Recently, several new methods for the detection of genetic damages in vitro and in vivo based on molecular biological techniques were introduced according to the rapid progress in toxicology combined with cellular and molecular biology. Among these methods, mouse lymphoma thymidine kanase (tk) gene forward mutation assay, single cell gel electrophoresis (comet assay) and transgenic animal and cell line model as a target gene of lac I (Big Blue) and lac Z (Muta Mouse) gene mutation are newly introduced based on molecular toxicological approaches. The mouse lymphoma tk$\^$+/-/ gene assay (MOLY) using L5178Y tk$\^$+/-/ mouse lymphoma cell line is one of the mammalian forward mutation assays, and has many advantages and more sensitive than hprt assay. The target gene of MOLY is a heterozygous tk$\^$+/-/ gene located in 11 chromosome, so it is able to detect the wide range of genetic changes like point mutation, deletion, rearrangement, and mitotic recombination within tk gene or deletion of entire chromosome 11. The comet assay is a rapid, simple, visual and sensitive technique for measuring and analysing DNA breakages in mammalian cells, Also, transgenic animal and cell line models, which have exogenous DNA incorporated into their genome, carry recoverable shuttle vector containing reporter genes to assess endogenous effects or alteration in specific genes related to disease process, are powerful tools to study the mechanism of mutation in vivo and in vitro, respectively. Also in vivo acridine orange supravital staining micronucleus assay by using mouse peripheral reticulocytes was introduced as an alternative of bone marrow micronucleus assay. In this respect, there was an International workshop on genotoxicity procedure (IWGTP) supported by OECD and EMS (Environmental Mutagen Society) at Washington D. C. in March 25-26, 1999. The objective of IWGTP is to harmonize the testing procedures internationally, and to extend to finalization of OECD guideline, and to the agreement of new guidelines under the International Conference of Harmonization (ICH) for these methods mentioned above. Therefore, we introduce and review the principle, detailed procedure, and application of MOLY, comet assay, transgenic mutagenesis assay and supravital staining micronucleus assay.
The major urinary proteins(MUPs) of mice that bind hydrophobic molecules known as pheromones are regulated in part by the actions of growth hormone. The expression of the MUPs was therefore investigated in transgenic mice that express a human growth hormone-releasing factor gene from a metallothionein gene promoter(MT-GRF) and as a result have elevated growth hormone levels. MUPs were severely down-regulated in the urine of these animals compared to normal mice or to control transgenic mice expressing another gene(the inhibin a subunit) from the same metallothionein promoter(MT-Inh) and more MUPs disappeared in male mice than female ones. MUPs were also down-regulated in the urine of the UT-GRF-injected mice. In addition, it was observed that the urine of the MT-GRF mice included a high molecular weight protein that co-migrates with the major serum protein albumin, indicating an impairment in glomerular filtration within the kidney. The urinary loss of serum proteins was more severe in male MT-GRF mice than female ones. Thus the overexpression of human GRF mimics changes observed in MUP protein expression and glomerular function in other models of growth hormone hypersecretion with sex-dependent differential effects.
Heterocyclic amines (HCAs) are potent mutagens generated during the cooking of meat and fish, and several of these compounds produce tumors in conventional experimental animals. During the past 5 years or so, HCAs have been tested in a number of novel in vivo murine models, including the following: lacZ, lacI, cII, c-myc/lacZ, rpsL, and $gpt{\Delta}$ transgenics, $XPA^{-/-}$, $XPC^{-/-}$, $Msh2^{+/-}$, $Msh2^{-/-}$ and $p53^{+/-}$ knock-outs, Apc mutant mice ($Apc^{{\Delta}716}$, $Apc^{1638N}$, $Apc^{min}$), and $A33^{{\Delta}N{\beta}-cat}$ knock-in mice. Several of these models have provided insights into the mutation spectra induced in vivo by HCAs in target and non-target organs for tumorigenesis, as well as demonstrating enhanced susceptibility to HCA-induced tumors and preneoplastic lesions. This review describes several of the more recent reports in which novel animal models were used to examine HCA-induced mutagenesis and carcinogenesis in vivo, including a number of studies which assessed the inhibitory activities of chemopreventive agents such as 1,2-dithiole-3-thione, conjugated linoleic acids, tea, curcumin, chlorophyllin-chitosan, and sulindac.
The binding affinity constants ($p(Od)_{50}$) and molecular docking scores (OS) between porcine odorant binding proteins pOBP (1HQP) and pPBP (1GM6) as receptor and a series of tetrahydrofuran-2-yl (A & B) analogues as substrate, and their interactions were discussed quantitatively using three-dimensional quantitative structure-activity relationship (30-QSAR) models. The statistical qualities of the optimized CoMF A models for pOBP were better than those of the CoMSIA models. The binding affinity constants and OS between substrate and receptor molecules were dependent upon steric and hydrophobic interaction. The DS constants of the substrates into the binding site of OBP (1HQP) were bigger than those of PBP (1GM6). The resulting contour maps produced by the optimized CoMFA model were used to identify the structural features relevant to the binding affinity in binding site of pOBP.
A practical approach was proposed to produce transgenic chimeric chickens using blastodermal cells (BCs). The chicken BCs were mechanically dissociated and transferred into the recipient eggs that had been exposed to 500 rads irradiation of$^{60}Co$ and windowed on the equatorial plane. Chimeric chickens were generated using two models: the crosses (MXL) from Black Minors (ii,EE,b/b) ♂${\times}$Barred Leghorns (ii,ee,B/-) ♀ as donors and White Leghorns (WL, II) as acceptors (Model 1), or the Black Heifengs (BH, ii,EE,bb) as donors and Hua-xing white (HW, II) as recipients (Model 2). The treated eggs were incubated in their original shells in normal conditions until hatching. Green fluorescent protein (GFP) gene was transferred into the BCs derived from MXL and BH via lipofectamine and the pEGFP-C1, and transfection efficiency into the BCs was examined under a fluorescent microscope. Potential transgenic chimeras were selected based on the proposed methods in this study. Using the fresh BCs, the best rate of phenotypic chimeras was 6.7% and 26.0% in model-1 groups, and model-2 groups, respectively. We also described the optimized conditions for transfection. Although 30% of the BCs transfected in vitro emitted green light under an inverted fluorescent microscope, no embryos injected with the transfected BCs expressed foreign GFP gene at 3-4 days.
Background: Several studies have indicated that a nerve injury enhances the expression of the voltage-gated calcium channel ${\alpha}2{\delta}1$ subunit (Cav ${\alpha}2{\delta}1$) in sensory neurons and the dorsal spinal cord. This study examined whether NMDA receptor activation is essential for Cav ${\alpha}2{\delta}1$-mediated tactile allodynia in Cav ${\alpha}2{\delta}1$ overexpressing transgenic mice and L5/6 spinal nerve ligated rats (SNL). These two models show similar Cav ${\alpha}2{\delta}1$ upregulation and behavioral hypersensitivity, without and with the presence of other injury factors, respectively. Methods: The transgenic (TG) mice were generated as described elsewhere (Feng et al., 2000). The left L5/6 spinal nerves in the Harlan Sprague Dawley rats were ligated tightly (SNL) to induce neuropathic pain, as described by Kim et al. (1992). Memantine 2 mg/kg (10 ul) was injected directly into the L5/6 spinal region followed by $10{\mu}l$ saline. Tactile allodynia was tested for any mechanical hypersensitivity. Results: The tactile allodynia in the SNL rats could be reversed by an intrathecal injection of memantine 2 mg/kg at 1.5 hours. The tactile allodynia in the Cav ${\alpha}2{\delta}1$ over-expressing TG mice could be reversed by an intrathecal injection of memantine 2 mg/kg at 1.5, 2.0 and 2.5 hours. Conclusions: The behavioral hypersensitivity was similar in the TG mice and nerve injury pain model, supporting the hypothesis that elevated Cav ${\alpha}2{\delta}1$ mediates similar pathways that underlie the pain states in both models. The selective activation of spinal NMDA receptors plays a key role in mediating the pain states in both the nerve-injury rats and TG mice.
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
BACKGROUND: Acanthopanax divaricatus var. albeofructus (ADA) extract has been reported to have anti-oxidant, immunomodulatory, and anti-mutagenic activity. MATERIALS/METHODS: We investigated the effects of ADA extract on two mouse models of Alzheimer's disease (AD); intracerebroventricular injection of ${\beta}$-amyloid peptide ($A{\beta}$) and amyloid precursor protein/presenilin 1 (APP/PS1)-transgenic mice. RESULTS: Intra-gastric administration of ADA stem extract (0.25 g/kg, every 12 hrs started from one day prior to injection of $A{\beta}1$-42 until evaluation) effectively blocked $A{\beta}1$-42-induced impairment in passive avoidance performance, and $A{\beta}1$-42-induced increase in immunoreactivities of glial fibrillary acidic protein and interleukin (IL)-$1{\alpha}$ in the hippocampus. In addition, it alleviated the $A{\beta}1$-42-induced decrease in acetylcholine and increase in malondialdehyde levels in the cortex. In APP/PS1-transgenic mice, chronic oral administration of ADA stem extract (0.1 or 0.5 g/kg/day for six months from the age of six to 12 months) resulted in significantly enhanced performance of the novel-object recognition task, and reduced amyloid deposition and IL-$1{\beta}$ in the brain. CONCLUSIONS: The results of this study suggest that ADA stem extract may be useful for prevention and treatment of AD.
Kwon, Hye Kyeong;Choi, Hyunwoo;Park, Sung-Gyoo;Park, Woo Jin;Kim, Do Han;Park, Zee-Yong
Molecules and Cells
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v.44
no.7
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pp.500-516
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2021
Cardiac hypertrophic signaling cascades resulting in heart failure diseases are mediated by protein phosphorylation. Recent developments in mass spectrometry-based phosphoproteomics have led to the identification of thousands of differentially phosphorylated proteins and their phosphorylation sites. However, functional studies of these differentially phosphorylated proteins have not been conducted in a large-scale or high-throughput manner due to a lack of methods capable of revealing the functional relevance of each phosphorylation site. In this study, an integrated approach combining quantitative phosphoproteomics and cell-based functional screening using phosphorylation competition peptides was developed. A pathological cardiac hypertrophy model, junctate-1 transgenic mice and control mice, were analyzed using label-free quantitative phosphoproteomics to identify differentially phosphorylated proteins and sites. A cell-based functional assay system measuring hypertrophic cell growth of neonatal rat ventricle cardiomyocytes (NRVMs) following phenylephrine treatment was applied, and changes in phosphorylation of individual differentially phosphorylated sites were induced by incorporation of phosphorylation competition peptides conjugated with cell-penetrating peptides. Cell-based functional screening against 18 selected phosphorylation sites identified three phosphorylation sites (Ser-98, Ser-179 of Ldb3, and Ser-1146 of palladin) displaying near-complete inhibition of cardiac hypertrophic growth of NRVMs. Changes in phosphorylation levels of Ser-98 and Ser-179 in Ldb3 were further confirmed in NRVMs and other pathological/physiological hypertrophy models, including transverse aortic constriction and swimming models, using site-specific phospho-antibodies. Our integrated approach can be used to identify functionally important phosphorylation sites among differentially phosphorylated sites, and unlike conventional approaches, it is easily applicable for large-scale and/or high-throughput analyses.
Endan Li;Jiwoo Choi;Hye-Ri Sim;Jiyeon Kim;Jae Hyun Jun;Jangbeen Kyung;Nina Ha;Semi Kim;Keun Ho Ryu;Seung Soo Chung;Hyun Sook Kim;Sungsu Lee;Wongi Seol;Jihwan Song
BMB Reports
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v.56
no.3
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pp.178-183
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2023
Huntington's disease (HD) is a neurodegenerative disorder, of which pathogenesis is caused by a polyglutamine expansion in the amino-terminus of huntingtin gene that resulted in the aggregation of mutant HTT proteins. HD is characterized by progressive motor dysfunction, cognitive impairment and neuropsychiatric disturbances. Histone deacetylase 6 (HDAC6), a microtubule-associated deacetylase, has been shown to induce transport- and release-defect phenotypes in HD models, whilst treatment with HDAC6 inhibitors ameliorates the phenotypic effects of HD by increasing the levels of α-tubulin acetylation, as well as decreasing the accumulation of mutant huntingtin (mHTT) aggregates, suggesting HDAC6 inhibitor as a HD therapeutics. In this study, we employed in vitro neural stem cell (NSC) model and in vivo YAC128 transgenic (TG) mouse model of HD to test the effect of a novel HDAC6 selective inhibitor, CKD-504, developed by Chong Kun Dang (CKD Pharmaceutical Corp., Korea). We found that treatment of CKD-504 increased tubulin acetylation, microtubule stabilization, axonal transport, and the decrease of mutant huntingtin protein in vitro. From in vivo study, we observed CKD-504 improved the pathology of Huntington's disease: alleviated behavioral deficits, increased axonal transport and number of neurons, restored synaptic function in corticostriatal (CS) circuit, reduced mHTT accumulation, inflammation and tau hyperphosphorylation in YAC128 TG mouse model. These novel results highlight CKD-504 as a potential therapeutic strategy in HD.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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