Transgenic plants have been studied as delivery system for edible vaccine against various diseases. Edible plant vaccines have several potential advantages as follows: an inexpensive source of antigen, easy administration, reduced need for medical personnel, economical to mass produce and easy transport, heat-stable vaccine without refrigerator, generation of systemic and mucosal immunity and safe antigen without fetal animal-virus contaminants. The amount of recombinant antigens in transgenic plants ranged from 0.002 to 0.8% in total soluble protein, depending on promoters for the expression of interested genes and plants to be used for transformation. Throughout the last decade, edible plant vaccine made notable progresses that protect from challenges against virus or bacteria. However edible plant vaccines have still problems that could be solved. First, the strong promoter or inducible promoter or strategy of protein targeting could be solved to improve the low expression of antigens in transgenic plants. Second, the transformation technique of target plant should be developed to be able to eat uncooked. Third, marker-free vector could be constructed to be more safety. In this review we describe advances of edible plant vaccines, focusing on the yields depending on plants/promoters employed and the results of animal/clinical trials, and consider further research for the development of a new plant-derived vaccine.
Human cytotoxic T-lymphocyte antigen 4-immunoglobulin (hCTLA4Ig), an immunosuppressive agent, was expressed in transgenic rice cells using RAmy3D promoter and RAmy1A signal peptide for the inducible production and secretion into culture media by sugar depletion. In this study, sodium butyrate was used as a small molecular enhancer (SME) to enhance the production of hCTLA4Ig in transgenic rice cell suspension cultures. When 1 mM sodium butyrate was added in sugar-free media, relative viability was not reduced, while the productivity was improved 1.3-fold. In addition, by supplementing 87 mM sodium pyruvate as an alternative energy source during the production phase, death rate of the cells was decreased. When sodium pyruvate was not added, most cells became dead at day 6. However, by adding sodium pyruvate, 18% of viability can be maintained until day 10 and the production of hCTLA4Ig was enhanced 1.4-fold. When the combination of sodium pyruvate and sodium butyrate at optimum concentrations was added, the highest viability and hCTLA4Ig production could be obtained. The highest level of hCTLA4Ig reached up to 35 mg/L at day 10.
Kim, Hyo-Jeong;Zheng, Min;Kim, Seul-Ki;Cho, Jung-Jee;Shin, Chang-Ho;Joe, Yeon-Soo;Chung, Hun-Taeg
IMMUNE NETWORK
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제11권6호
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pp.376-382
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2011
Background: Carbon monoxide (CO) is a cytoprotective and homeostatic molecule with important signaling capabilities in physiological and pathophysiological situations. CO protects cells/tissues from damage by free radicals or oxidative stress. NAD(P)H:quinone oxidoreductase (NQO1) is a highly inducible enzyme that is regulated by the Kelch-like ECH-associated protein 1 (Keap1)/nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2)/antioxidant response element (ARE) pathway, which is central to efficient detoxification of reactive metabolites and reactive oxygen species (ROS). Methods: We generated NQO1 promoter construct. HepG2 cells were treated with CO Releasing Molecules-2 (CORM-2) or CO gas and the gene expressions were measured by RT-PCR, immunoblot, and luciferase assays. Results: CO induced expression of NQO1 in human hepatocarcinoma cell lines by activation of Nrf2. Exposure of HepG2 cells to CO resulted in significant induction of NQO1 in dose- and time-dependent manners. Analysis of the NQO1 promoter indicated that an antioxidant responsible element (ARE)-containing region was critical for the CO-induced Nrf2-dependent increase of NQO1 gene expression in HepG2 cells. Conclusion: Our results suggest that CO-induced Nrf2 increases the expression of NQO1 which is well known to detoxify reactive metabolites and ROS.
Iron plays a key role in host-pathogen interactions. Microbial pathogens require iron for survival and virulence, whereas mammalian hosts sequester and withhold iron as a means of nutritional immunity. We previously identified two paralogous genes, CFT1 and CFT2, which encode homologs of a fungal iron permease, Cft1 and Cft2, respectively, in the human fungal pathogen Cryptococcus neoformans. Cft1 was shown to play a role in the high-affinity reductive iron uptake system, and was required for transferrin utilization and full virulence in mammalian hosts. However, no role of Cft2 has been suggested yet. Here, we identified the third gene, CFT3, that produces an additional fungal iron permease homolog in C. neoformans, and we also generated the cft3 mutant for functional characterization. We aimed to reveal distinct functions of Cft1, Cft2 and Cft3 by analyzing phenotypes of the mutants lacking CFT1, CFT2 and CFT3, respectively. The endogenous promoter of CFT1, CFT2 and CFT3 was replaced with the inducible GAL7 promoter in the wild-type strain or in the cft1 mutant for gain-of-function analysis. Using these strains, we were able to find that CFT2 is required for growth in low-iron conditions in the absence of CFT1 and that overexpression of CFT2 compensates for deficiency of the cft1 mutant in iron uptake and various cellular stress conditions. However, unlike CFT2, no clear phenotypic characteristic of the cft3 mutant and the strain overexpressing CFT3 was observed. Overall, our data suggested a redundant role of Cft2 in the high-affinity iron uptake and stress responses in C. neoformans.
효모 Saccharomyces cerevisiae를 숙주 세포로 이용하여 활성형의 항균펩티드를 생산하기 위한 model system으로서 쉬파리 유래 defensin의 합성 유전자를 GAP promoter, mating factor $\alpha$1 (MF$\alpha$1)의 preprosequence 및 GAL7 transcription terminator의 조절하에 있는 재조합 plasmid pGMD18을 제작한 후 Saccharomyces cerevisiae에 형질전환하여 growth inhibtion zone assay를 통해 항균활성을 보유한 재조합 효모를 선별하였다. 재조합 효모의 성장 속도와 defensin의 분비능을 증가시키기 위하여 최적의 배지 조성과 배양조건을 결정하였다. 재조합 효모의 defensin 생산을 위한 최적 배양조건을 조사한 결과 0.4% yeast extract, 유기질소원 2% corn steep liquor, 탄소원 2.5% glucose, 0.05% $C_2CO_3$를 포함한 배지에서 초기 pH3 그리고 배양온도 $28^{\circ}C$의 경우가 세포성장과 defensin 의 항균활성이 가장 우수하였다. 이 조건으로 배양을 수행한 결과 YPD 배지에서 배양한 조건보다 약 2배의 세포 성장과 약 4배의 defenzin 생산을 확인하였다.
유전자를 이소성으로 발현하고 억제하는 것은 유전자의 기능 연구에 있어서 매우 유용하다. 본 연구에서는 표적 유전자의 동시 과발현, 조직/발달 단계 특이적 발현 및 스트레스 유도성 발현을 위해 pPZP를 골격으로 다양한 binary 벡터를 제작하고 그 유용성을 검증하였다. 변형된 CaMV 35S 프로모터를 이용하여, 다른 두 개의 유전자를 동시 과발현시키는 binary 벡터를 제작하였고, 이 벡터가 동시에 그리고 같은 장소에서 다른 두 개의 표적 유전자를 과발현 하는데 효과적임을 확인하였다. At2S3, KNAT1 및 LFY 프로모터를 포함하는 조직 또는 발달 단계 특이적 발현 binary 벡터들을 제작하고 분석한 결과, 이 벡터들은 각각 배/유식물 시기, 새싹 끝의 분열조직 및 잎 원기 특이적 발현에 유용하였다. RD29A와 AtNCED3 프로모터를 포함하는 스트레스 유도성 발현 binary 벡터들은 고염, ABA, MV 또는 저온과 같은 비생물성 스트레스에 의한 유전자의 이소성 발현에 유용하였다. 본 연구에서 제작된 binary 벡터들은 표적 유전자의 이소성 발현을 통해 유전자의 생물학적 기능연구, 분자생물학적작용 기작 연구에 유용하게 사용될 것으로 사료된다.
Park, Bong-Joo;Cho, Myung-Haing;Kim, Kyeong-Ho;Lee, Sang-Kook;Lee, Chong-Soon;An, Gil-Hwan;Mar, Woong-Chon
Natural Product Sciences
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제5권3호
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pp.113-120
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1999
Nitric oxide (NO) is a free radical synthesized from L-arginine by nitric oxide synthase (NOS). It is believed that NO is an important mediator in numerous physiological and inflammatory responses. Particularly, a large amount of NO released from the inducible nitric oxide synthase (iNOS) is mostly associated with inflammatory processes. Overproduction of NO in these processes including sepsis and autoimmune diseases can have deleterious consequences and pathophysiologic relevance. Therefore, for the discovery of new inhibitory agents against iNOS activity, we have evaluated about 100 kinds of natural products after partition into three layers (n-hexane, ethyl acetate and aqueous) from 100% methanol extracts to study inhibitory effects on iNOS activity induced by lipopolysaccharide (LPS) in RAW264.7 cells culture system. As a positive control, curcumin, which is known as an anti-tumor promoter, anti-inflammatory agent as an iNOS inhibitor, was used and showed the dose-dependent inhibitory effect $(IC_{50},\;2.5\;{\mu}g/ml)$. Among tested fractions, the n-hexane fraction of Cimicifuga heracleifolia $(IC_{50}:\;9.65\;{\mu}g/ml)$, Forsythiae fructus $(IC_{50}:\;6.36\;{\mu}g/ml)$, Saposhnikovia divaricata $(IC_{50}:\;5.92\;{\mu}g/ml)$, and the ethyl acetate fraction of Chrysanthemum sibiricum $(IC_{50}:\;2.56\;{\mu}g/ml)$, Gastrodia elata $(IC_{50}:\;3.46\;{\mu}g/ml)$, and the aqueous fraction of Dianthus chinensis $(IC_{50}:\;6.73\;{\mu}g/ml)$, Euonymus alatus $(IC_{50}:\;6.78\;{\mu}g/ml)$, Mechania urticifoloria $(IC_{50}:\;8.01\;{\mu}g/ml)$ showed strong inhibitory activity against LPS-stimulated iNOS. Especially, the ethyl acetate fraction of Chrysanthemum sibiricum $(IC_{50}:\;2.56\;{\mu}g/ml)$, which exhibited the strongest inhibition against iNOS, was fractionated with silica-gel column chromatography. These subfractions exhibited dose-dependent inhibition against iNOS activity in the range of $2.59-5.6\;{\mu}g/ml$ except for fraction No. 3, 4, 5, 6, 8, 9, and 16. Our study shows that Chrysanthemum sibiricum has the strongest inhibitory effect against iNOS activity and has similar effect to curcumin. Therefore, further studies for the identification of active principles from Chrysanthemum sibiricum and investigation for the mechanism of the inhibition of iNOS by active principles will be performed.
Injury caused by reactive oxygen species (ROS), known as oxidative stress, is one of the major damaging factors in plants exposed to environmental stress. Chloroplasts are specially sensitive to damage by ROS because electrons that escape from the photosynthetic electron transfer system are able to react with relatively high concentration of $O_2$ in chloroplasts. To cope with oxidative stress, plants have evolved an efficient ROS-scavenging enzymes such as superoxide dismutase (SOD) and ascorbate peroxidase (APX), and low molecular weight antioxidants including ascorbate, glutathione and phenolic compounds. To maintain the productivity of plants under the stress condition, it is possible to fortify the antioxidative mechanisms in the chloroplasts by manipulating the antioxidation genes. A powerful gene expression system with an appropriate promoter is key requisite for excellent stress-tolerant plants. We developed a strong oxidative stress-inducible peroxidase (SWPA2) promoter from cultured cells of sweetpotato (Ipomoea batatas) as an industrial platform technology to develop transgenic plants with enhanced tolerance to environmental stress. Recently, in order to develop transgenic sweetpotato (tv. Yulmi) and potato (Solanum tuberosum L. cv. Atlantic and Superior) plants with enhanced tolerance to multiple stress, the genes of both CuZnSOD and APX were expressed in chloroplasts under the control of an SWPA2 promoter (referred to SSA plants). As expected, SSA sweetpotato and potato plants showed enhanced tolerance to methyl viologen-mediated oxidative stress. In addition, SSA plants showed enhanced tolerance to multiple stresses such as temperature stress, drought and sulphur dioxide. Our results strongly suggested that the rational manipulation of antioxidative mechanism in chloroplasts will be applicable to the development of all plant species with enhanced tolerance to multiple environmental stresses to contribute in solving the global food and environmental problems in the 21st century.
In an effort to understand the role of the conserved domain and of the heterologous one-third part of the carboxy terminal domain of transglutaminase C (TGase II), attempts were made to express TGase II cDNA of human origin in yeast Saccharomyces cerevisiae as in a full-length form as well as in a form of C-terminal truncation. The 2$\mu$-based expression plasmids which contained the TGase II cDNA under the gal inducible promoter were introduced into yeast and the maintenance of the full-length and truncated form of the TGase II gene plasmids were confirmed by Southern blot. The expression of the TGase II gene was analysed by reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR), and western blot analyses. As assayed by [1,4$^{14}$C]-putrescine incorporation into succinylated casein, the full-lenth as well as the truncated forms of recombinant TGase II showed some catalytic activity. These results indicate that the N-terminal homologous domain of human TGase II retains a catalytically active domain. The level of TGase II expressed in yeast, however, was far lower than satisfactory and other expression system should be sought further chracterization of the enzyme. The negative effect of TGase II on the growth of yeast is interesting with respect to the physiological effect of TGase II in cornification of epidermal keratinocytes.
A pfl ldhA double mutant Escherichia coli strain NZN 111 was used to produce succinic acid by overexpressing the E. coli malic enzyme gene (sfcA). This strain, however, produced a large amount of malic acid as well as succinic acid. After the analyses of the metabolic pathways, the fumB gene encoding the anaerobic fumarase of E. coli was co-amplified to solve the problem of malic acid accumulation. A plasmid, pTrcMLFu, was constructed, which contains an artificial operon (sfcA-fumB) under the control of the inducible trc promoter. From the batch culture of recombinant E. coli NZN 111 harboring pTrcMLFu, 7 g/L of succinic acid was produced from 20 g/L of glucose, with no accumulation of malic acid. From the metabolic flux analysis the strain was found under reducing power limiting conditions by severe reorientation of metabolic fluxes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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