• 제목/요약/키워드: Iron chelator

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Saos-2 골육종 세포에서 iron chelating agent, deferoxamine에 의한 apoptosis 유도 (Iron chelating agent, deferoxamine, induced apoptosis in Saos-2 osteosarcoma cancer cells)

  • 박은혜;이효정;이수연;김선영;이호근;이대열;황평한
    • Clinical and Experimental Pediatrics
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    • 제52권2호
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    • pp.213-219
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    • 2009
  • 목 적:철은 세포 성장과 분화, 전자 전달 반응, 산소 전달, 해독작용 등 여러 가지 중요한 생체 반응에 반드시 필요한 요소로서 종양세포의 성장과 증식에도 절대적으로 필요하다. 최근에 철킬레이트제인 deferoxamine이 악성 구강 각질세포의 성장을 억제하고 세포자멸사를 유도하며, 난소암세포의 증식을 억제하고 세포자멸사를 유도하여 난소암의 성장을 억제하였다고 보고되었다. 그러므로 반복적인 수혈에 의하여 헤모시데린침착증이 발생한 소아 종양 환아에서 deferoxamine이 철을 제거 할 뿐만 아니라 암세포의 세포자멸사를 유도하는지에 대하여 알아보고 세포자멸사를 유도한다면 그 경로에 대하여 알아보고자 하였다. 방 법:골육종세포인 Saos-2에서 deferoxamine에 대한 효과를 알아보기 위하여 크리스탈 바이올렛과 트리판 블루 염색으로 세포의 성장 및 증식을 측정하였고, DNA 분획, 핵 응축, 세포주기분석으로 세포자멸사를 분석하였고, 세포자멸사와 관련된 분자들의 발현을 Western hybridization으로 분석하였다. 결 과:Deferoxamine은 Saos-2 세포에 대하여 시간과 농도에 의존적으로 세포 증식 억제 효과를 나타내었다. 이러한 세포 증식 억제 효과는 DNA 단편화, 핵 응축, 세포주기 분석에서의 $A_{0}$ 기의 증가, PARP의 활성도의 증가 등 세포자멸사가 유도되었음을 알 수 있었다. 또한 Saos-2 세포에서 deferoxamine 처리 후 Akt/PKB의 활성화가 억제되어 caspase 9의 활성화, 그 하류의 caspase 3의 활성화로 이어지는 미토콘드리아 매개되는 경로로 세포자멸사가 유도되었다. 결 론:결론적으로 철킬레이트제인 deferoxamine이 세포증식을 억제시키고 세포자멸사를 유도시킴으로써 골육종 세포의 증식을 억제하는 것을 보여주었다. 따라서 반복적 대량 수혈에 의한 철 과부하에 따른 장기손상이 우려되는 각종 소아 종양환자들에서 deferoxamine은 체내 축적된 철을 제거할 뿐만 아니라 종양 환자의 치료에 있어서 항암제 치료의 효과를 증가시킬 수 있는 새로운 치료법으로 개발될 수 있을 것이다.

과잉 철로 유도된 산화적 스트레스가 혈소판 활성화에 미치는 작용 (Effect of Iron Excess-induced Oxidative Stress on Platelet Aggregation)

  • 서근영;박효진;장성근;박영현
    • 한국식품영양과학회지
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    • 제35권8호
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    • pp.979-984
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    • 2006
  • 과잉 철은 폐경기 여성 및 핀란드 남성에서의 심혈관계질환 증가와 예방통계학적으로 밀접한 관련이 있다고 보고되고 있다. 허혈성 심장질환, 뇌 심혈관계 질환, 암 및 노화의 원인으로 산화적 스트레스가 자유기 반응을 자극하고 지질 과산화 반응 등을 연쇄적으로 촉진시키는데 철이 위험 인자로 인식되고 있다. 그러나 뇌심혈관계 질환 유발의 중요인자인 혈소판 활성화와 관련하여 철로 인한 산화적 스트레스와 항산화작용의 연구는 부족하다고 한다. 산화적 스트레스에서 철 및 과산화수소의 자유기 형성과 관련하여 토끼 혈액에서 분리한 세정 혈소판을 사용하여 연구하였다. 산화적 스트레스를 통해 혈소판 응집을 유도하고 이에 미치는 영향을 연구한 결과에서 $H_2O_2$ 단독 투여시 혈소판 응집작용은 나타나지 않았다. $FeSO_4$ 단독 투여시 농도 의존적으로 혈소판 응집작용이 증가하여 나타내지만, $H_2O_2$ 존재 하에 $FeSO_4$ 투여시 농도 의존적으로 혈소판 응집작용이 증가되어 나타났다. 혈소판 응집을 유도하는 collagen 최적의 농도$(2\;{\mu}g/mL)$보다 낮은 1/10 농도$(2\;{\mu}g/mL)$)에서 $H_2O_2$$FeSO_4$의 영향은 농도 의존적으로 혈소판 응집작용이 증가되었다. 철 단독 투여시보다 과산화수소와 함께 투여시 농도 의존적으로 혈소판 활성화가 증대되었고 이러한 혈소판 활성화는 NAD/NADP, catalase, glutathione, mannitol, tiron 등에 의해 농도 의존적으로 억제되었고, NADH/NADPH, SOD, aspirin 등에 의해서는 영향이 없었다. 그러므로, 이러한 NAD(H)/NADP(H) cofactor는 혈소판 응집작용을 일으키는 radical을 직접 억제하기보다 radical 생성에 관련하는 것으로 사료된다. 이상의 결과에서 과잉철은 혈소판 활성화에 직접적으로 관여하고 $H_2O_2$ 존재하에 2가 철을 촉매로 하여 Fenton 반응으로 생성된 OH. 자유기가 혈소판 활성화에 중요한 역할을 한다. 그러나 혈소판에서 자유기가 arachidonic acid 대사의 활성화와 인산화 단백질로 인한 세포내 정보전달에 관한 연구가 더 이루어져야 한다고 사료된다.

Methyl tert-Butyl Ether(MTBE)의 in-situ Remediation을 위한 Modified Fenton Process에 관한 연구 (Removal of Methyl tert-Butyl Ether (MTBE) by Modified Fenton Process for in-situ Remediation)

  • 정영욱;서승원;김민경;이종열;공성호
    • 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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    • 제12권2호
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    • pp.27-36
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    • 2007
  • 기존의 연구를 통해 Fenton's reagent(FR)를 이용하여 MTBE의 제거가 가능하며, 그러나 중성 pH영역에서는 철이온이 수산화물로 침전되어 반응성이 낮아지므로 FR만을 이용한 처리는 높은 수소이온 농도조건(pH $3{\sim}4$)이라는 제약으로 인해 직접적인 토양 및 지하수의 MTBE 오염처리에 있어 여러 가지 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 효과적인 처리를 위하여 NTA, oxalate, acetate 등의 chelating agent가 철이온과 반응하여 생성된 착화합물을 이용하는 modified Fenton reaction을 도입하여 중성 pH영역에서도 철이온이 안정화되어 높은 분해효율을 나타낼 수 있도록 하였다. MTBE의 분해경향은 chelating agent의 종류와 농도, 철이온 농도 그리고 pH 변화에 따라 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 가장 적합한 착화합물을 선택하기 위하여 총 6개의 chelating agent(citrate, oxalate, succinate, acetate, NTA, EDTA)를 실험한 결과, 처리효율과 chelating agent의 생분해도, 독성 등을 고려하여 최종 3가지 종(oxalate, acetate, NTA)이 선정되어 이후의 실험에서는 위의 3종만을 chelating agent로 이용하였다. 동일한 실험조건($H_2O_2$ : 5%, chelating agent : 6 mM, $Fe^{3+}$ : 2 mM, pH 7)하에서의 적용성 평가한 결과, Fe-NTA가 반응시작 30분만에 99.9%의 가장 높은 제거효율을 나타내었다. Oxalate의 경우, NTA보다는 그 분해효율이 낮으나 다른 chelating agent보다 상대적으로 높은 효율(24시간 후 최대효율 : 91.3%)을 보여주며, acetate를 이용한 경우도 본 실험에서 좋은 결과(24시간 후 최대효율 : 75.8%)를 나타내었다. 또한, 적정 철이온의 농도는 oxalate가 chelating agent로 이용되면 철이온 농도가 3 mM일때 가장 큰 분해효율을 보이며, acetate의 경우는 5 mM까지 농도가 증가함에 따라 그 효율도 조금씩 증가하는 것으로 나타났다. 이와같이 MTBE의 in-situ remediation을 위한 modified Fenton 공정은 철이온을 중성 pH영역에서 안정화시켜 실제 토양에 적용하였을 때, 높은 분해효율을 얻을 수 있으며, 경제적인 자체 생분해도가 높은 저분자 유기산을 이용하였으므로 생물학적 처리와 연계를 가능하게 해주는 장점을 나타낸다. 또한 토양 내 존재하는 철광석을 촉매로 이용할 경우, 주입되는 철이온 없이도 $H_2O_2$에서의 hydroxyl radical 생성을 증가 시킬 수 있으므로 보다 경제적이고 친환경적인 처리기법을 도출해 낼 수 있다.

Experimental Studies on the Effect of Gamibaegi-eum

  • Kim Won-Ill
    • 대한한의학회지
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    • 제25권4호
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    • pp.61-78
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    • 2004
  • Objective : This study was undertaken to determine whether Gamibaegi-eum (BGU) in vitro and in vivo exerts a beneficial effect against cell injury induced by reactive oxygen species (ROS) in the human intestine. Methods : Effects of BGU in vitro on cell injury were examined using Caco-2 cells, cultured human intestinal cell line. Exposure of cells to H₂O₂ induced increases in the loss of cell viability in a time and dose-dependent fashion. Results : BGU prevented H₂O₂-induced cell death and its effect was dose-dependent over a concentration range of 0.05­1%. H₂O₂-induced cell death was prevented by catalase, the hydrogen peroxide scavenger enzyme, and deferoxamine, the iron chelator. However, the potent antioxidant DPPD did not affect H₂O₂-induced cell death. H₂O₂ increased lipid peroxidation, which was inhibited by BGU and DPPD. H₂O₂ caused DNA damage in a dose-dependent manner, which was prevented by BGU, catalase, and deferoxamine, but not DPPD. BGU restored ATP depletion induced by H₂O₂. BGU inhibited generation of superoxide and H₂O₂ and scavenged directly H₂O₂. Oral administration of mepirizole in vivo at a dose of 200mg/kg resulted in ulcer lesions in the stomach and the proximal duodenum. Pretreatment of BGU(0.1%/kg, orally) and catalase (800Units/kg, i.v.) significantly decreased the size of ulcers. Mepirizole increased lipid peroxidation in the mucosa of the duodenum, suggesting an involvement of ROS. Pretreatment of BGU and catalase significantly inhibited lipid peroxidation induced by mepirizole. Morphological studies showed that mepirizole treatment causes duodenal injury and its effect is prevented by BGU. Conclusion : These results indicate that BGU exerts a protective effect against cell injury in vitro and in vivo through antioxidant action. The present study suggests that BGU may playa therapeutic role in the treatment of human gastrointestinal diseases mediated by ROS.

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Quercetin Prevents Hydrogen Peroxide-induced Necrotic and Apoptotic Cell Death in Human Colonic Epithelial Cells

  • Jung, Soon-Hee
    • 대한임상검사과학회지
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    • 제43권4호
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    • pp.161-170
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    • 2011
  • Quercetin is one of the most distributed flavonoids in the plant kingdom and occurs naturally in a wide range of fruits and vegetables. This study was undertaken to determine whether quercetin exerts beneficial effect against necrotic and apoptotic cell death induced by hydrogen peroxide ($H_2O2$) in intestinal cells using the human-derived cultured T84 colonic epithelial cell line. Necrotic cell death was induced by exposing cells to 0.5 mM $H_2O_2$ for 2 h and apoptosis was induced by incubating cells in normal culture medium for 18 h following exposure of cells to 0.5 mM $H_2O2$ for 2 h. Cell viability was evaluated by the trypan blue exclusion assay and apoptosis was assessed by Hoechst 33258 staining and flow cytometry. $H_2O_2$ induced necrotic cell death in a time and dose-dependent fashion. Both necrotic and apoptotic cell deaths were not prevented by the antioxidants N,N'-diphenyl-p-phenylenediamine(DPPD) and Trolox, whereas both cell deaths induced by the organic hydroperoxide t-butylhydroperoxide (tBHP) were prevented by DPPD, suggesting that $H_2O_2$ induces cell death through a lipid peroxidation-independent mechanism. $H_2O2$-induced necrotic death was prevented by deferoxamine and 3-aminobenzamide, while the apoptotic cell death was not affected by these agents. Quercetin prevented both necrotic and apoptotic cell deaths induced by $H_2O_2$ in a dose-dependent manner. $H_2O_2$ caused activation of poly (ADP-ribose) polmerase (PARP), which was inhibited by deferoxamine, 3-aminobenzamide, and quercetin, but not DPPD. These results indicate that quercetin inhibits both necroticand apoptotic deaths of T84 cells. The anti-necrotic effect of quercetin may be attributed to its iron chelator activity rather than a direct $H_2O_2$ scavenging capacity and antioxidant. The present study suggests that quercetin may play a therapeutic role in the treatment of human gastrointestinal diseases mediated by oxidants.

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The optimal model of reperfusion injury in vitro using H9c2 transformed cardiac myoblasts

  • Son, Euncheol;Lee, Dongju;Woo, Chul-Woong;Kim, Young-Hoon
    • The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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    • 제24권2호
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    • pp.173-183
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    • 2020
  • An in vitro model for ischemia/reperfusion injury has not been well-established. We hypothesized that this failure may be caused by serum deprivation, the use of glutamine-containing media, and absence of acidosis. Cell viability of H9c2 cells was significantly decreased by serum deprivation. In this condition, reperfusion damage was not observed even after simulating severe ischemia. However, when cells were cultured under 10% dialyzed FBS, cell viability was less affected compared to cells cultured under serum deprivation and reperfusion damage was observed after hypoxia for 24 h. Reperfusion damage after glucose or glutamine deprivation under hypoxia was not significantly different from that after hypoxia only. However, with both glucose and glutamine deprivation, reperfusion damage was significantly increased. After hypoxia with lactic acidosis, reperfusion damage was comparable with that after hypoxia with glucose and glutamine deprivation. Although high-passage H9c2 cells were more resistant to reperfusion damage than low-passage cells, reperfusion damage was observed especially after hypoxia and acidosis with glucose and glutamine deprivation. Cell death induced by reperfusion after hypoxia with acidosis was not prevented by apoptosis, autophagy, or necroptosis inhibitors, but significantly decreased by ferrostatin-1, a ferroptosis inhibitor, and deferoxamine, an iron chelator. These data suggested that in our SIR model, cell death due to reperfusion injury is likely to occur via ferroptosis, which is related with ischemia/reperfusion-induced cell death in vivo. In conclusion, we established an optimal reperfusion injury model, in which ferroptotic cell death occurred by hypoxia and acidosis with or without glucose/glutamine deprivation under 10% dialyzed FBS.

Paraquat에 의한 산소 Radical 생성 및 지질과산화 작용의 Mouse 간 Submitochondria Particle과 Microsome에서의 비교 (Comparison of Paraquat Actions on Oxygen Radical Generation and Lipid Peroxidation between Submitochondrial Particle and Microsome of Mouse Liver)

  • 최중환;김용식;박종완;정명희;윤종구
    • 대한약리학회지
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    • 제27권2호
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    • pp.155-166
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    • 1991
  • Paraquat 독성작용에 있어서 mitochondria의 잠재적인 역할을 평가하기 위하여, 이 약물의 산소 radical 생성과 지질과산화 반응에 미치는 영향을 mouse간의 submitochondrial particle 과 microsome에서 비교하여 보았다. Submitochondrial particle 사용시 NADH를, microsome 사용시 NADPH를 전자공여체로 이용한 경우 paraquat는 두 분획에서 superoxide anion과 hydrogen peroxide의 생성을 증가시켰다. 동일한 조건하에서 paraquat는 hydroxyl radical의 생성을 시사하는 methional로 부터 ethylene의 생성을 증가시켰다. 그러나, paraquat에 의한 이들 각각의 효과는 microsome에서 보다 submitochondrial particle에서 약간 낮았다. 한편, 두 분획 모두에서 paraquat는 지질과산화 반응을 촉진시켰다. Submitochondrial particle과 microsome에서의 Paraquat에 의한 지질과산화반응은 i) 두 분회에서 지질과산화는 SOD에 의해서 부분적으로 억제됨을 보였고, DETAPAC(iron chelator)에 의해서는 완전히 억제되었고, catalase와 hydroxyl radical scavenger에 의해서는 억제되지 아니하였으며, ii) 반응내 $ADP-Fe^{3+}$ 첨가로 paraquat에 의한 지질과산화는 더욱 증가되었지만 methional로 부터 ethylene 생성은 감소하여 hydroxyl radical 생성과 지질과산화 사이에는 상관성이 없음으로 보아 같은 기전을 통해 촉진됨을 알 수 있었고 이러한 촉진작용은 perferryl ion을 통하여 일어나리라 추측되었다. Submitochondrial particle에서 paraquat에 의해 촉진된 산소라디칼 생성과 지질과산화 반응은 p-hydroxymercuribenzoate(NADH dehydrogenase 억제제)에 의하여 억제되었으나 다른 respiratory chain 차단제들에 의해서는 거의 영향을 받지 않음으로 보아 mitochondria에서의 paraquat의 redox-cycling은 CoQ 보다는 NADH dehyrogenase와 관련이 있음을 시사하였다. 이상의 결과로 보아 산소 radical의 생성과 지질과산화를 유도하는 paraquat의 redox-cycling은 microsome에서와 마찬가지로 mitochondria에서도 일어나며, 이결과 생체내에서의 paraquat의 독작용에 관여함을 짐작할 수 있다.

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단삼약침액(丹蔘藥鍼液)이 신장(腎臟) 근위세뇨관세포(近位細尿管細胞)에서 산화제(酸化劑)에 의한 인산(燐酸)의 이동억제(移動抑制)에 미치는 영향(影響) (The Effect of Salviae Radix on Oxidat-Inhibition of Phosphate Uptake in Renal Proximal Tubular Cells)

  • 이호동;윤현민;장경전;송춘호;안창범
    • Journal of Acupuncture Research
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    • 제17권3호
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    • pp.208-218
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    • 2000
  • This study was undertaken to determine if Salviae Radix (SR) exerts protective effect against oxidant-induced inhibition of phosphate uptake in renal proximal tubular cells. Membrane transport function and cell death were evaluated by measuring phosphate uptake and trypan blue exclusion, respectively, in opossum kidney (OK) cells, an established proximal tubular cell line. $H_2O_2$ was used as a model oxidant. $H_2O_2$ inhibited the phosphate uptake in a dose-dependent manner over the concentration range of 0.1-0.5 mM. Similar fashion was observed in cell death. However, the phosphate uptake was more vulnerable to $H_2O_2$ than cell death, suggesting that $H_2O_2$-induced inhibition of phosphate uptake is not totally attributed to cell death. Decreasedphosphate uptake was associated with ATP depletion and inhibition of $Na^+$-pump activity as determined by direct inhibition of $N^+-K^+$-ATPase activity. When cells were treated with $H_2O_2$ in the presence of 0.05% SR, the inhibition of phosphate uptake and cell death induced by $H_2O_2$ was significantly attenuated. SR restored ATP depletion and decreased $Na^+-K^+$-ATPase activity, and this is likely responsible for the protective effect of SR on decreased phosphate uptake. The protective effect of SR was similar to the $H_2O_2$ scavenger catalase. SR reacts directly with $H_2O_2$ to reduce the effective concentration of the oxidant. The iron chelator deferoxamine prevented the inhibition of phosphate uptake and cell death induced by $H_2O_2$, suggesting that $H_2O_2$-induced cell injury is resulted from an iron-dependent mechanism. These results indicate that SR exerts the protective effect against $H_2O_2$-induced inhibition of phosphate uptake by reacting directly with $H_2O_2$ like the $H_2O_2$scavenger enzyme catalase, in OK cells. However, the underlying mechanism remains to be explored.

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백서에서 Bleomycin 투여로 인한 폐손상 및 폐섬유화에 대한 Vitamin E의 영향 - Penicillamine, Deferoxamine 투여군과 비교 - (The Effect of Vitamin E on Bleomycin-Induced Pulmonary Injury and Fibrosis in Rat - Comparison of Penicillamine- or Deferoxamine-Treated Group -)

  • 정순희;용석중;안철민;신계철;최인준;조상호
    • Tuberculosis and Respiratory Diseases
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    • 제42권2호
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    • pp.184-205
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    • 1995
  • 연구배경: Bleomycin(BLM) 투여로 유발되는 폐손상 및 폐섬유화는 특발성 폐섬유증의 실험적 모델로써 BLM의 폐독성 기전은 산소유리기에 의한 직접 독성과 염증세포, 섬유모세포 및 세포외 기질에 의한 간접 독성으로 나누어 설명하고 있다. 이에 저자는 폐손상의 주요 원인이 되는 산소유리기의 생성과 이미 형성된 산소유리기를 보집할 수 있는 산화방지제들을 투여함으로써, BLM에 의한 폐손상 및 폐섬유화의 발생과 그 억제기전을 이해하고자 본 실험을 시행하였다. 방법: 웅성 백서에 폐손상 및 폐섬유화의 대표적인 실험적 방법인 bleomycin (BLM)을 투여함과 동시에 산화방지제로 구리의 킬레이트제인 penicillamine, 철의 킬레이트제인 deferoxamine과 산소유리기의 보집제인 vitamine E를 투여한 후 그 형태학적 변화를 보기 위해 기관지폐포 세척액 검사, 광학현미경 소견과 세포외 기질인 교원섬유 제 I, III, IV형과 비교원성 기질인 fibronectin과 laminin 그리고 근섬유모세포에 대한 NBD phallicidin에 대한 면역형광염색 및 면역조직화학염색소견을 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 결과: 1) 기관지폐포세척액의 검사소견상 총 세포수는 BLM 단독투여군의 경우 제4일에 최고값에 도달한 후 감소하기 시작하여 제28일에 대조군과 비슷해졌지만, penicillamine과 deferoxamine 처치군은 제1일부터 제28일까지 계속 높았으며, vitamin E 처치군은 제3일부터 현저한 차이로 감소하여 제7일부터 대조군과 비슷해졌다. 기관지폐포 세척액의 각 염증세포구성비는 BLM 단독투여군은 초기 즉 제1, 3, 4일에 중성구가 현저히 증가하다가 제7일부터 감소하여 제28일에 대조군과 비슷해졌지만, vitamin E 처치군은 중성구가 제3일부터 BLM 단독투여군의 1/3이하로 현저히 감소하였다. 2) 광학현미경소견은 BLM 단독투여군의 경우 다른 실험군에 비해 섬유화가 가장 심하였고, penicillamine 처치군은 중성구의 침윤이 지속적으로 많았으며, deferoxamine 처치군은 폐포 중격의 림프구 침윤이 뚜렷하였고, vitamin E 처치군은 페포 중격 및 폐포강내 대식세포 증가가 많았다. 이러한 소견은 기관지폐포세척액 소견과 잘 일치하였다. 산화방지제 처치군의 섬유화 소견은 deferoxamine 처치군이 가장 뚜렷하였고, penicillamine 처치군은 적었지만 관찰되었으며, vitamin E 처치군은 거의 없었다. 3) 세포외 기질의 변화로 폐포 간질의 기저막에 양성반응을 나타내는 제 IV형 교원섬유와 laminin 및 Jones' methenamine silver 염색결과는 비슷한 양상이었는데, BLM 단독투여군, penicillamine 처치군과 deferoxamine 처치군은 모두 제28일군에서 음성반응을 나타냈으나, vitamin E 처치군은 제28일까지 대조군과 비슷하게 기저막이 유지되었다. 섬유화 부위에 증가된 세포외 기질은 제 I 형 교원섬유와 fibronectin 이었으며, 제 III 형 교원섬유는 각 국에서 초기에 일시적으로 양성반응을 나타내었다. NBD phallicidin은 BLM 단독투여군에서 특히 제 28일군 육아조직의 방추형세포에 양성반응을 보였다. 결론: Bleomycin 투여에 의한 폐손상 및 폐섬유화 기전은 bleomycin이 구리 또는 철 이온의 존재하에 생성한 산소유리기에 의해 유발될 수도 있으나, 주로 중성구의 활성화로 인한 산소유리기에 의해 유발되고, 폐의 섬유화 제 I 형 교원섬유와 fibronectin의 증가로 초래되었다. 폐손상의 억제는 킬레이트제 보다는 산소유리기의 보집제인 vitamin E 투여시 가장 효과가 있었는데 이것은 초기의 중성구 증가 및 중성구의 활성화 정도에 따라 간질내 폐포의 기저막 유지 및 재생이 가능하고 이것이 폐의 탄력성을 유지시켜 폐손상을 억제할 수 있기 때문으로 사료된다.

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Molecular characterization and docking dynamics simulation prediction of cytosolic OASTL switch cysteine and mimosine expression in Leucaena leucocephala

  • Harun-Ur-Rashid, Md.;Masakazu, Fukuta;Amzad Hossain, Md.;Oku, Hirosuke;Iwasaki, Hironori;Oogai, Shigeki;Anai, Toyoaki
    • 한국작물학회:학술대회논문집
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    • 한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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    • pp.36-36
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    • 2017
  • Out of twenty common protein amino acids, there are many kinds of non protein amino acids (NPAAs) that exist as secondary metabolites and exert ecological functions in plants. Mimosine (Mim), one of those NPAAs derived from L. leucocephala acts as an iron chelator and reversely block mammalian cell cycle at G1/S phases. Cysteine (Cys) is decisive for protein and glutathione that acts as an indispensable sulfur grantor for methionine and many other sulfur-containing secondary products. Cys biosynthesis includes consecutive two steps using two enzymes-serine acetyl transferase (SAT) and O-acetylserine (thiol)lyase (OASTL) and appeared in plant cytosol, chloroplast, and mitochondria. In the first step, the acetylation of the ${\beta}$-hydroxyl of L-serine by acetyl-CoA in the existence of SAT and finally, OASTL triggers ${\alpha}$, ${\beta}$-elimination of acetate from OAS and bind $H_2S$ to catalyze the synthesis of Cys. Mimosine synthase, one of the isozymes of the OASTLs, is able to synthesize Mim with 3-hydroxy-4-pyridone (3H4P) instead of $H_2S$ for Cys in the last step. Thus, the aim of this study was to clone and characterize the cytosolic (Cy) OASTL gene from L. leucocephala, express the recombinant OASTL in Escherichia coli, purify it, do enzyme kinetic analysis, perform docking dynamics simulation analysis between the receptor and the ligands and compare its performance between Cys and Mim synthesis. Cy-OASTL was obtained through both directional degenerate primers corresponding to conserved amino acid region among plant Cys synthase family and the purified protein was 34.3KDa. After cleaving the GST-tag, Cy-OASTL was observed to form mimosine with 3H4P and OAS. The optimum Cys and Mim reaction pH and temperature were 7.5 and $40^{\circ}C$, and 8.0 and $35^{\circ}C$ respectively. Michaelis constant (Km) values of OAS from Cys were higher than the OAS from Mim. Inter fragment interaction energy (IFIE) of substrate OAS-Cy-OASTL complex model showed that Lys, Thr81, Thr77 and Gln150 demonstrated higher attraction force for Cys but 3H4P-mimosine synthase-OAS intermediate complex showed that Gly230, Tyr227, Ala231, Gly228 and Gly232 might provide higher attraction energy for the Mim. It may be concluded that Cy-OASTL demonstrates a dual role in biosynthesis both Cys and Mim and extending the knowledge on the biochemical regulatory mechanism of mimosine and cysteine.

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