두툽상어 (Scyliorhinus torazame)부터 분리된 항산화 효소 Cu,Zn-superoxide dismutase (Cu,Zn-SOD 또는 SOD1)의 핵산 염기서열 및 추정 아미노산 서열을 대상으로 분자 계통학적 분석을 실시하였다. 종래 알려져 있는 척추동물의 Cu,Zn-SOD 서열들을 포함하여 neighbor-joining (NJ), maximum parsimony (MP), maximum likelihood (ML) 및 Bayesian 분석 등을 포함한 다양한 계통 분석을 수행하였으며, 이를 통해 연골어류인 본 어종의 척추동물 분류군 내에서의 계통적 위치를 추정하고자 하였다. 다양한 분자 계통수로부터 얻어진 대부분의 consensus tree들에서 분석에 사용한 분류군들은 종래 알려진 분류학적 위치와 비교적 잘 일치하였고, 이중 두툽상어는 같은 연골어류종인 blue shark와 높은 유연관계를 나타내면서 보다 진화한 경골어류들과는 확연히 구분되는 분지를 형성하였다. 특히 핵산 염기서열을 바탕으로 한 neighbor-joining 분석에서 두툽상어는 경골어류와 양막동물에 비해 보다 원시형태의 척추동물 Cu,Zn-SOD 유전자의 한 형태를 보유하고 있는 것으로 나타났다.
Membrane lipid peroxidation processes yield reactive aldehydes that may react with copper,zinc superoxide dismutase (Cu,Zn SOD), one of the key antioxidant enzymes against oxidative stress. We investigated this possibility and found that exposing Cu,Zn SOD to malondialdehyde (MDA) or 4-hydroxynonenal (HNE) caused the loss of dismutase activity, cross-linking of peptides, and an increase in protein oxidation, reflected by the increased level of carbonyl groups. When Cu,Zn SOD that had been exposed to MDA or HNE was subsequently analyzed by amino acid analysis, histidine content was found to be significantly lost. Both MDA-and HNE-treated Cu,Zn SOD were resistant to proteolysis, which may imply that damaged proteins exist in vivo for a longer period of time than the native enzyme. The lipid peroxidation-mediated damage to Cu,Zn SOD may result in the perturbation of cellular antioxidant defense mechanisms, and subsequently lead to a pro-oxidant condition.
SOD(superoxide dismutase)는 유해 활성산소에 의한 생리적 장해를 방지하는 방어기작의 한 구성요소이다. 들깨잎 SOD의 특성을 알아보기 위한 NBT(nitro blue tetrazolium) 환원법 을 이용하여 들깨와 자소잎의 SOD동위효소의 종류와 활성 및 이들의 항산화 활성을 Fe$^{2+}$/ascorbate, Fe$^{3+}$ -ADP/NADPH첨가제를 처리하여 조사하였다. 들깨잎에는 품종에 따라 3~4개의 주요 SOD동위효소가 있었다. SOD는 함유하고 있는 금속조효소에 따라 3종류로 분류되는데, 들깨잎에는 두개의 Cu/ZnSOD와 두개의 FeSOD을 함유하고 있었으나, 자소잎은 단지 Cu/ZnSOD만을 함유하고 있었다. Cu/ZnSOD는 들깨 품종에 따른 차이가 없었으나, FeSOD는 분자량이 다른 두개의 FeSOD동위효소의 존재 양상이 품종에 따라 차이를 나타내었으며, SOD활성 및 항산화 활성도 품종에 따라 비교적 큰 차이를 보였다. 비효소적인 Fe$^{2+}$/ascorbate첨가 및 Fe$^{3+}$ -ADP/NADPH첨가에 의해 유도된 지질 과산화의 억제에 미치는 영향을 조사한 결과 공시재료중 밀양 2호가 가장 강한 항산화 활성을 가지고 있는 것으로 확인되었다. 자소 잎의 경우는 SOD활성과 유사하게 항산화 활성 정도 가장 낮아서 들깨잎과는 뚜렷 이 구별되었다.
60종(種)의 자생 약용식물과 식용작물을 대상으로 항산화활성의 생리활성을 조사함으로써 약용식물과 식용작물의 유용성 측면의 확인뿐만 아니라 새로운 생리활성물질 탐색의 가능성을 검토하기 위해서 실시한 실험 결과는 다음과 같다. 자생 약용식물 및 식용작물에 대한 50% EtOH 추출물을 이용하여 TBA법. DPPH법에 의하여 1차 활성검정 결과 처리방법에 따라 활성값에 차이가 있으나 TBA법에서는 검정콩의 추출액이 87.3%, DPPH법에서는 까마중 추출액이 80.6%로서 가장 높은 활성을 보였고 두가지 방법에서 동시에 활성이 높은 것은 검정콩을 비롯하여 10종 이었다. SOD활성정도도 검정식물에 따라 큰 차이가 있으나 검정콩이 53.5%로서 가장 높은 SOD활성을 나타내었으며 SOD종류는 Cu/ZnSOD, FeSOD을 포함하는 것으로 나타났다. Cu/ZnSOD만을 함유하고 있는 잔대는 SOD활성 정도가 10.37%로서 실험 대상식물 중 가장 낮은 활성을 보였다.
공기중에 존재하는 여러 산화성 물질들은 호흡기의 손상과 관련이 있는 것으로 알려지고 있으며 이와같은 산화성 물질에 의한 손상은 폐에 존재하는 항산화 물질이나 항산화 효소들에 의해 감소 또는 예방될 수 있다. 저자들은 폐의 항산화방어 기전에 대한 흡연의 영향을 흰쥐에서 관찰하였다. 횐쥐를 6개피의 담배연기에 일일 20분씩 90일간 전신 폭로했을때 조직내의 catalase와 superoxlde dismutase(SOD)의 활성이 유의하게 증가되었다(p<0.05) 그러나 glutathione peroxidase의 활성도는 변화되지 않았고 thiol 화합물의 함량은 흡연 시작후 15일에 44%까지 감소되었으나 그후 정상으로 회복되었다. 한편, 횐쥐를 1, 3, 5, 10 및 20개피의 담배연기에 같은 방법으로 15일간 노출시켰을때, catalase는 개피수에 따라서 증가되었고 총 SOD의 활성도는 5개피 이하에서만 특이하게 증가되었으며 대부분 Zn-SOD이었다. 폐에는 한 종의 Cu, Zn-SOD (pI 4.9)와 CN에 내성이 있는 두종의 Mn-SOD(pI 4.7, pI 7.9)가 존재하였고, 등전점이 4.7인 Zn-SOD가 주된 동위효소로써 흡연에 의해 유도되는 형태였다. 이 결과들은 흡연으로부터 폐의 보호는 초기에는 항산화 물질들의 소모로, 그리고 만성 흡연의 경우는 항산화 효소들의 유도로 이루어지며. 특히 Zn-SOD (pI 4.7)와 catalase가 중요한 역할을 하는 것으로 사료된다.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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제39권2호
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pp.67-73
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2019
The genomic structure of the Cu/Zn superoxide dismutase (SOD1) gene from the entomopathogenic fungus, Cordyceps pruinosa was characterized. The SOD1 gene of C. pruinosa spans 947 nucleotides and consisted of four exons encoding for 154 amino acids and three introns. Four exons of the SOD1 gene are composed of 13, 331, 97 and 20 nucleotides respectively. Homology search of amino acid sequences of the SOD1 gene of C. pruinosa with another 13 fungi species showed higher sequence similarity of 69% ~ 95% and had the most highest sequence identity of 95% with Beauveria bassiana and Cordyceps militaris, which can easely infect domesticated Bombyx mori and another wild lepidopteran species in artificial or natual manner of infection. This SOD1 gene sequence showed copper, zinc and beta-barrel fold sites. Homology search showed that the Cu/Zn SOD1 gene from the entomopathogenic fungus, C. pruinosa is an orthologous gene homolog present in different species of organism whose ancestor predates the split between the relating species. In addition, C. pruinosa SOD1 gene is placed together within the ascomycetes group of fungal clade. From these results it is concluded that C. pruinosa SOD1 gene is orthologous gene having the same or very similar functions with a common evolutionary ancestor.
The nonenzymatic glycation of copper, zinc-superoxide dismutase (Cu,Zn-SOD) led to inactivation and fragmentation of the enzyme. The glycated Cu,zn-SOD was isolated by boronate affinity chromatography. The formation of 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine (8-OH-dG) in calf thymus DNA and the generation of strand breaks in pBhiescript plasmid DNA by a metal-catalyzed oxidation (MCO) system composed of $Fe^{3+}$, $O_2$, and glutathione (GSH) as an electron donor was enhanced more effectively by the glycated CU,Zn-SOD than by the nonglycated enzyme. The capacity of glycated Cu,Zn-SOD to enhance damage to DNA was inhibited by diethylenetriaminepentaacetic acid (DETAPAC), azide, mannitol, and catalase. These results indicated that incubation of glycated CU,Zn-SOD with GSH-MCO may result in a release of $Cu^{2+}$ from the enzyme. The released $Cu^{2+}$ then likely participated in a Fenton-type reaction to produce hydroxyl radicals, which may cause the enhancement of DNA damage.
Over-expression of a copper/zinc superoxide dismutase (Cu/ZnSOD) resulted in substantially increased tolerance to cadmium exposure in Arabidopsis thaliana. Lower lipid peroxidation and $H_2O_2$ accumulation and the higher activities of $H_2O_2$ scavenging enzymes, including catalase (CAT) and ascorbate peroxidase (APX) in transformants (CuZnSOD-tr) compared to untransformed controls (wt) indicated that oxidative stress was the key factor in cadmium tolerance. Although progressive reductions in the dark-adapted photochemical efficiency (Fv/Fm) and quantum efficiency yield were observed with increasing cadmium levels, the chlorophyll fluorescence parameters were less marked in CuZnSOD-tr than in wi. These observations indicate that oxidative stress in the photosynthetic apparatus is a principal cause of Cd-induced phytotoxicity, and that Cu/ZnSOD plays a critical role in protection against Cd-induced oxidative stress.
Kim, Young-Mi;Lim, Jung-Mi;Kim, Byung-Chul;Han, Sanghwa
Molecules and Cells
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제21권1호
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pp.161-165
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2006
Dichlorodihydrofluorescein ($DCFH_2$) is a widely used probe for intracellular $H_2O_2$. However, $H_2O_2$ can oxidize $DCFH_2$ only in the presence of a catalyst, whose identity in cells has not been clearly defined. We compared the peroxidase activity of Cu,Zn-superoxide dismutase (CuZnSOD), cytochrome c, horseradish peroxidase (HRP), $Cu^{2+}$, and $Fe^{3+}$ under various conditions to identify an intracellular catalyst. Enormous increase by bicarbonate in the rate of $DCFH_2$ oxidation distinguished CuZnSOD from cytochrome c and HRP. Cyanide inhibited the reaction catalyzed by CuZnSOD but accelerated that by $Cu^{2+}$ and $Fe^{3+}$. Oxidation of $DCFH_2$ by $H_2O_2$ in the presence of a cell lysate was also enhanced by bicarbonate and inhibited by cyanide. Confocal microscopy of $H_2O_2$-treated cells showed enhanced DCF fluorescence in the presence of bicarbonate and attenuated fluorescence for the cells pre-incubated with KCN. Moreover, DCF fluorescence was intensified in CuZnSOD-transfected HaCaT and RAW 264.7 cells. We propose that CuZnSOD is a potential intracellular catalyst for the $H_2O_2$-dependent oxidation of $DCFH_2$.
연구배경 : 노화란 반응성산소종에 의한 산화적 손상이 축적되어 세포의 기능의 저하로 초래된다고 주장되고 있다. 본 연구에서 1, 4, 8, 12개월된 정상 생쥐의 폐에서 반응성 산소종 생성의 초기에 중요한 방어기전인 superoxide dismutases(SODs) mRNA와 hydroxy radical($OH{\cdot}$)에 의한 산화적 손상의 마지막 방어기전인 metallothionein(MT) mRNA의 함량과 paraquat에 의한 유도능을 조사하였다. 방 법 : 산화적손상은 세포내에서 superoxide을 생성하는 paraquat를 투여한 후 SODs와 MT mRNAs을 RT-PCR 방법으로 측정하였다. 결 과 : 정상생쥐의 폐의 노화과정에서 Mn-SOD와 Cu/Zn-SOD, 그리고 MT mRNA의 항정상태 함량을 조사한 결과, Mn-SOD mRNA는 8개월까지는 증가하다가 12개월에서 감소하였으나, Cu/Zn-SOD mRNA는 별 변화가 없었고 12개월에 감소하였다. 그러나 MT mRNA는 어느 연령에도 변화가 없었다. 산화성 스트레스를 유발하는 paraquat에 의하여 Mn-SOD mRNA는 4개월 부터 유도되지 않았으며, Cu/Zn-SOD mRNA는 전혀 유도되지 않았다. MT mRNA는 관찰한 전 연령에서 유도되었다. 결 론 : 노화과정에서 SODs유도능의 이상이 노화의 원인 인자로 작용하고, 반면에 MT의 정상적인 유도능이 산화적 스트레스에 대하여 방어 역할을 할 가능성을 시사해주고 있다. 이와 같은 결과는 연령이 증가함에 따라 Mn-SOD, Cu/Zn-SOD, 및 MT의 발현과 유도능의 차이로 인하여 반응성 산소종에 의한 산화적 손상의 정도의 차이가 노화의 속도를 결정하는 하나의 인자로 작용할 가능성 이 있을 것으로 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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