추에서 항균 phytoalexin으로 알려진 capsidiol의 생합성을 촉매하는 5-epi-aristolochene hydroxylase는 cytochrome P450 (P450) 억제제인 ancymidol과 ketocornazol에 의해 그 활성이 특이적으로 억제되어, 이 효소가 P450계 효소임을 알 수 있었다. P450 효소가 공통으로 보유하는 염기서열을 지닌 primer를 이용하여 RT-PCR과 cDNA screening을 실시한 결과 고추배양세포에서 elicitor 처리에 의해 강하게 유도되는 cDNA (P450Hy01)를 cloning하였다. 배양세포에 cellulase, arachidonic acid, jasmonic acid, 자외선 등을 처리하여 capsidiol을 생합성하는 량과 P450Hy01 mRNA의 발현정도는 밀접한 유사성이 있었다. P450Hy01의 염기서열은 담배에서 밝혀진 5-epi-aristolochene-1,3-hydroxylase와 98%의 유사성이 있었으며, P450 효소가 공통으로 지니는 heme-binding domain인 FxxGxRxCxG를 보유하고 있었다 이러한 결과는 본 연구에서 cloning된 P450Hy01이 고추의 세포에서 capsidiol의 생합성을 촉매하는 5-epi-aristolochene hydroxylase 효소를 coding 하고 있음을 시사한다.
Park, Hyoung-Goo;Lim, Young-Ran;Han, Songhee;Kim, Donghak
Toxicological Research
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제30권1호
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pp.33-38
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2014
The human cytochrome P450 2J2 catalyzes an epoxygenase reaction to oxidize various fatty acids including arachidonic acid. In this study, three recombinant enzyme constructs of P450 2J2 were heterologously expressed in Escherichia coli and their P450 proteins were successfully purified using a $Ni^{2+}$-NTA affinity column. Deletion of 34 amino acid residues in N-terminus of P450 2J2 enzyme (2J2-D) produced the soluble enzyme located in the cytosolic fraction. The enzymatic analysis of this truncated protein indicated the typical spectral characteristics and functional properties of P450 2J2 enzyme. P450 2J2-D enzymes from soluble fraction catalyzed the oxidation reaction of terfenadine to the hydroxylated product. However, P450 2J2-D enzymes from membrane fraction did not support the P450 oxidation reaction although it displayed the characteristic CO-binding spectrum of P450. Our finding of these features in the N-terminal modified P450 2J2 enzyme could help understand the biological functions and the metabolic roles of P450 2J2 enzyme and make the crystallographic analysis of the P450 2J2 structure feasible for future studies.
Human cytochrome P450 enzymes (P450s, CYPs) are major oxidative catalysts that metabolize various xenobiotic and endogenous compounds. Many carcinogens induce cancer only after metabolic activation and P450 enzymes play an important role in this phenomenon. P450 1B1 mediates bioactivation of many procarcinogenic chemicals and carcinogenic estrogen. It catalyzes the oxidation reaction of polycyclic aromatic carbons, heterocyclic and aromatic amines, and the 4-hydroxylation reaction of $17{\beta}$-estradiol. Enhanced expression of P450 1B1 promotes cancer cell proliferation and metastasis. There are at least 25 polymorphic variants of P450 1B1 and some of these have been reported to be associated with eye diseases. In addition, P450 1B1 polymorphisms can greatly affect the metabolic activation of many procarcinogenic compounds. It is necessary to understand the relationship between metabolic activation of such substances and P450 1B1 polymorphisms in order to develop rational strategies for the prevention of its toxic effect on human health.
다섯 종류의 가지과 식물을 대상으로 elicitor에 의해 생합성 되는 capsidiol의 함량을 측정하고 생합성에 관련된 P450 효소의 활성과 관련 유전자 발현을 조사하였다. 고추, 피망 및 담배는 capsidiol의 생합성에 관련된 두개의 유전자인 cyclase와 P450 유전자가 세포내에 존재하였고, elicitor의 처리에 의하여 유전자의 발현이 유도되고 효소의 촉매가 이루어 졌다. 가지세포에는 두개의 유전자가 게놈상에 존재하지만 P450 유전자는 발현되나, cyclase 유전자의 발현은 나타나지 않았다. 감자에는 capsidiol의 생합성에 관련된 P450 및 cyclase 유전자 모두가 존재하지 않은 것으로 나타났다. 본 실험에 사용된 P450과 cyclase 유전자는 식물이 정상상태에 있을 때는 전혀 발현되지 않으나 elicitor에 의해 특이적으로 유도 되는 특징을 보였고, 식물체 조직이나 기관별로 다양한 발현 양상을 보였다.
Cytochrome P450 3As such as 3A4 and 3A5 metabolize a wide range of pharmaceutical compounds. The vectors for the expression of fusion protein containing an N-terminal human P450 3A4 or P450 3A5 sequences and a C-terminal rat NADPH-cytochrome P450 reductase moiety were constructed. These plasmids were used to express the fusion protein in Escherichia coli DH5$\alpha$ cells. High levels of expression were achieved (100~200 nmol/liter) and the expressed fusion protein in E. coli membranes were catalytically active for nifedipine oxidation, a typical enzymatic activity of P450 3A4. The NADPH-P450 reductase activities of these fusion protein were also determined by measuring reduction of cytochrome c. To fine a specific Inhibitor of P450 3A4 from naturally occurring chemicals, a series of isothiocyanate compounds were evaluated for the inhibitory activity of P450 using the fusion proteins in E. coli membranes. Of the five isothiocyanates (phenethyl isothiocyanate, phenyl isothiocyanate, benzol isothiocyanate, benzoyl isothiocyanate and cyclohexyl isothiocyanate) tested, benzoyl isothiocyanate showed a strong inhibition of P450 3A4 with an $IC_{50}$value of 2.8 $\mu\textrm{M}$. Our results indicate that the self-sufficient fusion protein will be very useful tool to study the drug metabolism and benzyl isothiocyanate may be valuable for characterizing the enzymatic properties of P450 3A4.
Cytochrome P450 aromatase (P450arom) catalyzes the conversion of androgens to estrogens and plays an important role in reproduction and development in vertebrates. We investigated the expression patterns of ovarian P450arom (P450aromA) and brain P450arom (P450aromB) mRNA during sex change in black porgy. Maturity was divided into seven stages from male to female (immature testis, mature testis, testicular portion of mostly testis, ovarian portion of mostly testis, testicular portion of mostly ovary, ovarian portion of mostly ovary, and mature ovary). P450aromA expression was significantly higher in the ovarian portion of mostly-ovarian stage fish, and P450aromB expression was highest in the brain of black porgy with mostly-ovarian gonads. Histology showed that testicular tissues were disintegrated with the development of ovarian tissue associated with an increase in the expression of the two P450arom mRNAs during sex change. Interestingly, among various tissues, P450aromA was only expressed in the ovary, and P450aromB was only expressed in the brain. To understand the role of gonadotropin-releasing hormone (GnRH) and estradiol ($E_2$), we injected exogenous hormone (GnRH analogue [GnRHa] and $E_2$) into immature black porgy. In the GnRHa group, expression of the two P450arom genes decreased 12 h after injection, and expression of the two P450arom genes were significantly higher at 6 dafter $E_2$ injection. These results provide useful baseline knowledge on the mechanism of natural sex change in black porgy.
Microalgae research is gaining momentum because of their potential biotechnological applications, including the generation of biofuels. Genome sequencing analysis of two model microalgal species, polar free-living Coccomyxa sp. C-169 and symbiotic Chlorella sp. NC64A, revealed insights into the factors responsible for their lifestyle and unravelled biotechnologically valuable proteins. However, genome sequence analysis under-explored cytochrome P450 monooxygenases (P450s), heme-thiolate proteins ubiquitously present in species belonging to different biological kingdoms. In this study we performed genome data-mining, annotation and comparative analysis of P450s in these two model algal species. Sixty-nine P450s were found in two algal species. Coccomyxa sp. showed 40 P450s and Chlorella sp. showed 29 P450s in their genome. Sixty-eight P450s (>100 amino acid in length) were grouped into 32 P450 families and 46 P450 subfamilies. Among the P450 families, 27 P450 families were novel and not found in other biological kingdoms. The new P450 families are CYP745-CYP747, CYP845-CYP863, and CYP904-CYP908. Five P450 families, CYP51, CYP97, CYP710, CYP745, and CYP746, were commonly found between two algal species and 16 and 11 P450 families were unique to Coccomyxa sp. and Chlorella sp. Synteny analysis and gene-structure analysis revealed P450 duplications in both species. Functional analysis based on homolog P450s suggested that CYP51 and CYP710 family members are involved in membrane ergosterol biosynthesis. CYP55 and CYP97 family members are involved in nitric oxide reduction and biosynthesis of carotenoids. This is the first report on comparative analysis of P450s in the microalgal species Coccomyxa sp. C-169 and Chlorella sp. NC64A.
Human cytochrome P450 1A2 is one of the major cytochrome P450s in human liver. It is known to be capable of activating a number of carcinogens such as arylamines and heterocyclic amines. In order to develop the new bacterial mutagenicity test system with human P450, a full length of human P450 1A2 cDNA inserted into pCW bacterial expression vector was introduced to Escherichia coli WP2 uvrA strain which is a well-known E. coli strain for bacterial reverse mutagenicity assay. Expressed human P450 1A2 showed typical P450 hemoprotein spectra. Maximum expression was achieved at 48 hrs after incubating at $30^{\circ}C$ in terrific broth containing ampicillin, IPTG and other supplements. High level expression of P450 1A2 in E. coli WP2 uvrA membranes was determined in SDS-PAGE. The well-known mutagens 2-aminoanthracene and MElQ increased the revertant colonies of E. coli WP2 uvrA expressing human P450 1A2 without an exogenous rat hepatic post-mitochondrial supernatant (S9 fraction) in a dose-dependent manner. The results show that the functional expression of human P450 in bacterial mutagenicity tester strain will provide a useful tool for studying the mechanism of the mutagenesis and carcinogenesis of new drugs and environmental chemicals.
Cytochrome P450 (P450) enzymes are the major catalysts involved in the biotransformation of various drugs, pollutants, carcinogens, and many endogenous compounds. Most of chemical carcinogens are not active by themselves but they require metabolic activation. P450 isozymes playa pivotal role in the metabolic activation. The activation of arylamines and heterocyclic arylamines (HAAs) involves critical N-hydroxylation, usually by P450. CYP1A2 plays an important role in these reactions. Broad exposure to many of these compounds might cause carcinogenicity in animals and humans. On the other hand, P450s can be also involved in the bioactivation of other chemicals including alcohols, aflatoxin B1, acetaminophen, and trichloroethylene, both in humans and in experimental animals. Understanding the P450 metabolic activation of many chemicals is necessary to develop rational strategies for prevention of their toxicities in human health. An important part is the issues of extrapolation between species in predicting risks and variation of P450 enzyme activities in humans.
Kim, Joon-Sik;Taeho Ahn;Yim, Sung-Kun;Yun, Chul-Ho
한국생물물리학회:학술대회논문집
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한국생물물리학회 2002년도 제9회 학술 발표회 프로그램과 논문초록
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pp.53-53
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2002
Inhibitory effects of Cu$\^$2+/ on the cytochrome P450 (P450)-catalyzed reactions of liver microsomes and reconstituted systems containing purified P450 and NADPH-P450 reductase (NPR) were seen. However, Zn$\^$2+/, Mg$\^$2+/, Mn$\^$2+/, Ca$\^$2+/, and Co$\^$2+/ had no apparent effects on the activities of microsomal P450s. Cu$\^$2+/ inhibited the reactions catalyzed by purified P450s lA2 and 3A4 with IC$\sub$50/ values of 5.7 and 8.4 ${\mu}$M, respectively.(omitted)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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