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Single-Molecule Imaging Reveals the Mechanism Underlying Histone Loading of Schizosaccharomyces pombe AAA+ ATPase Abo1

  • Kang, Yujin;Cho, Carol;Lee, Kyung Suk;Song, Ji-Joon;Lee, Ja Yil
    • Molecules and Cells
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    • 제44권2호
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    • pp.79-87
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    • 2021
  • Chromatin dynamics is essential for maintaining genomic integrity and regulating gene expression. Conserved bromodomain-containing AAA+ ATPases play important roles in nucleosome organization as histone chaperones. Recently, the high-resolution cryo-electron microscopy structures of Schizosaccharomyces pombe Abo1 revealed that it forms a hexameric ring and undergoes a conformational change upon ATP hydrolysis. In addition, single-molecule imaging demonstrated that Abo1 loads H3-H4 histones onto DNA in an ATP hydrolysis-dependent manner. However, the molecular mechanism by which Abo1 loads histones remains unknown. Here, we investigated the details concerning Abo1-mediated histone loading onto DNA and the Abo1-DNA interaction using single-molecule imaging techniques and biochemical assays. We show that Abo1 does not load H2A-H2B histones. Interestingly, Abo1 deposits multiple copies of H3-H4 histones as the DNA length increases and requires at least 80 bp DNA. Unexpectedly, Abo1 weakly binds DNA regardless of ATP, and neither histone nor DNA stimulates the ATP hydrolysis activity of Abo1. Based on our results, we propose an allosteric communication model in which the ATP hydrolysis of Abo1 changes the configuration of histones to facilitate their deposition onto DNA.

상등급과 등외등급 쇠고기의 기호특성 비교 (Comparison of the Palatability Related with Characteristics of Beef Carcass Grade B2 and D)

  • 문윤희;강세주;현재석;강희곤;정인철
    • 한국식품영양과학회지
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    • 제30권6호
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    • pp.1152-1157
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    • 2001
  • 도축 후 24시간 냉장한 상등급(B2 등급)과 등외등급(D 등급) 쇠고기 지육에서 등심부위를 분할하여 두 쪽으로 나누어 한 쪽은 랩으로 싸서 1일간 냉장하고, 다른 한 쪽은 500g씩 자르고 진공포장하여 30일간 냉장하여 전자는 신선육, 후자는 냉장육이라 하였다. 상등급육과등외등급육의 기호특성을 비교하고 등외등급육의 냉장효과를 알아보기 위하여 신선육과 냉장육의 색도, 연도, ATP 관련물질, 지방산 조성 및 관능평가에 대한 실험을 하였다. 신선육의 경우 상등급육이 등외등급육에 비하여 pH. 젖산함량, 미오글로빈 함량이 낮고 표면색이 우수하였다. 상등급육은 경도와 저작성이 낮으면서 근원섬유 소편화도가 높아 연한 현상을 보였다. 상등급육은 포화지방산 함량이 낮고 단일 불포화지방산에 대한 포화지방산의 비율(MUFA/SFA)과 ATP 함량이 높고, 생육향이 우수하였다. 상등급육은 가열감량 및 가열단축도가 낮은 반면 가열육의 기호성이 현저히 우수하였다. 등외등급육은 상등급육에 비해서 경도, 저작성, 근원섬유 소편화도 및 MUFA/SFA에 대한 냉장효과가 크게 나타났다. 그러나 냉장육의 연도, 가열육 향 그리고 기호성이 등외등급육에 비해 상등급육이 현저히 우수하였다.

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자궁내막증 환자와 대조군에서의 자궁내막 유전자 발현의 차이: Microarray를 이용한 연구 (Comparison of Gene Expression Profile in Eutopic Endometria with or without Endometriosis: A Microarray Study)

  • 정민지;정은정;이신제;김문규;전상식;이택후
    • Clinical and Experimental Reproductive Medicine
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    • 제34권1호
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    • pp.19-31
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    • 2007
  • 목 적: 자궁내막증은 자궁내부에 존재하여야 할 자금내막조직이 자궁 외에 존재하는 질환으로 그 발생기전은 아직 명확하게 밝혀져 있지 않다. 이에 저자들은 자궁내막증 환자와 정상 대조군의 자궁내막조직 간의 유전자 발현의 차이가 자궁내막증의 발병과 관련이 있을 것이라는 가정 하에 DNA microarray 기술을 도입하여 연구를 시행하였다. 연구방법: 2002년 1월부터 2002년 12월까지의 기간 동안 본원 산부인과에서 자궁내막증 환자와 자궁내막증 이외의 다른 부인과적 질환으로 수술을 시행한 환자들을 대상으로 채취한 자궁내막 조직으로 KNU 4.8K cDNA chip을 이용하여 유전자 발현을 비교 연구하였다. 유전자칩으로 자궁내막증 조직에서 발현의 증감을 보였던 유전자 중에서 8종의 유전자를 대상으르 RT-PCR이나 real time RT-PCR 법을 통하여 그 발현 양상을 검증하였다. 결 과: 자궁내막증에 이환된 여성의 자궁내막조직에서 대조군에 비하여 높게 발현되고 있는 것으로 나타난 유전자들은 ATP synthase H transporting F1 (ATP5B), eukaryotic translation elongation factor 1, isocitrate dehydrogenase 1 (NADP+), mitochondrial ribosomal protein L3, ATP synthase H+ trarsporting (ATP5C1), LPS induced TNF-$\alpha$ factor 등으로 세포의 에너지 생성과 대사과정 및 신호전달에 관여하는 유전자들이었다. 한편 자궁내막중 환자의 자궁내막조직에서 대조군에 비하여 낮게 발현된 유전자들은 insulin like growth factor II associated protein, EGF-containing fibulin-like EMP1, matrix Gla protein, TGF beta-induced, TGF beta receptor 1(activin A receptor type II-like kinase), cystallin alpha B, fibulin 5, tissue inhibitor of metalloproteinase 3, collage type XII, alpha 1, tissue inhibitor of metalloproteinase 1, decorin 등으로 세포외기질의 구성 및 기능에 관련이 있었다. 결 론: 이상의 DNA mirroarry 및 RT-PCR을 통해 얻어진 결과에서 자궁내막증의 자궁내막조직에서 대조군에 비하여 유전자들의 발현에 차이가 있음을 확인하였다.

Characterization of ATPase Activity of Free and Immobilized Chromatophore Membrane Vesicles of Rhodobacter sphaeroides

  • Kim, Hyeonjun;Tong, Xiaomeng;Choi, Sungyoung;Lee, Jeong K.
    • Journal of Microbiology and Biotechnology
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    • 제27권12호
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    • pp.2173-2179
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    • 2017
  • The intracytoplasmic membrane of Rhodobacter sphaeroides readily vesiculates when cells are lysed. The resulting chromatophore membrane vesicle (CMV) contains the photosynthetic machineries to synthesize ATP by ATPase. The light-dependent ATPase activity of CMV was lowered in the presence of $O_2$, but the activity increased to the level observed under anaerobic condition when the reaction mixture was supplemented with ascorbic acid (${\geq}0.5mM$). Cell lysis in the presence of biotinyl cap phospholipid (bcp) resulted in the incorporation of bcp into the membrane to form biotinylated CMV (bCMV), which binds to streptavidin resin at a ratio of approximately $24{\mu}g$ bacteriochlorophyll a/ml resin. The ATPase activity of CMV was not affected by biotinylation, but approximately 30% of the activity was lost by immobilization to resin. Interestingly, the remaining 70% of ATPase activity stayed constant during 7-day storage at $4^{\circ}C$. On the contrary, the ATPase activity of bCMV without immobilization gradually decreased to approximately 40% of the initial level in the same comparison. Thus, the ATPase activity of CMV is sustainable after immobilization, and the immobilized bCMV can be used repeatedly as an ATP generator.

Cooperativity of ${\alpha}$- and ${\beta}$-Subunits of Group II Chaperonin from the Hyperthermophilic Archaeum Aeropyrum pernix K1

  • Kim, Jeong-Hwan;Lee, Jin-Woo;Shin, Eun-Jung;Nam, Soo-Wan
    • Journal of Microbiology and Biotechnology
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    • 제21권2호
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    • pp.212-217
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    • 2011
  • ${\alpha}$ and ${\beta}$-subunits (ApCpnA and ApCpnB) are group II chaperonins from the hyperthermophilic archaeum Aeropyrum pernix K1, specialized in preventing the aggregation and inactivation of substrate proteins under conditions of transient heat stress. In the present study, the cooperativity of ${\alpha}$- and ${\beta}$-subunits from the A. pernix K1 was investigated. The ApCpnA and ApCpnB chaperonin genes were overexpressed in E. coli Rosetta and Codonplus (DE3), respectively. Each of the recombinant ${\alpha}$- and ${\beta}$-subunits was purified to 92% and 94% by using anionexchange chromatography. The cooperative activity between purified ${\alpha}$- and ${\beta}$-subunits was examined using citrate synthase (CS), alcohol dehydrogenase (ADH), and malate dehydrogenase (MDH) as substrate proteins. The addition of both ${\alpha}$- and ${\beta}$-subunits could effectively protect CS and ADH from thermal aggregation and inactivation at $43^{\circ}C$ and $50^{\circ}C$, respectively, and MDH from thermal inactivation at $80^{\circ}C$C and $85^{\circ}C$. Moreover, in the presence of ATP, the protective effects of ${\alpha}$- and ${\beta}$-subunits on CS from thermal aggregation and inactivation, and ADH from thermal aggregation, were more enhanced, whereas cooperation between chaperonins and ATP in protection activity on ADH and MDH (at $85^{\circ}C$) from thermal inactivation was not observed. Specifically, the presence of both ${\alpha}$- and ${\beta}$- subunits could effectively protect MDH from thermal inactivation at $80^{\circ}C$ in an ATP-dependent manner.

Ursolic acid improves the indoxyl sulfate-induced impairment of mitochondrial biogenesis in C2C12 cells

  • Sasaki, Yutaro;Kojima-Yuasa, Akiko;Tadano, Hinako;Mizuno, Ayaka;Kon, Atsushi;Norikura, Toshio
    • Nutrition Research and Practice
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    • 제16권2호
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    • pp.147-160
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    • 2022
  • BACKGROUND/OBJECTIVES: Patients with chronic kidney disease (CKD) have a high concentration of uremic toxins in their blood and often experience muscle atrophy. Indoxyl sulfate (IS) is a uremic toxin produced by tryptophan metabolism. Although an elevated IS level may induce muscle dysfunction, the effect of IS on physiological concentration has not been elucidated. Additionally, the effects of ursolic acid (UA) on muscle hypertrophy have been reported in healthy models; however, it is unclear whether UA ameliorates muscle dysfunction associated with chronic diseases, such as CKD. Thus, this study aimed to investigate whether UA can improve the IS-induced impairment of mitochondrial biogenesis. MATERIALS/METHODS: C2C12 cells were incubated with or without IS (0.1 mM) and UA (1 or 2 μM) to elucidate the physiological effect of UA on CKD-related mitochondrial dysfunction and its related mechanisms using real-time reverse transcription-polymerase chain reaction, western blotting and enzyme-linked immunosorbent assay. RESULTS: IS suppressed the expression of differentiation marker genes without decreasing cell viability. IS decreased the mitochondrial DNA copy number and ATP levels by downregulating the genes pertaining to mitochondrial biogenesis (Ppargc1a, Nrf1, Tfam, Sirt1, and Mef2c), fusion (Mfn1 and Mfn2), oxidative phosphorylation (Cycs and Atp5b), and fatty acid oxidation (Pdk4, Acadm, Cpt1b, and Cd36). Furthermore, IS increased the intracellular mRNA and secretory protein levels of interleukin (IL)-6. Finally, UA ameliorated the IS-induced impairment in C2C12 cells. CONCLUSIONS: Our results indicated that UA improves the IS-induced impairment of mitochondrial biogenesis by affecting differentiation, ATP levels, and IL-6 secretion in C2C12 cells. Therefore, UA could be a novel therapeutic agent for CKD-induced muscle dysfunction.

갑상선 호르몬이 잡견 폐장의 허혈-재관류 손상에 미치는 영향 (Effect of Thyroid Hormone on the Ischemia-Reperfusion Injury in the Canine Lung)

  • 김영태;성숙환
    • Journal of Chest Surgery
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    • 제32권7호
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    • pp.637-647
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    • 1999
  • 배경: 여러 장기의 생체 내 혹은 생체 외 실험에서 삼요드티로닌(triiodothyronine; T3)이 장기의 허혈-재관류 손상을 줄이는 효과가 있을 것으로 보고되고 있다. 이 연구에서는 삼요드티로닌을 투여하여 폐장 이식 초기 에 이식 실패의 가장 중요한 원인인 폐장 허혈-재관류 손상을 줄일 수 있을 것으로 가정하고 폐 허혈-재관류 손상을 평가할 수 있는 동물 실험 모델을 통하여 이를 증명하고자 하였다. 대상 및 방법: 체중 15~20 kg의 잡견 16마리를 무작위로 두 군으로 나눈 뒤, 대조군인 A군에는 식염 수를 정맥 주사하고 실험군인 B군에는 일측 폐 허혈 유발 전에 삼요드티로닌 $3.6\mu$g/kg을 정맥 주사하였으며 주사량 (ml)은 두 군에서 같게 하였다. 좌측 폐문부를 차단하여 좌측 폐 허혈을 100분간 유발시킨 후 재관류시켰고, 재관류 후 4시간 동안 우측 폐문부를 간헐적으로 차단하면서 좌측 폐의 가스 교환능, 혈역학적 변수, 호흡 역학적 변수를 측정하였다. 실 험 종료 후 폐 조직 일부를 생검하여 폐 조직 수분 함량, 지방 산화물(malonedialdehide; MDA)과 조직 내 ATP양을 측정하고, 광학 현미경 소견을 관찰하였다. 결과: 동맥혈 산소 분압은 두 군에서 모두 재관류 30분에 감소하였다가 서서히 회복하는 양상을 보였으며 재관류 30분에 A군은 $125\pm34$ mmHg, B군은 $252\pm44$ mmHg, 실험을 종료한 4시간에 A군은 $178\pm42$ mmHg, B군은 $330\pm37$ mmHg으로 전 과정을 통해 실험군인 B군에서 내내 높았다(p<0.05). 동맥혈 이산화탄소 분압, 폐혈관 저항, 기관내압 및 폐 탄성도 등 호흡 역학적 변수, 그리고 폐 조직 수분 함량은 두 군간에 차이가 없었다. 조직 내 MDA양은 A군$(0.53\pm0.05mu$M)에 비해 B군$(0.40\pm0.04\mu$M)에서 낮았다 (p<0.05). ATP양은 A군에서$0.48\pm0.07\mu$M/g, B군에서 $0.69\pm0.07\mu$M/g으로 B군에서 높았다(p<0.05). 폐 생검 조직의 광학 현미경 소견은 혈관 주위 호중구 침윤, 모세 혈관 출혈과 간질 내 울혈 등이 관찰되었고 두 군간의 차이는 없었다. 결론: 이상의 결과에서 삼요드티로닌이 폐장의 허혈-재관류 손상 후 산소 교환능을 개선시키고, 조직 내 지방 산화물의 생성을 줄이며 조직 ATP를 증가시킴으로써 이식폐 보존에 유용하게 이용될 수 있음을 입증하였다.

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