Exposure indices are important tools which enable scientists to reliably predict and detect exposures to xenobiotics and resultant cell injury. Since the de novo synthesis of stress proteins can be detected early after exposure to some agents, analysis of toxicant-induced changes in gene expression, i.e. alterations in patterns of protein synthesis, may be useful to develop as biomarkers of exposure and toxicity. The acute and chronic effects of cadmium(Cd, $CdCl_2$ 20 mg/kg) on Wistar male rats were evaluated concerning cadmium contents, tissues enzyme activity, HSP expression. The results of the study were as follows: 1. Less cadmium was absorbed through the digestive tracts, but the ratio of contents in renal to hepatic cadmium was higher at 8 weeks after treatment. 2. ALT(alanine aminotransferase), AST(aspartate aminotransferase), glucose, BUN(blood urea nitrogen), creatinine, the key indices of the clinical changes in hepatic and renal function were significantly changed by the cadmium treatment after 1 week in liver, after 4 weeks in kidney. 3. Enhanced synthesis of 70 KDa relative molecular mass proteins were detected in 2 hours after cadmium exposure, with maximum activity occurring at 8~48 hours. Induction of $HSP_{70}$ was evident at proximal tubules and glomeruli in kidney. Testicular cells produced enough HSP to be detected normally. From the above results, it could be concluded that $HSP_{70}$ induction by the cadmium treatment was a rapid reaction to indicate the exposure of xenobiotics.
Escherichia coli JM83 harboring penicilin G acylase gene of Bacillus megaterium ATCC14945 produced a protein in large amount (>20% of the total protein). The protein was identified as GroEL, one of the E. coli heat shock protein, by N-terminal amino acid sequence analysis. It was found that GroEL was induced by the expressed foreign penicilin G acylase at both 27 and $37^{\circ}C$.
Pfu DNA polymerase from Pyrococcus furiosus was expressed in the E. coli periplasm, and the fully active polymerase was partially purified by applying osmotic shock, ammonium sulfate precipitation, and heat treatment. This method represents a new way of expressing and purifying functional Pfu DNA polymerase without the use of chromatography.
In an effort to evaluate Salmonella food safety using combinations of preservation techniques, its viabilities when exposed to HCl, acetic acid, and the oxidative agents (hydrogen peroxide and butyl hydrogen peroxide), were analyzed using sub-lethal heat-shocked Salmonella Typhimurium at $56^{\circ}C$. 2D gel electrophoresis and MALDI-TOF MS analyses were also conducted to determine the expression and repression of proteins in heat-shocked cells. Heat-shocked S. Typhimurium evidenced a reduction of viable counts by 1-2 log CFU/mL. However, viality of non heat-shocked S. Typhimurium decreased markedly by 5-6 log CFU/mL at a pH 4 in response to acid and oxidative stresses. Sub-lethal heat treatment greatly increased the resistance of S. Typhimurium against acid and oxidant agents. As for 2D gel electrophoresis and protein identification via MALDI-TOF MS, 17 major proteins in non heat-shocked S. Typhimurium were detected, and only 13 proteins among these proteins were detected in heat-shocked S. Typhimurium. The heat shock proteins such as DnaK and small heat shock proteins were included, and may be associated with the resistance of S. typhimurium against exposure to acids and oxidants. Therefore, even though the promising hurdle technology using the combined mild treatments including heat was applied to S. Typhimurium, the proper heat treatment to reduce its crossprotection activity toward the following preservative agents might be considered.
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.
Heat shock proteins (HSPs) are a family of highly conserved proteins playing an important role in the functioning of unstressed and stressed cells. The HSP70 family, the most widely studied of the hsps, is constitutively expressed (hsc70) in unstressed cells and is also induced in response to stressors (hsp70), especially those affecting the protein machinery. The HSP/HSC70 proteins act as molecular chaperones and are crucial for protein functioning, including folding, intracellular localization, regulation, secretion, and protein degradation. Here, we report the identification and characterization of the putative amino acid sequence deduced from one cDNA clone identified as heat shock protein 70. The alignment showed that the putative sequence is 100% identical to the heat shock protein 70 cognate (HSC 70) of olive flounder. The 5'-flanking region sequence (approximately 1 kb) ahead of the hsc70 gene was cloned by genome walking and a putative core promoter region and transcription elements were identified. We characterized the promoter of the olive flounder hsc70 gene by examining the ability of 5'-upstream fragments to drive expression of green fluorescent protein (GFP) in live embryos.
Recent researches have shown that important cellular-based autoprotective mechanisms are mediated by heat-shock proteins(HSPs), also called 'molecular chaperones'. HSPs as molecular chaperones are the primary cellular defense mechanism against damage to the proteome, initiating refolding of denatured proteins and regulating degradation after severe protein damage. HSPs also modulate multiple events within apoptotic pathways to help sustain cell survival following damaging stimuli. HSPs are induced by almost every type of stresses including physical and psychological stresses. Our nervous system in the brain are more vulnerable to stress and damage than any other tissues due to HSPs insufficiency. The normal function of HSPs is a key factor for endogenous stress adaptation of neural tissues. HSPs play an important role in the process of neurodevelopment, neurodegeneration, and neuroendocrine regulation. The altered function of HSPs would be associated with the development of several neuropsychiatric disorders. Therefore, an understanding of HSPs activities could help to improve autoprotective mechanism of our neural system. This paper will review the literature related to the significance of HSPs in neuropsychiatric field.
Proceedings of the Microbiological Society of Korea Conference
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2002.10a
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pp.76-78
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2002
Heat shock proteins (HSPs) are induced in most living cells by mild heat treatment, ethanol, heavy metal ions and hypoxia. In yeast Saccharomyces cerevisiae, mild heat pretreatment strongly induces Hsp104 and thus provide acquired thermotolerance. The ability of hsp104 deleted mutant $({\triangle}hsp104)$ to acquire tolerance to extreme temperature is severely impaired. In providing thermotolerance, two ATP binding domains are indispensible, as demonstrated in ClpA and ClpB proteases of E. coli. The mechanisms by which Hsp104 protects cells from severe heat stress are not yet completely elucidated. We have investigated regulation of mitochondrial metabolic pathways controlled by the functional Hsp104 protein using $^{13}C_NMR$ spectroscopy and observed that the turnover rate of TCA cycle was enhanced in the absence of Hsp104. Production of ROS, which are toxic to kill cells radiply via oxidative stress, was also examined by fluorescence assay. Mitochondrial dysfunction was manifested in increased ROS levels and higher sensitivity for oxidative stress in the absence of Hsp104 protein expressed. Finally, we have identified mitochondrial complex I and Ferritin as binding protein(s) of Hsp104 by yeast two hybrid experiment. Based on these observations, we suggest that Hsp104 protein functions as a protector of oxidative stress via either keeping mitochondrial integrity, direct binding to mitochonrial components or regulating metal-catalyzed redox chemistry.
Kim, Jung Jin;Lee, Soo Jung;Toh, Kyu Young;Lee, Chang Uk;Lee, Chul;Paik, In Ho
Korean Journal of Biological Psychiatry
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v.6
no.2
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pp.202-208
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1999
Schizophrenia has many clinical expressions and probably different etiologic factors. Infections, autoimmune mechanism and related neurodevelopmental abnormalities have been suggested as possible etiologic factors of schizophrenia. It has been reported that immunoreactivity to heat shock proteins, which play a protective role against environmental stresses in a cell, might be related to the pathogenesis of schizophrenia. Therefore, we examined the immunoreactivity to heat shock protein 70kDa and 90kDa(HSP70 and 90) in 91 patients with schizophrenia and 83 normal controls. Ig G antibodies to HSP70 and 90 of sera were quantitated by ELISA. The optical density(OD) was measured by an automated microplate reader at a wavelength of 490nm. The amounts of antibodies to HSPs were expressed as arbitrary units(AU)/ml related to a standard serum. The limit for elevated antibody titers(anti-HSPs positive or negative) was set at two standard deviations added to the mean of the normal controls. Twenty nine(31.9%) of the 91 patients showed anti-HSP70 positive and 19(20.9%) of those showed anti-HSP90 positive. On the other hand, only 1(1.4%) of the normal controls and 4(4.8%) of those showed anti-HSP70 positive and anti-HSP90 positive, respectively. The titers of anti-HSP70 positive were related with BPRS scores, while those of anti-HSP90 positive were not. There were no relationship between antibody titers and clinical variables including age at onset, duration of illness, family history of schizophrenia or number of admission. The titers of anti-HSP70 positive were significantly associated with anti-HSP90 positive. Our results suggest the presence of abnormal immune reactivity involving HSP70 and HSP90 in a subset of patients with schizophrenia.
Kim, Tae-Yong;Kim, Ji-Young;Chang, Kyung-Soo;Kim, Myung-Cheol;Park, Chang-Sik;Han, Hong-Ryul;Jun, Moo-Hyung
Korean Journal of Veterinary Research
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v.45
no.1
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pp.45-53
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2005
GroE that is a heat shock protein composed of GroEL and GroES is known as an immunodominant target of both the humoral and cellular immune responses in bovine brucellosis. This study was carried out to characterize groE gene encoding heat shock proteins of B. abortus isolated in Korea and to evaluate the immunogenicity of the GroE protein expressed in E. coli system. In PCR the specific signals with the size of 2,077 bp were detected in five strains isolated from the mammary lymphnodes of the dairy cattle that were serologically positive and the reference strains. In comparison of the sequences of nucleotides and amino acids among the strains, GroES showed 100% identity in both sequences. GroEL was evaluated 99.0~99.9% in nucleotides and 98.0~100% homology in amino acids. The groE gene including groES and groEL was inserted into pET29a vector and constructed pET29a-GroE recombinant plasmids. The inserted groE was confirmed by digestion with Nco1 and EcoR1 endonucleases and nucleotide sequencing. E. coli BL (DE3) was transformed with pET29a-GroE, named as E. coli BL (DE3)/pET29a-GroE. In SDS-PAGE, it was evident that the recombinant plasmid effectively expressed the polypeptides for GroES (10 kDa) and GroEL (60 kDa) in 0.5, 1 and 2 hours after IPTG induction. The immuno-reactivity of the expressed proteins were proved in mouse inoculation and Western blot analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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