Human glutamate dehydrogenase isozymes (hGDH1 and hGDH2) have been known to be inhibited by palmitoyl-CoA with a high affinity. In this study, we have performed the cassette mutagenesis at six different Cys residues (Cys59, Cys93, Cys119, Cys201, Cys274, and Cys323) to identify palmitoyl-CoA binding sites within hGDH2. Four cysteine residues at positions of C59, C93, C201, or C274 may be involved, at least in part, in the inhibition of hGDH2 by palmitoyl-CoA. There was a biphasic relationship, depending on the levels of palmitoyl-CoA, between the binding of palmitoyl-CoA and the loss of enzyme activity during the inactivation process. The inhibition of hGDH2 by palmitoyl-CoA was not affected by the allosteric inhibitor GTP. Multiple mutagenesis studies on the hGDH2 are in progress to identify the amino acid residues fully responsible for the inhibition by palmitoyl-CoA.
Yang, Seung-Ju;Cho, Eun Hee;Choi, Myung-Min;Lee, Hyun-Ju;Huh, Jae-Wan;Choi, Soo Young;Cho, Sung-Woo
Molecules and Cells
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v.19
no.1
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pp.97-103
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2005
The role of residue C323 in catalysis by human glutamate dehydrogenase isozymes (hGDH1 and hGDH2) was examined by substituting Arg, Gly, Leu, Met, or Tyr at C323 by cassette mutagenesis using synthetic human GDH isozyme genes. As a result, the $K_m$ of the enzyme for NADH and ${\alpha}-ketoglutarate$ increased up to 1.6-fold and 1.1-fold, respectively. It seems likely that C323 is not responsible for substrate-binding or coenzyme-binding. The efficiency ($k_{cat}/K_m$) of the mutant enzymes was only 11-14% of that of the wild-type isozymes, mainly due to a decrease in $k_{cat}$ values. There was a linear relationship between incorporation of [$^{14}C$]p-chloromercuribenzoic acid and loss of enzyme activity that extrapolated to a stoichiometry of one mol of [$^{14}C$] incorporated per mol of monomer for wild type hGDHs. No incorporation of [$^{14}C$]p-chloromercuribenzoic acid was observed with the C323 mutants. ADP and GTP had no effect on the binding of p-chloromercuribenzoic acid, suggesting that C323 is not directly involved in allosteric regulation. There were no differences between the two hGDH isozymes in sensitivities to mutagenesis at C323. Our results suggest that C323 plays an important role in catalysis by human GDH isozymes.
Enzymatic micro-assay methods were studied those were capable of determining ammonia down to 10$^{-5}$M(0.01 $\mu$mole/ml) in the presence of other nitrogenous compounds such as protein and amino acid. Microquantities of ammonia (0.01-0.1 $\mu$mole) could be determined indirectly by measuring phosphorous, one of the products of the enzymatic reaction catalyzed by glutamine synthetase. In this reaction, L-glutamate, ATP and ammonium chloride were used as substrates, and phosphorous was formed in propotion to the concentration of ammonium chloride In the reaction mixture. Another procedure was examined in which glutamine synthetase reaction coupled with pyruvate kinase and lactate dehydrogenase reactions was used. One mililiter of the assay mixture contained; phosphoenol pyruvate, 3 mM, L-glutamate, 10 mM; ATP, 1mM: MgSO$_4$, 20 mM: KCl, 75mM: NADH, 0.2mM: Tris-HCl buffer(pH 7.0), 100mM; pyruvate kinase, 10 U: lactate dehydrogenase, 12 U and glutamine synthetase, 4 U. After preincubation for 20 min at 3$0^{\circ}C$, NH$_4$Cl was added and the rates of NADH oxidation were followed at 340nm. The effective range of this method was proved to be from 0.01 to 0.05 $\mu$mole/$m{\ell}$. Glutamine synthetase reaction coupled with glutamate synthase reaction could also be effectively used for determining microquantities of ammonia. The one mililiter assay mixture contained; ATP, 5mM: L-glutamate, 5mM; L-ketoglutarate, 5mM; MgCl$_2$, 15mM; NADPH, 0.15mM; Tris-HCl buffer(pH 7.0); 100mM; glutamine synthetase, 1U and glutamate synthase, 0.5U. After preincubation for 20min at 3$0^{\circ}C$ NH$_4$Cl was added and the rates of NADPH oxidation were followed at 340nm. The effective range of this procedure was appeared to be from 0.01 to 0.05$\mu$mole/$m{\ell}$.
The present study describes glutamate which is known as excitatory neurotransmitter is related with oxidative damages and the Viola mandshurica extracts. Showed protective effects against glutamate-induced cytotoxicity. The protective effect of antioxidant on the glutamate treated N18-RE-I05 cells was determined by a MTT reduction assay. The neuroprotective effect of methanol, ethanol, and acetone extracts from V. mandshurica against glutamate-induced cytotoxicity was assessed by the results of an MTT reduction assay. Among the three extracts, the acetone extract showed the highest protective effect by the results of an lactate dehydrogenase release assay. Therefore, these results suggest that V. mandshurica extracts could be a new potential candidate against glutamate-induced oxidative stress.
Objectives : In this study, we investigated the neuroprotective effects of ethanol extract of Lonicera japonica flower buds (EELJ) on glutamate-induced neurotoxicity in mouse hippocampus-derived neuronal HT22 cells. Methods : After analyzing the cytoprotective effect of EELJ on glutamate in HT22 cells, the inhibitory effect of apoptosis was studied using flow cytometry. In order to analyze the antioxidant efficacy of EELJ, the levels of reactive oxygen species (ROS) and glutathione (GSH) were investigated, and the effects on the activities of superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) were also analyzed. Furthermore, the effect of EELJ on the expression of apoptosis regulators such as Bax and Bcl-2 in glutamate-treated HT22 cells was investigated. Results : According the current results, pretreatment with EELJ significantly reduced glutamate-induced loss of cell viability and release of lactate dehydrogenase. EELJ also markedly attenuated glutamate-induced generation of intracellular ROS, which was associated with increased levels of GSH, and activity of SOD and CAT in glutamate-stimulated HT22 cells. In addition, EELJ was strikingly inhibited glutamate-induced apoptosis in HT22 cells. Furthermore, the expression of pro-apoptotic Bax was increased and the expression of anti-apoptotic Bcl-2 was decreased in glutamate-treated HT22 cells, while in the presence of EELJ, their expressions were maintained at the control levels. Conclusions : These findings indicate that EELJ protects glutamate-induced cytotoxicity in HT22 hippocampal neurons through antioxidant activity. Therefore, although identification of biologically active substances of EELJ and re-evaluation through animal experiments is necessary, this natural substance is a promising candidate for further research in preventing and treating oxidative stress-mediated neurodegenerative diseases.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.1
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pp.152-158
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2016
Glutamate is one of the major excitatory neurotransmitters in the central nervous system of vertebrates. Human GDH (hGDH) is the enzyme that regulates the glutamate metabolism and its expression is higher in the brains of schizophrenia patients than in normal subjects. This study examined the changes in the hGDH enzymatic activity caused by antipsychotic drugs (haloperidol, risperidone, (${\pm}$)-sulpride, chlopromazine hydrochloride, melperone, (${\pm}$)butaclamol, domperidone, clozapine) related to schizophrenia. First of all, hGDH isozymes (hGDH1, hGDH2) were synthesized by genetic recombination. As a result of the enzyme assay, haloperidol, (${\pm}$)-sulpride, melperone and clozapine had an inhibitory effect on the hGDH isozymes. In addition, haloperidol showed a non-competitive inhibition against the substrate, 2-oxoglutarate. In contrast, it showed an uncompetitive inhibition against another substrate, NADH. The inhibitory effect of haloperidol on hGDH2 was abolished by the presence of L-leucine, an allosteric effector of hGDH, but by not other antipsychotic drugs. These results revealed the inhibition of enzyme activity by psychotropic drugs in hGDH isoenzymes (hGDH1 and hGDH2) and the possibility that haloperidol may be used to regulate the GDH activity and glutamate concentration in the central nervous system.
A new methyltrophic bacterium which utilizes methanol as a sole source of carbon and energy was isolated from soil. It was Gram-negative, nonmotile, nonspore-forming rod, and strictly aerobic bacterium. Catalase and oxidase activities were present. Nitrate was reduced to nitrite. Vitamins and other growth factors were not required. Generation time was 1.6 hr under the optimal condition. The isolate assimilated methanol via the ribulose mono-phosphate pathway (Enter-Doudoroff varient) and did not have .alpha.-ketoglutarate dehydrogenase. It assimilated ammonia through glutamate dehydrogenase. The guanine plus cytosine content of the DNA was 61.0 mol%. The celular fatty acid composition was primarily straight-chain saturated $C^{16 : 0}$ acids (palmitic acids) and unsaturated $C_{16 :1}$ acid (palmitoleic acids), and the isolate also contained two unidentified $C_{17}$ branched fatty acids. The major ubiquinone was Q-8, and Q-6 and Q-7 were present as minor components. Phosphatidylethanolamine and phosphatidylglycerol were predominantly present, and diphosphatidyglycerol was also detected. Based on the physiological and biochemical properties, the isolate was assigned to a novel species of the genus Methylobacillus, Methylobacillus methanolovorus sp. nov.
Hyperthroidism in known to alter the activity of a number of enzymes involved in the catabolism of histidine to CO2. 10-Formyltetrahydrofolate dehydrogenase(EC 1.5, 1.6, 10-formyl-THE dehydrogenase) catalyzes the NADP-dependent conversion of 10-formyltetrahydrofolate to tetrahydrofolate and CO2. In previous studies, 10-formyl-THF dehydrogenase purified from rat and pig liver was coidentified with the cytosolic folate-binding protein. In this study, we investigated the effects of feeding thyroid powder (TP) and thiouracil(TU) on the folate-binding properties of 10-formyl-THE dehydrogenase, the uptake of an injected dose of [3H] folate, and the metabolism of labeled folate to pteroylopoly-${\gamma}$-glutamate in rat liver. The initial hepatic uptake(24hr) of the labeled folate dose was higher in TU-rats and slightly higher in TP-rats in controls. With longer time periods, decreased hepatic uptake of labeled folate was observed in TP-animals compared to euthroid animals, and high levels of hepatic uptake of labeled folate were maintained in TU-animals. This data shows that high levels of thyroid hormone decreased the retention of folate in rat liver. Folate polygutamate chain length was shorter in TU-rats than controls, which suggests that thyroid states do not affect the ability to synthesize pteroylpolyglutamates and that folate polyglutamate might be modulated by altered folate pool size. The ability of 10-formyl-THE dehydrogenase to bind folate in rat liver was similar in both TP-and TU-rats although dehydrogenase activity was changed by thyroid sates.
Changes in glutamatergic nervous activities following intracerebroventricular (icv) administration of ethylcholine aziridinium (AF64A) were studied in rats. The levels of total glutamate, those of glutamate in cerebrospinal fluid (CSF) and in extracellular fluid (ECF) of striatum, the activities of glutamine synthetase (GS), glutaminase and glutamate dehydrogenase (GDH) and the specific binding sites of $[^3H]$MK801 in striatum, hippocampus and frontal cortex were assessed a week after the infusion of AF64A (3 nmol) into lateral ventricle. The levels of total glutamate were significantly decreased in striatum, hippocampus and frontal cortex after AF64A treatment. Although the levels of glutamate in CSF weren't changed after AF64A treatment, the levels of glutamate in ECF of striatum were significantly decreased (62.6%). GS activities in striatum were significantly decreased. But, glutaminase activities in striatum were significantly increased. However, the activities of GS and glutaminase in frontal cortex and hippocampus weren't changed. Although GDH activities in frontal cortex were significantly decreased, those in striatum and hippocampus weren't altered. The striatal densities of $[^3H]$MK 801 binding sites were increased without changes in its affinity. Also, the specific binding sites of $[^3H]$MK801 were increased in frontal cortex but not in hippocampus. These results indicate that the glutamatergic nervous activities were altered with the infusion of AF64A into lateral ventricle. Furthermore, it suggest that the decreased levels of glutamate after AF64A treatment may affect the change in the other parameters of glutamatergic neuronal activities.
To understand a mechanism of underlying cognitive deficit in schizophrenia, the risk factors, cognitive function, blood dopamine concentrations and glutamate dehydrogenase activities of male schizophrenics with tardive dyskinesia(N=30) were compared with those of schizophrenics without tardive dyskinesia(N=30). The results were as following ; 1) The age, duration of illness and duration of medication were significantly more in schizophrenics with tardive dyskinesia than schizophrenics without tardive dyskinesia(respectively p<0.005, p<0.0001, p<0.0001). 2) The scores of MMSE, TIQ, VIQ and PIQ were significantly lower in schizophrenics with tardive dyskinesia than schizophrenics without tardive dyskinesia (rspectively p<0.0001). 3) Plasma dopamine concentrations were tended to be higher, and serum glutamate dehydrogenase activities were tended to be lower in schiz-ophrenics with tardive dyskinesia than schizophrenics without tardive dyskinesia. 4) The cognitive deficit seemed to be negatively correlated with duration of illness and duration of medication(respectively ${\gamma}$=-0.496, ${\gamma}$=-0.615).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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