Aging is a complex series of multi-organ processes that occur in various organisms. As such, an in vivo study using an animal model of aging is necessary to define its exact mechanisms and identify anti-aging substances. Using Drosophila as an in vivo model system, we identified Crataegus pinnatifida extract (CPE) as a novel anti-aging substance. Regardless of sex, Drosophila treated with CPE showed a significantly increased lifespan compared to those without CPE. In this study, we also evaluated the involvement of CPE in aging-related biochemical pathways, including TOR, stem cell generation, and antioxidative effects, and found that the representative genes of each pathway were induced by CPE administration. CPE administration did not result in significant differences in fecundity, locomotion, feeding amount, or TAG level. These conclusions suggest that CPE is a good candidate as an anti-aging food substance capable of promoting a healthy lifespan.
The wild-type Corynebacterium glutamicum ATIC 13032 and Corynebacterium glutamicum ATTC 13032 lysC S301Y, exhibiting a deregulated aspartokinase, were compared concerning growth, lysine production, and intracellular carbon fluxes. Both strains differ by only one single nucleotide over the whole genome. In comparison to the wild-type, the mutant showed significant production of lysine with a molar yield of 0.087 mol (mol glucose$^{-1}$) whereas the biomass yield was reduced. The deregulation of aspartokinase further led to a global rearrangement of carbon flux throughout the whole central metabolism. This involved an increased flux through the pentose phosphate pathway (PPP) and an increased flux through anaplerosis. Because of this, the mutant revealed an enhanced supply of NADPH and oxaloacetate required for lysine biosynthesis. Additionally, the lumped flux through phosphoenolpyruvate carboxykinase and malic enzyme, withdrawing oxaloacetate back to the glycolysis and therefore detrimental for lysine production, was increased. The reason for this might be a contribution of malic enzyme to NADPH supply in the mutant in the mutant. The observed complex changes are remarkable, because they are due to the minimum genetic modification possible, the exchange of only one single nucleotide.
A family of signal transduction pathways known as wingless type (Wnt) signaling pathways is essential to developmental processes like cell division and proliferation. Mutation in Wnt signaling results in a variety of diseases, including cancers of the breast, colon, and skin, metabolic disease, and neurodegenerative disease; thus, the Wnt signaling pathways have been attractive targets for disease treatment. However, the complicatedness and large involveness of the pathway often hampers pinpointing the specific targets of the metabolic process. In our current study, we investigated the differential metabolic regulation by the overexpression of the Wnt signaling pathway in a timely-resolved manner by applying high-throughput and un-targeted metabolite profiling. We have detected and annotated 321 metabolite peaks from a total of 36 human embryonic kidney (HEK) 293 cells using GC-TOF MS and LC-Orbitrap MS. The un-targeted metabolomic analysis identified the radical reprogramming of a range of central carbon/nitrogen metabolism pathways, including glycolysis, TCA cycle, and glutaminolysis, and fatty acid pathways. The investigation, combined with targeted mRNA profiles, elucidated an explicit understanding of activated fatty acid metabolism (β-oxidation and biosynthesis). The findings proposed detailed mechanistic biochemical dynamics in response to Wnt-driven metabolic changes, which may help design precise therapeutic targets for Wnt-related diseases.
Isocarbophos is a widely used organophosphorus insecticide that has caused environmental pollution in many areas. However, degradation of isocarbophos by pure cultures has not been extensively studied, and the degradation pathway has not been determined. In this paper, a highly effective isocarbophos-degrading strain, scl-2, was isolated from isocarbophos-polluted soil. The strain scl-2 was preliminarily identified as Arthrobacter sp. based on its morphological, physiological, and biochemical properties, as well as 16S rDNA analysis. The strain scl-2 could utilize isocarbophos as its sole source of carbon and phosphorus for growth. One hundred mg/l isocarbophos could be degraded to a non detectable level in 18 h by scl-2 in cell culture, and isofenphos-methyl, profenofos, and phosmet could also be degraded. During the degradation of isocarbophos, the metabolites isopropyl salicylate, salicylate, and gentisate were detected and identified based on MS/MS analysis and their retention times in HPLC. Transformation of gentisate to pyruvate and fumarate via maleylpyruvate and fumarylpyruvate was detected by assaying for the activities of gentisate 1,2-dioxygenase (GDO) and maleylpyruvate isomerase. Therefore, we have identified the degradation pathway of isocarbophos in Arthrobacter sp. scl-2 for the first time. This study highlights an important potential use of the strain scl-2 for the cleanup of environmental contamination by isocarbophos and presents a mechanism of isocarbophos metabolism.
A series of Escherichia coli mutants were exmined for ability to convert glucose and ammonium salts into phenylalanine. This enabled the biochemical changes having major. effects on phenylaianine yield, and interactions between mutations, to be identified. Changes to the common pathway of aromatic biosynthesis having a major effects include desensitization of the first enzyme (3-deoxy-D-arabinoheptulosonate synthase) to end-product inhibition, and removal of repression of enzyme synthesis. It is suggested that the 3-deoxy-D-arabino-heptulosonate synthase Phe isoenzyme has a more important effect on yield. Similarly, removal of repression and end-product inhibition on the phenylalanine terminal pathway increased yield, and changes to both common and branch pathways were synergistic. Blockage of the typrosine and tryptophan pathways had minor effects on phenylalanine yield, and a mutation affecting aramatic amino acid transport (aroP) decreased yield. With multiple-mutation strains hish specific rates of product formation (ie 0.1-0.17g phenylalanine/g cells/h) were obtained.
Lee, Jisun;Jung, Ilseon;Choi, Ji Won;Lee, Chang Won;Cho, Sarang;Choi, Tae Gyu;Sohn, Minn;Park, Yong Il
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.29
no.5
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pp.704-712
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2019
Although nanometric dead Lactobacillus plantarum has emerged as a potentially important modulator of immune responses, its underlying mechanism of action has not been fully understood. This study aimed to identify the detailed biochemical mechanism of immune modulation by micronized and heat-treated L. plantarum LM1004 (MHT-LM1004, <$1{\mu}m$ in size). MHT-LM1004 was prepared from L. plantarum LM1004 via culture in a specifically designed membrane bioreactor and heat treatment. MHT-LM1004 was shown to effectively induce the secretion of $TNF-{\alpha}$ and IL-6 and the mRNA expression of inducible nitric oxide synthase (iNOS). MHT-LM1004 enhanced the expression of TLR-2, phosphorylation of MAPKs (ERK), and nuclear translocation of $NF-{\kappa}B$ in a dose-dependent manner. Oral administration of MHT-LM1004 ($4{\times}10^9$ or $4{\times}10^{11}cells/kg$ mouse body weight) increased the splenocyte proliferation and serum cytokine levels. These results suggested that MHT-LM1004 effectively enhances early innate immunity by activating macrophages via the TLR-2/MAPK/$NF-{\kappa}B$ signalling pathway and that this pathway is one of the major routes in immune modulation by the Lactobacillus species.
Kim, Soyeon;Park, Eunsuk;Lee, Tack-Kyun;Lee, Sukchan
Proceedings of the Korean Society of Plant Pathology Conference
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2003.10a
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pp.74.2-74
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2003
Arabidopsis infected with beet curly top virus (BCTV) has the systemic symptoms like stunting of Plant growth, curling of leaves and shoot tips, and callus induction. The regulation of sucrose metabolism by BCTV infection is essential for obtaining the energy source in the process of virus replication and symptom development. Sucrose metabolism-associated gene expression and biochemical enzyme activity were analyzed with the rossette leaves and inflorescencestems of BCTV infected Arabidopsis by the time course of 1, 7, 14, 21 day postinoculation. The expression of invertase and sucrose synthase genes ( encoding sucrose-cleaving enzymes )was increased and reversely the level of Atkin10a ( sucrose non-fermenting gene ) was decreased, resulting by semi-quantitative reverse transcription polymerase chain reaction. The biochemical analysis of invertase and sucrose synthase activity was performed. The activity of neutral invertase in the inflorescence stems was elevated remarkably. The photosynthetic response in the source of sucrose metabolism was consistent with the down-regulation of ribulose 1,5 bisphosphate carboxylase gene, and lower activity than mock-inoculated plants. The levels of genes pertaining to the cell cycle, hormone, and biotic stress-related pathway showed an increase or a decrease dependent on viral symptoms. Therefore, sucrose sensing by BCTV infection can regulate the expression of sucrose metabolism-related key enzymes such as invertase and Atkin10a, and these gene products might influence to symptom development.
Peter J. Facchini;Park, Sang-Un;David A. Bird;Nailish Samanani
Korean Journal of Plant Tissue Culture
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v.27
no.4
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pp.269-282
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2000
Benzylisoquinoline alkaloids are a diverse group of natural products that include many pharmacologically active compounds produced in a limited number of plant families. Despite their complexity, intensive biochemical research has extended our knowledge of the chemistry and enzymology of many important benzylisoquinoline alkaloid pathways, such as those leading to the analgesic drugs morphine and codeine, and the antibiotics sanguinarine and berberine. The use of cultured plant cells as an experimental system has facilitated the identification and characterization of more than 30 benzylisoquinoline alkaloid biosynthetic enzymes, and the molecular cloning of the genes that encode at least 8 of these enzymes. The recent expansion of biochemical and molecular technologies has creat-ed unique opportunities to dissect the mechanisms involved in the regulation of benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis in plants. Research has suggested that product accumulation is controlled by the developmental and inducible regulation of several benzylisoquinoline alkaloid biosynthetic genes, and by the subcellular compartmentation of biosynthetic enzymes and the intracellular localization and trafficking of pathway intermediates. In this paper, we review our current understanding of the biochemistry, cell biology, and molecular regulation of benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis in plants. We also summarize our own research activities, especially those related to the establishment of protocols for the genetic transformation of benzylisoquinoline alkaloid-producing species, and the development of metabolic engineering strategies in these plants.
Biofuel production using lignocellulosic biomass is gaining attention because it can be substituted for fossil fuels without competing with edible resources. However, because Saccharomyces cerevisiae does not have a ${\text\tiny{D}}$-xylose metabolic pathway, oxidoreductase or isomerase pathways must be introduced to utilize ${\text\tiny{D}}$-xylose from lignocellulosic biomass in S. cerevisiae. To elucidate the biochemical properties of xylose isomerase (XI) from Piromyces sp. E2 (PsXI), we determine its crystal structure in complex with substrate mimic glycerol. An amino-acid sequence comparison with other reported XIs and relative activity measurements using five kinds of divalent metal ions confirmed that PsXI belongs to class II XIs. Moreover kinetic analysis of PsXI was also performed using $Mn^{2+}$, the preferred divalent metal ion for PsXI. In addition, the substrate-binding mode of PsXI could be predicted with the substrate mimic glycerol bound to the active site. These studies may provide structural information to enhance ${\text\tiny{D}}$-xylose utilization for biofuel production.
Supaporn, Pansuwan;Ly, Hoang Vu;Kim, Seung-Soo;Yeom, Sung Ho
Environmental Engineering Research
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v.24
no.2
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pp.202-210
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2019
In order to maximize the utilization of sewage sludge, a waste from wastewater treatment facility, the residual sewage sludge generated after lipid and carbohydrate extraction for biodiesel and bioethanol production was used to produce bio-oil by pyrolysis. Thermogravimetric analysis showed that sludge pyrolysis mainly occurred between 200 and $550^{\circ}C$ (with peaks formed around 337.0 and $379.3^{\circ}C$) with the decomposition of the main components (carbohydrate, lipid, and protein). Bio-oil was produced using a micro-tubing reactor, and its yield (wt%, g-bio-oil/g-residual sewage sludge) increased with an increase in the reaction temperature and time. The maximum bio-oil yield of 33.3% was obtained after pyrolysis at $390^{\circ}C$ for 5 min, where the largest amount of energy was introduced into the reactor to break the bonds of organic compounds in the sludge. The main components of bio-oil were found to be trans-2-pentenoic acid and 2-methyl-2-pentenoic acid with the highest selectivity of 28.4% and 12.3%, respectively. The kinetic rate constants indicated that the predominant reaction pathway was sewage sludge to bio-oil ($0.1054min^{-1}$), and subsequently to gas ($0.0541min^{-1}$), rather than the direct conversion of sewage sludge to gas ($0.0318min^{-1}$).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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