon receptor (AhR) activation. In this study, effects of TCDD on cellular proliferation of normal human skin and lung fibroblasts, Detroit551 and WI38 cells were investigated. In addition, to enhance our understanding of TCDD-mediated carcinogenesis, we have investigated process in which expression of Erk1/2, cyclinD1, oncogene such as Ha-ras and c-myc, and their cognate signaling pathway. TCDD that are potent activators of AhR-mediated activity was found to induce significant increase of cytochrome P4501A1 mRNA expression, suggesting a presence of functional AhR. These results support that CYP1A1 enzyme may be involved in the generation of TCDD-induced toxicity. Moreover mitogen-activated protein kinases (MARKs) phosphorylation and cyclin D1 overexpression are induced by TCDD, which corresponded with the progression of cellular proliferation. However, TCDD did not affected Ha-ras and c-myc mRNA expression. Taken together, it seems that TCDD are could be a part of cellular proliferation in non-tumorigenic normal human cells such as Detroit551 and WI38 cells through the upregulation of MAPKs signaling pathway regulating growth of cell population. Therefore, AhR-activating TCDD could potentially contribute to tumor promotion and Detroit551 and WI38 cells have been used as a detection system of tumorigenic effects of TCDD.
We investigated global gene expression from both mouse liver and mouse hepatic cell lines treated with acetaminophen (APAP) in order to compare in vivo and in vitro profiles and to assess the feasibility of the two systems. During our analyses of gene expression profiles, we picked up several down-regulated genes, such as the cytochrome P450 family 51 (Cyp51), sulfotransferase family cytosolic 1C member 2 (Sult1c2), 3-hydroxy-3-methylglutaryl-Coenzyme A synthase 1 (Hmgcs1), and several genes that were up-regulated by APAP, such as growth arrest and DNA-damage-inducible 45 alpha (Gadd45a), transformation related protein 53 inducible nuclear protein 1 (Trp53inp1) and zinc finger protein 688 (Zfp688). For validation of gene function, synthesized short interfering RNAs (siRNAs) for these genes were transfected in a mouse hepatic cell line, BNL CL.2, for investigation of cell viability and mRNA expression level. We found that siRNA transfection of these genes induced down-regulation of respective mRNA expression and decreased cell viability. siRNA transfection for Cyp51 and others induced morphological alterations, such as membrane thickening and nuclear condensation. Taken together, siRNA transfection of these six genes decreased cell viability and induced alteration in cellular morphology, along with effective inhibition of respective mRNA, suggesting that these genes could be associated with APAP-induced toxicity. Furthermore, these genes may be used in the investigation of hepatotoxicity, for better understanding of its mechanism.
Bideshi, Dennis K.;Waldrop, Greer;Fernandez-Luna, Maria Teresa;Diaz-Mendoza, Mercedes;Wirth, Margaret C.;Johnson, Jeffrey J.;Park, Hyun-Woo;Federici, Brian A.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.23
no.8
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pp.1107-1115
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2013
The Cyt1Aa protein of Bacillus thuringiensis susbp. israelensis elaborates demonstrable toxicity to mosquito larvae, but more importantly, it enhances the larvicidal activity of this species Cry proteins (Cry11Aa, Cry4Aa, and Cry4Ba) and delays the phenotypic expression of resistance to these that has evolved in Culex quinquefasciatus. It is also known that Cyt1Aa, which is highly lipophilic, synergizes Cry11Aa by functioning as a surrogate membrane-bound receptor for the latter protein. Little is known, however, about whether Cyt1Aa can interact similarly with other Cry proteins not primarily mosquitocidal; for example, Cry2Aa, which is active against lepidopteran larvae, but essentially inactive or has very low toxicity to mosquito larvae. Here we demonstrate by ligand binding and enzyme-linked immunosorbent assays that Cyt1Aa and Cry2Aa form intermolecular complexes in vitro, and in addition show that Cyt1Aa facilitates binding of Cry2Aa throughout the midgut of C. quinquefasciatus larvae. As Cry2Aa and Cry11Aa share structural similarity in domain II, the interaction between Cyt1Aa and Cry2Aa could be a result of a similar mechanism previously proposed for Cry11Aa and Cyt1Aa. Finally, despite the observed interaction between Cry2Aa and Cyt1Aa, only a 2-fold enhancement in toxicity resulted against C. quinquefasciatus. Regardless, our results suggest that Cry2Aa could be a useful component of mosquitocidal endotoxin complements being developed for recombinant strains of B. thuringiensis subsp. israelensis and B. sphaericus aimed at improving the efficacy of commercial products and avoiding resistance.
Zhang, Peng;Hong, Ji;Yoon, I Na;Kang, Jin Ku;Hwang, Jae Sam;Kim, Ho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.27
no.6
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pp.1163-1170
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2017
Clostridium difficile releases two exotoxins, toxin A and toxin B, which disrupt the epithelial cell barrier in the gut to increase mucosal permeability and trigger inflammation with severe diarrhea. Many studies have suggested that enteric nerves are also directly involved in the progression of this toxin-mediated inflammation and diarrhea. C. difficile toxin A is known to enhance neurotransmitter secretion, increase gut motility, and suppress sympathetic neurotransmission in the guinea pig colitis model. Although previous studies have examined the pathophysiological role of enteric nerves in gut inflammation, the direct effect of toxins on neuronal cells and the molecular mechanisms underlying toxin-induced neuronal stress remained to be unveiled. Here, we examined the toxicity of C. difficile toxin A against neuronal cells (SH-SY5Y). We found that toxin A treatment time- and dose-dependently decreased cell viability and triggered apoptosis accompanied by caspase-3 activation in this cell line. These effects were found to depend on the up-regulation of reactive oxygen species (ROS) and the subsequent activation of p38 MAPK and induction of $p21^{Cip1/Waf1}$. Moreover, the N-acetyl-$\text\tiny L$-cysteine (NAC)-induced down-regulation of ROS could recover the viability loss and apoptosis of toxin A-treated neuronal cells. These results collectively suggest that C. difficile toxin A is toxic for neuronal cells, and that this is associated with rapid ROS generation and subsequent p38 MAPK activation and $p21^{Cip1/Waf1}$ up-regulation. Moreover, our data suggest that NAC could inhibit the toxicity of C. difficile toxin A toward enteric neurons.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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