Anger, Thomas;Klintworth, Nils;Stumpf, Christian;Daniel, Werner G.;Mende, Ulrike;Garlichs, Christoph D.
BMB Reports
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v.40
no.6
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pp.899-910
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2007
Extracellular Regulated Kinases (ERK) and Protein Kinase B (Akt) are intermediaries in relaying extracellular growth signals to intracellular targets. Each pathway can become activated upon stimulation of G protein-coupled receptors mediated by $G_q$ and $G_{i/o}$ proteins subjected to regulation by RGS proteins. The goal of the study was to delineate the specificity in which cardiac RGS proteins modulate $G_{q^-}$ and $G_{i/o}$-induced ERK and Akt phosphorylation. To isolate $G_{q^-}$ and $G_{i/o}$-mediated effects, we exclusively expressed muscarinic $M_2$ or $M_3$ receptors in COS-7 cells. Western blot analyses demonstrated increase of phosphorylation of ERK 1.7-/3.3-fold and Akt 2.4-/6-fold in $M_{2^-}/M_{3^-}$ expressing cells through carbachol stimulation. In co-expressions, $M_3/G_q$-induced activation of Akt was exclusively blunted through RGS3s/RGS3, whereas activation of ERK was inhibited additionally through RGS2/RGS5. $M_2/G_{i/o}$ induced Akt activation was inhibited by all RGS proteins tested. RGS2 had no effect on $M_2/G_{i/o}$-induced ERK activation. The high degree of specificity in RGS proteins-depending modulation of $G_{q^-}$ and $G_{i/o}$-mediated ERK and Akt activation in the muscarinic network cannot merely be attributed exclusively to RGS protein selectivity towards $G_q$ or $G_{i/o}$ proteins. Counter-regulatory mechanisms and inter-signaling cross-talk may alter the sensitivity of GPCR-induced ERK and Akt activation to RGS protein regulation.
The regulators of the G protein signaling (RGS) proteins are responsible for the rapid acceleration of the GTPase-activity intrinsic to the heterotrimeric G protein alpha subunits. As GTPase-activating proteins (GAP), the RGS proteins negatively regulate the G-protein signals. Recently, the RGS proteins are known to be one of the important regulators of opioid signal transduction and the development of tolerance. The aim of this study was to review the recent discovery and understanding of the role of RGS proteins in opioid signaling and the development of tolerance. This information will be useful for medical personnel, particularly those involved in anesthesia and pain medicine, by helping them improve the effective use of opioids and develop new drugs that can prevent opioid tolerance.
The maximum adsorption/desorption conditions and the adsorption mechanism of globular proteins to vaccine adjuvants were determined. The maximum adsorption ratio of protein to the $Al^{3+}$ content of aluminum oxyhydroxide and the optimal adsorption pH are 2:1 (${\mu}g:{\mu}g$) for bovine serum albumin (BSA) at pH 6.0 and 2.5:1 (${\mu}g:{\mu}g$) for immunoglobulin G (IgG) at pH 7.0, respectively. The maximum adsorption ratio onto aluminum phosphate gel was 1.5:1 (${\mu}g$ Protein:${\mu}g$$Al^{3+}$) at pH 5.0 for both BSA and IgG. Adsorption of the native globular proteins, BSA and IgG, to aluminum oxyhydroxide and aluminum phosphate gel was reversible as a function of pH. Complete desorption of these proteins from aluminum phosphate gel was observed at alkaline pH, whereas only 80~90% removal from aluminum oxyhydroxide was achieved with alkaline pH and 50 mM phosphate buffer. We conclude that electrostatic and hydrogen bonding interactions between the native proteins and adjuvants are important binding mechanisms for adsorption, and that the surface charge of the protein and the colloid components control the maximum adsorption conditions.
Freezing-resistant plants can survive subzero temperatures by withstanding extracellular ice formation. During cold acclimation, their leaves accumulate antifreeze proteins (AFPs) that are secreted into the apoplast and have the ability to modify the normal growth of ice crystals. Three barley, two wheat and two rye cultivars were grown under two different temperature regimes (20/16$^{\circ}C$ and 5/2$^{\circ}C$, day/night). Apoplastic proteins from winter cereals were separated by SDS-PAGE and detected with antisera to AFPs from winter rye. Apoplastic proteins accumulated to much higher levels in cold-acclimated (CA) leaves compared with nonacclimated (NA) ones in winter cereals. After cold acclimation, the protein concentration of apoplastic extracts increased significantly from 0.088 $mgmL^{-1}$ to 0.448 $mgmL^{-1}$, with about 5-fold increment. Also, the apoplastic protein content per gram leaf fresh weight in CA leaves ranged from 31 $\mu\textrm{g}$$(gFW)^{-1}$ to 120 $\mu\textrm{g}$$(gFW)^{-1}$ with an averaged value of 77 $\mu\textrm{g}$$(gFW)^{-1}$, and coefficients of variation of 54.9%. The CA leaves in Musketeer (a Canadian winter rye cultivar) showed the greatest AFPs and antifreeze activity followed by 'Geurumil' (a Korean winter wheat cultivar), and 'Dongbori l' (Korean facultative barley cultivar). The proteins secreted into the wheat leaf apoplast at CA condition were more numerous than those observed in winter rye, where two $\beta$-1,3-glucanase-like proteins (GLPs), two chitinase-like proteins (CLPs) and two thaumatin-like proteins (TLPs) accumulated during cold acclimation. The proteins in barley leaf apoplast at CA conditions were a little different from those in wheat leaves. The AFPs were various among and within species. More freezing-resistant cultivars had more clear and numerous bands than less freezing-resistant ones. The high determination coefficient ($R^2$ =91 %) between freezing resistance and AFPs per gram leaf fresh weight indicated that the amount of AFPs was highly related to freezing resistance in winter cereal crops.
Barley proteins are expected to have unique functional properties due to their high content of alcohol soluble protein, hordein. Since the barley proteins obtained by conventional isoelectric precipitation method cannot represent hordein fraction, barley proteins were fractionated to albumin, globulin, glutelin, and hordein with respect to extraction solvents. Functional properties and film-forming properties of solubility-fractionated barley proteins were investigated to explore their potential for human food ingredient and industrial usage. The 100 g of total barley protein comprised 5 g albumin, 23 g globulin, 45 g glutelin, and 27 g hordein. Water-binding capacities of barley protein isolates ranged from 140-183 mL water/100 g solid. Hordein showed the highest oil absorption capacity (136 mL oil/100 g), and glutelin showed the highest gelation property among the fractionated proteins. In general, the barley protein fractions formed brittle and weak films as indicated by low tensile strength (TS) and percent elongation at break (E) values. The salt-soluble globulin fraction produced film with the lowest TS value. Although films made from glutelin and hordein were dark-colored and had lower E values, they could be used as excellent barriers against water transmission.
To examine the differential expression of proteins during the cycling (70~80% confluences) and G0/G1 (full confluences) phases in porcine fetal fibroblast cells, we used a global proteomics approach by 2-D gel electrophoresis (2-DE) and MALDI-TOF-MS. Cycling cell were harvested at approximately 70% to 80% confluent state while cells in G0/G1 phase were recovered after maintenance of a confluent state for 48 hr. Cellular proteins with isoelectric points ranging between 3.0~10.0, were analyzed by 2-DE with 2 replicates of each sample. A total of approximately 700 spots were detected by 2.D gels stained with Coomassie brilliant blue. On comparing the cell samples obtained from the cycling and G0/G1 phases, a total of 13 spots were identified as differentially expressed proteins, of which 8 spots were up-regulated in the cycling cell and 5 were up-regulated in the G0/G1 phase. Differentially expressed proteins included K3 keratin, similar to serine protease 23 precursor, protein disulfide-isomerase A3, microsomal protease ER-60, alpha-actinin-2, and heat-shock protein 90 beta. The identified proteins were grouped on the basis of their basic functions such as molecular binding, catabolic, cell growth, and transcription regulatory proteins. Our results show expression profiles of key proteins in porcine fetal fibroblast cells during different cell cycle status.
Heterotrimeric GTP binding proteins, G-proteins, mediate signal transduction generated by neurotransmitters and hormones. Among G-proteins, Go proteins are the most abundant in brain and classified as a member of Gi family. Ras-like protein in all tissues (Rit), one of the small GTPases, is a member of a Ras superfamily and identified as an important regulator of neuronal differentiation and cell transformation. Recently, we have reported that Rit functioned as a candidate downstream effector for alpha subunit of Go proteins ($Go{\alpha}$) and regulated neurite outgrowth triggered by $Go{\alpha}$ activation. In this study, we showed that the GTPase domain of $Go{\alpha}$ contributed to the direct interaction with Rit. We also demonstrated that $Go{\alpha}$ could lead to an increase of Rit activity suggesting that Rit play a role as a downstream effector of $Go{\alpha}$.
Heterotrimeric GTP binding proteins (G proteins) transduce signals of a variety of hormones and neurotransmitters. Go is one of the most abundant G proteins in the brain and classified as the Gi/Go family due to their sequence homology to Gi proteins. While the Gi proteins inhibit adenylyl cyclase and decrease the intracellular cAMP concentration, the functions of Go is not clearly understood despite their sequence homology to Gi. The promeylocytic leukemia zinc finger protein (PLZF) is a DNA binding transcription factor and is expressed highly in central nervous system (CNS). Several studies reported that PLZF may be involved in regulation segmentation/differentiation during CNS development. Here, I report that the alpha subunit of Go (Go ) interacts with PLZF. The interaction between Goa and PLZF was verified by using GST pulldown assay and co-immunoprecipitation. Our findings indicate that Goa could modulate gene expression via interaction with PLZF during neuronal or brain development.
G protein-coupled receptors (GPCRs) are membrane receptors; approximately 40% of drugs on the market target GPCRs. A precise understanding of the activation mechanism of GPCRs would facilitate the development of more effective and less toxic drugs. Heterotrimeric G proteins are important molecular switches in GPCR-mediated signal transduction. An agonist-activated receptor interacts with specific sites on G proteins and promotes the release of GDP from the $G{\alpha}$ subunit. Because of the important biological role of the GPCR-G protein coupling, conformational changes in the G protein upon receptor coupling have been of great interest. One of the most important questions was the interface between the GPCR and G proteins and the structural mechanism of GPCR-induced G protein activation. A number of biochemical and biophysical studies have been performed since the late 80s to address these questions; there was a significant breakthrough in 2011 when the crystal structure of a GPCR-G protein complex was solved. This review discusses the structural aspects of GPCR-G protein coupling by comparing the results of previous biochemical and biophysical studies to the GPCR-G protein crystal structure.
Proceedings of the Korean Society of Applied Pharmacology
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2008.04a
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pp.89-99
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2008
GPCRs are large families of cell surface receptors that transmit signals through conformational changes upon ligand activation and an interaction with the heterotrimeric G-proteins. GPCRs regulate the cell-signaling pathways and participate in the regulation of physiological processes through the G-proteins defined by their ${\alpha}$ subunits. A family of 20 G protein-coupled receptors (GPCRs) that provide a large class of tractable drug targets for new anti-inflammatory drugs and, in certain instances, for the treatment of the inflammatory indications such as atherosclerosis, rhinitis, asthma, pulmonary disease and arthritis. In view of the important findings showing that $G{\alpha}_{12}/G{\alpha}_{13}$ regulate the various cellular processes such as actin-stress fiber formation, neurite retraction, platelet aggregation, gene induction, and apoptosis, we became interested in whether, after coupling to the activated GPCRs, the G-proteins and their downstream molecules might be involved in the pathologic processes of chronic inflammatory diseases (e.g., liver fibrosis). In this symposium, the possible link of the G-proteins with the pathophysiology will be discussed with the aim of finding potential new drug targets.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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