Photosynthesis uses light energy to drive the oxidation of water at an oxygen-evolving catalytic site within photosystem II (PSII). Chlorophyll binding by the photosystem II subunit S protein, PsbS, was found to be necessary for energy-dependent quenching (qE), the major energy-dependent component of non-photochemical quenching (NPQ) in Arabidopsis thaliana. It is proposed that PsbS acts as a trigger of the conformational change that leads to the establishment of nonphotochemical quenching. However, the exact structure and function of PsbS in PSII are still unknown. Here, we clone and express the recombinant PsbS gene from Arabidopsis thaliana in E. coli and purify the resulting homogeneous protein. We used various biochemical and biophysical techniques to elucidate PsbS structure and function, including circular dichroism (CD), fluorescence, and DSC. The protein shows optimal stability at $4^{\circ}C$ and pH 7.5. The CD spectra of PsbS show that the conformational changes of the protein were strongly dependent on pH conditions. The CD curve for PsbS at pH 10.5 curve had the deepest negative peak and the peak of PsbS at pH 4.5 was the least negative. The fluorescence emission spectrum of the purified PsbS protein was also measured, and the ${\lambda}_{max}$ was found to be at 328 nm. PsbS revealed some structural changes under varying temperature and oxygen gas condition.
Chlamydiae, obligate intracellular bacteria, are associated with a variety of human diseases. The chlamydial life cycle undergoes a biphasic development: replicative reticulate bodies (RBs) phase and infectious elementary bodies (EBs) phase. At the end of the chlamydial intracellular life cycle, EBs have to be released to the surrounded cells. Therefore, the interactions between Chlamydiae and cell death pathways could greatly influence the outcomes of Chlamydia infection. However, the underlying molecular mechanisms remain elusive. Here, we investigated host cell death after Chlamydia infection in vitro, in L929 cells, and showed that Chlamydia infection induces cell necrosis, as detected by the propidium iodide (PI)-Annexin V double-staining flow-cytometric assay and Lactate dehydrogenase (LDH) release assay. The production of reactive oxygen species (ROS), an important factor in induction of necrosis, was increased after Chlamydia infection, and inhibition of ROS with specific pharmacological inhibitors, diphenylene iodonium (DPI) or butylated hydroxyanisole (BHA), led to significant suppression of necrosis. Interestingly, live-cell imaging revealed that Chlamydia infection induced lysosome membrane permeabilization (LMP). When an inhibitor upstream of LMP, CA-074-Me, was added to cells, the production of ROS was reduced with concomitant inhibition of necrosis. Taken together, our results indicate that Chlamydia infection elicits the production of ROS, which is dependent on LMP at least partially, followed by induction of host-cell necrosis. To our best knowledge, this is the first live-cell-imaging observation of LMP post Chlamydia infection and report on the link of LMP to ROS to necrosis during Chlamydia infection.
Ji Sun Kim;Seung Jae Shin;Jung Nam Kim;Min Ji Kwon;Eun Yeong Lim;Yun Tai Kim;Hyungwoo Kim;Byung Joo Kim
Molecular Medicine Reports
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v.19
no.3
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pp.1911-1918
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2019
Traditional herbal medicines are being increasingly used worldwide to treat cancer. Radix Sophorae Flavescentis (RSF) is a Chinese herb, which has numerous pharmacological properties, including anti-tumour effects. In this study, we investigated the mechanisms underlying RSF-induced apoptosis in human gastric cancer cells (AGS cells). We found that RSF treatment (20-200 ㎍/ml) inhibited the proliferation of AGS cells and increased the sub-G1 phase ratio. RSF-induced cell death was associated with the downregulation of BCl-2 and upregulation of Bax. In addition to increasing the expression levels of apoptosis-mediating surface antigen FAS and Fas ligand, RSF also activated caspase-3; however, mitogen-activated protein kinase appeared to inhibit RSF-induced cell death. RSF also led to an increased production of reactive oxygen species. Based on these results, we propose that RSF could be a potential therapeutic agent for gastric cancer.
Ha, Jeong Hyeon;Jeong, Guk Yeong;Kim, Min Seon;Lee, Yang Hun;Sin, Gu;Kim, Yong Rok
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.22
no.1
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pp.63-67
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2001
The photophysical properties and the singlet oxygen generation efficiency of tetrathiarubyrin have been investigated to elucidate the possibility of its use as a photodynamic therapy (PDT) photosensitizer by steady-state and time-resolved spectroscopic methods. The observed photophysical properties were affected by various molecular aspects, such as extended ${\pi}conjugation$, structural distortion, and internal heavy atom. The steady-state electronic absorption spectrum was red-shifted due to the extended $\pi-conjugation$, and the spin orbital coupling was enhanced by the structural distortion and the internal heavy atom effect. As a result of the enhanced spin orbital coupling, the triplet quantum yield increased to 0.90 $\pm$ 0.10 and the triplet state lifetime was shortened to 7.0 $\pm$ 1.2 ${\mu}s$. Since the triplet state decays at a relatively faster rate, the efficiency of the oxygen quenching of the triplet state decreases. The singlet oxygen quantum yield was estimated to be 0.52 $\pm$ 0.02, which is somewhat lower than expected. On the other hand, the efficiency of singlet oxygen generation during the oxygen quenching of triplet state, $f{\Delta}^T$, is near unity. Such high efficiency of singlet oxygen generation can be explained by the following two possible factors: The hydrogen bonding of ethanol which impedes the deactivation pathway of the charge transfer complex with oxygen to the ground state, the less probability of the aggregation formation.
Peroxiredoxins are highly conserved and abundant peroxidases. Although the thioredoxin peroxidase activity of peroxiredoxin (Prx) is important to maintain low levels of endogenous hydrogen peroxide, Prx have also been shown to promote hydrogen peroxide-mediated signalling. Mitogen activated protein kinase (MAPK) signalling pathways mediate cellular responses to a variety of stimuli, including reactive oxygen species (ROS). Here we review the evidence that Prx can act as both sensors and barriers to the activation of MAPK and discuss the underlying mechanisms involved, focusing in particular on the relationship with thioredoxin.
Ishii, Takamasa;Miyazawa, Masaki;Hartman, Phil S.;Ishii, Naoaki
BMB Reports
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v.44
no.5
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pp.298-305
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2011
Most intracellular reactive oxygen species (ROS), especially superoxide anion ($O_2^{{\bullet}_-}$) that is converted from oxygen, are overproduced by excessive electron leakage from the mitochondrial respiratory chain. Intracellular oxidative stress that damages cellular components can contribute to lifestyle-related diseases such as diabetes and arteriosclerosis, and age-related diseases such as cancer and neuronal degenerative diseases. We have previously demonstrated that the excessive mitochondrial $O_2^{{\bullet}_-}$ production caused by SDHC mutations (G71E in C. elegans, I71E in Drosophila and V69E in mouse) results in premature death in C. elegans and Drosophila, cancer in mouse embryonic fibroblast cells and infertility in transgenic mice. SDHC is a subunit of mitochondrial complex II. In humans, it has been reported that mutations in SDHB, SDHC or SDHD often result in inherited head and neck paragangliomas (PGLs). Recently, we established Tet-mev-1 conditional transgenic mice using our uniquely developed Tet-On/Off system, which equilibrates transgene expression to endogenous levels. These mice experienced mitochondrial respiratory chain dysfunction that resulted in $O_2^{{\bullet}_-}$ overproduction. The mitochondrial oxidative stress caused excessive apoptosis leading to low birth weight and growth retardation in the neonatal developmental phase in Tet-mev-1 mice. Here, we briefly describe the relationships between mitochondrial $O_2^{{\bullet}_-}$ and aging phenomena in mev-1 animal models
The adsorption equilibria of oxygen, nitrogen and argon on carbonaceous adsorbent with slit-shaped and randomly etched graphite (REG) pores were calculated by molecular simulation method. Reliable models of adsorbents and adsorbates for adsorption equilibria are important for the correct design of industrial adsorptive separation processes. At the smallest physical pore of $5.6{\AA}$, only oxygen molecules were accommodated at the center of the slit-shaped pore, and from $5.9{\AA}$ nitrogen and argon molecules could be accommodated in the pores. Slit pores showed higher adsorption capacity compared with REG pores with same averaged reenterance pore size due to dead volume and inaccessible volume in defected pores. And it was shown the adsorption capacities of oxygen and argon was same in larger pore size. From calculated adsorption isotherms at 298 K it showed that the adsorption capacity ratio of oxygen to nitrogen is increased as pressure is increased.
Carcinogenesis can be theoretically divided to intiation step and promotion step. Intiation associates with genetic alterations including p53 tumor suppressor gene and ras oncogene. Promotion involves in clonal expansion of of an initiated cell by epigenetic mechanism, mainly through signal transduction and gene expression. Ultraviolet light (UV) acts as both initiator and promoter. Initiation is closely related with DNA damage induced by UV, including cyclobutane pyrimidine dimers, (6-4) photoproducts and 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine. Cyclobutane pyrimidine dimers and (6-4) photoproducts are directly induced by UV, while 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine is induced indirectly by the reactive oxygen species. Because initiation is an irreversal genetic event, while promotion is a reversal and epigenetic event, to know the molecular mechanisms of tumor promotion in UV-carcinogenesis is crucial to develop preventive medicine and suppress UV-carcinogenesis. Because ROS is also involved in signal transduction of the cell, anti-oxidant could be the good candidate of anti-promoting agent. Here, we describe the suppressive effect of UV-carcinogenesis by various anti-oxidant including olive oil. In addition, we discuss about the mechanism of UVB-induced expression of cyclooxygenase-2, which might be a representative molecule involved in promotion of UV-carcinogenesis.
LEE, JI-HYUN;JEONG-HWA KIM;MI-RYUNG KIM;SUNG-MI LIM;SOO-WAN NAM;JIN-WOO LEE;SUNG-KOO KIM
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.12
no.1
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pp.1-7
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2002
The effects of DO and pH on the mass production of pullulan with high molecular weight and the morphology of A. pullulans ATCC 42023 were evaluated. A. pullulans showed a maximum production of pullulan (11.98 g/l) when the initial pH of the culture broth was 6.5 in a shake-flask culture. In a batch culture, the mixture of a yeast-like and mycelial cell forms was found at a pH of 4.5, and the maximum production of pullulan (13.31 g/l) was obtained. However, a high proportion of high molecular weight pullulan (M.W.>2,000,000) was produced at a pH of 6.5, with a yeast-like morphology. The maximum pullulan production yield ($51\%$) was obtained at a pH noncontrol (initial pH 6.5) and DO control (above $50\%$) condition. Pullulan degrading enzyme was activated when the pH of the broth was lower than 5.0 and the portion of low molecular weight pullulan was increased. The formation of a black pigment was observed at an initial stationary phase, at 40 h of fermentation. Therefore, the fermentation should be carried out in a pH noncontrol (initial pH of 6.5) and DO control (above $50\%$) condition, and should be harvested before reaching the stationary phase (around 40 h) for the production of high molecular weight pullulan.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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