The superoxide dismutase (SOD) mimetic activity of copper complex of 3,5-disopropylsalicylic acid (Cu(II)-DIPS) was tested and compared to those of human recombinant SOD (hrSOD) and its conjugate form with polyethyleneglycol (PEG) using fer- ricytochrome c reduction assay. Stability constant of Cu(II)-DIPS was measured po- tentiometrically using SCOGS2 program. In the presence of 10 g/L albumin, Cu(II)-DIPS lost most of its SOD mimetic activity. HrSOD was modified with polyethylene glycol (PEG) of M.W. 5000. These conjugates have markedly prolonged plasma half-lives of enzymatic activity (15.5 hr) compared to native hrSOD (5 min). In summary, efficient SOD mimetics should be stable enough not to dissociate in blood by serum protein. HrSOD could have longer half-life by conjugation with inert PEG for sustained SOD effect.
The covalent conjugation of human recombinant superoxide dismutase (hrSOD) with trichloros-triazine activated polyethylene glycol (PEG) 5000 formed soluble conjugates with molecular weight of 92KD, which retained $90{\sim}98%$ of original activity with a markedly prolonged plasma half-life of enzyme activity. The effect of hrSOD-PEG conjugates on acetaminophen (ACP)-induced hepatotoxicity was tested in male rats which were pretreated with 3-methylcholanthrene. HrSOD-PEG conjugates inhibited the hepatotoxicity produced by ACP, on the other hand, native hrSOD had no protective effect. The above results indicated that oxygen radicals might participate in the mechanism of the ACP-induced hepatotoxicity and that polymer conjugated-protein drugs with prolonged half-lives could be employed as an effective therapeutic agent.
Expression of human Cu.Zn-superoxide dismutase (SOD) with activity comparable to human erythrocyte enzyme was achieved in E. coli B21(DE3) by using the pET-17b expression vector containing a T7 promoter. Recombinant human SOD was found in the cytosol of disrupted bacterial cells and represented > 25% of the total bacterial proteins. The protein produced by the E. coli cells was purified using a combination of ammonium sulfate precipitation, Sephacryl S-100 gel filtration and DEAE-Sephacel ion exchange chromatography. The recombinant Cu,Zn-SOD and human erythrocyte enzyme were compared using dismutation activity, SDS-PAGE and immunoblotting analysis. The mass of the subunits was determined to be 15,809 by using a electrospray mass spectrometer. The copper specific chelator. diethyldithiocarbamate (DOC) reacted with the recombinant Cu,Zn-SOD. At $50{\mu}M$ and $100{\mu}M$ concentrations of DOC, the dismutation activity was not inhibited for one hour but gradually reduced after one hour. This result suggests that the reaction of DOC with the enzyme occurred in two distinct phases (phase I and phase II). During phase I of this reaction, one DOC reacted with the copper center, with retention of the dismutation activity while the second DOC displaced the copper, with a loss of activity in phase II.
Superoxide dismutase (SOD) removes damaging reactive oxygen species from the cellular environment by catalyzing the dismutation of two superoxide radicals to hydrogen peroxide and oxygen. Extracellular superoxide dismutase (EC-SOD) is a tetramer and is present in the extracellular space and to a lesser extent in the extracellular fluids. Increasing therapeutic applications for recombinant human extracellular superoxide dismutase (rEC-SOD) has broadened interest in optimizing methods for its purification, with a native conformation of tetramer. We describe a solid phase refolding procedure that combines immobilized metal affinity chromatography (IMAC) and gel filtration chromatography in the purification of rEC-SOD from Escherichia coli. The purified rEC-SOD tetramer from the $Ni^{2+}$-column chromatography is refolded in Tris buffer. This method yields greater than 90% of the tetramer form. Greater than 99% purity is achieved with further purification over a Superose 12PC 3.2/30 column to obtain the tetramer and specific activities as determined via DCFHDA assay. The improved yield of rEC-SOD in a simple chromatographic purification procedure promises to enhance the development and therapeutic application of this biologically potent molecule.
Complementary DNA (cDNA) coding for human cytoplasmic superoxide dismutase (SOD1) (superoxide: superoxide oxidoreductase E.C.1.15.1.1) was isolated from human liver cDNA library of $\lambda$gt11 by in situ plaque hybridization. The insery cDNA gas the 5' untranslational region (UTR) and 3'UTR of SOD1 gene. Polymerase Chain Reaction (PCR) method was used fro subcloning of SOD1 structural gene. Using synthetic sense strand primer (24mer) containing a start codon and antisense strand primer (24mer), SOD1 structural gene was selectively amplified. Amplified DNA was directly cloned into the HincII site of pUC19 plasmid. Insery cDNA was subcloned into M13 mp19 and sequenced by dideowy chain termination method with Sequenase. The nucleotide sequence of insert cDNA had an open reading frame (ORF) coding for 153 amino acid residues. The structural gene of cytoplasmic SOD was placed under the control of bacteriophage $\lambda P_{L}$ regulatory sequences, generating a highly efficient expression plasmid. The production of human SOD1 in E. coli cells was about 7% of total cellular proteins and recombinant human SOD1 possessed its own enzymatic acitivity.
A balance between production and degradation of reactive oxygen species (ROS) is critical for maintaining cellular homeostasis. Increased levels of ROS during oxidative stress are associated with disease conditions. Antioxidant enzymes, such as extracellular superoxide dismutase (EC-SOD), in the extracellular matrix (ECM) neutralize the toxicity of superoxide. Recent studies have emphasized the importance of EC-SOD in protecting the brain, lungs, and other tissues from oxidative stress. Therefore, EC-SOD would be an excellent therapeutic drug for treatment of diseases caused by oxidative stress. We cloned both the full length (residues 1-240) and truncated (residues 19-240) forms of human EC-SOD (hEC-SOD) into the donor plasmid pFastBacHTb. After transposition, the bacmid was transfected into the Sf9-baculovirus expression system and the expressed hEC-SOD purified using FLAG-tag. Western blot analysis revealed that hEC-SOD is present both as a monomer (33 kDa) and a dimer (66 kDa), as detected by the FLAG antibody. A water-soluble tetrazolium (WST-1) assay showed that both full length and truncated hEC-SOD proteins were enzymatically active. We showed that a potent superoxide dismutase inhibitor, diethyldithiocarbamate (DDC), inhibits hEC-SOD activity.
Kim, Sunghwan;Kim, Hae-Young;Kim, Jung-Ho;Choi, Jung-Hye;Ham, Won-Kook;Jeon, Yoon-Jae;Kang, Hara;Kim, Tae-Yoon
BMB Reports
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v.48
no.2
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pp.91-96
/
2015
Cells express several antioxidant enzymes to scavenge reactive oxygen species (ROS) responsible for oxidative damages and various human diseases. Therefore, antioxidant enzymes are considered biomedicine candidates. Among them, extracellular superoxide dismutase (SOD3) had showed prominent efficacy against asthma and inflammation. Despite its advantages as a biomedicine, the difficulty in obtaining large quantity of active recombinant human SOD3 (rhSOD3) has limited its clinical applications. We found that a significant fraction of over-expressed rhSOD3 was composed of the inactive apo-enzyme and its potency against inflammation depended on the rate of metal incorporation. Also, purified rhSOD3 was unstable and lost its activity very quickly. Here, we suggest an ideal preparative method to express, purify, and store highly active rhSOD3. The enzymatic activity of rhSOD3 was maximized by incorporating metal ions into rhSOD3 after purification. Also, albumin or polyethylene glycol prevented rapid inactivation or degradation of rhSOD3 during preparative procedures and long-term storage.
The mitochondrial antioxidant protein manganese superoxide dismutase (MnSOD) may represent a new type of tumor suppressor protein. Overexpression of the cDNA of this gene by plasmid or recombinant lentiviral transfection in various types of cancer leads to growth suppression both in vitro and in vivo. We previously determined that changes in MnSOD expression had bidirectional effects on adriamycin (ADR) when combined with nitric oxide (NO). Radiation induces free radicals in a manner similar to ADR, so we speculated that MnSOD combined with NO would also have a bidirectional effect on cellular radiosensitivity. To examine this hypothesis, TE-1 human esophageal squamous carcinoma cells were stably transfected using lipofectamine with a pLenti6-DEST plasmid containing human MnSOD cDNA at moderate to high overexpression levels or with no MnSOD insert. Blastidicin-resistant colonies were isolated, grown, and maintained in culture. We found that moderate overexpression of MnSOD decreased growth rates, plating efficiency, and increased apoptosis. However, high overexpression increased growth rates, plating efficiency, and decreased apoptosis. When combined with NO, moderate overexpression of MnSOD increased the radiosensitivity of esophageal cancer cells, whereas high MnSOD overexpression had the opposite effect. This finding suggests a potential new method to kill certain radioresistant tumors and to provide radioresistance to normal cells.
Extracellular superoxide dismutase (EC-SOD) is a metallo-protein and functions as an antioxidant enzyme. In this study, we used lentiviral vectors to generate transgenic chickens that express the human EC-SOD gene. The recombinant lentiviruses were injected into the subgerminal cavity of freshly laid eggs. Subsequently, the embryos were incubated to hatch using phases II and III of the surrogate shell ex vivo culture system. Of 158 injected embryos, 16 chicks (G0) hatched and were screened for the hEC-SOD by PCR. Only 1 chick was identified as a transgenic bird containing the transgene in its germline. This founder (G0) bird was mated with wild-type hens to produce transgenic progeny, and 2 transgenic chicks (G1) were produced. In the generated transgenic hens (G2), the hEC-SOD protein was expressed in the egg white and showed antioxidant activity. These results highlight the potential of the chicken for production of biologically active proteins in egg white.
Kim, Younghwa;Jeon, Yoon-Jae;Ryu, Kang;Kim, Tae-Yoon
BMB Reports
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v.50
no.2
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pp.85-90
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2017
Recently, we demonstrated that superoxide dismutase 3 (SOD3) is a strong candidate for biomedicine. Anti-oxidant function of SOD3 was accomplished without cell penetration, and it inhibited the inflammatory responses via non-enzymatic functions. SOD3 has the heparin binding domain associating cell surface. Interestingly, we found that $Zn^{2+}$ promotes transduction effects of recombinant human SOD3 (rhSOD3) by increasing uptake via the heparin binding domain (HBD). We demonstrated an uptake of rhSOD3 from media to cell lysate via HBD, resulting in an accumulation of rhSOD3 in the nucleus, which was promoted by the presence of $Zn^{2+}$. This resulted in increased inhibitory effects of rhSOD3 on NF-{\kappa}B and STAT3 signals in the presence of $Zn^{2+}$, which shows elevated association of rhSOD3 into the cells. These results suggest that an optimized procedure can help to enhance the inflammatory efficacy of rhSOD3, as a novel biomedicine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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