• BMB Reports
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• 제52권8호
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• pp.502-507
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• 2019

Translation is a costly, but inevitable, cell maintenance process. To reduce unnecessary ATP consumption in cells, a fine-tuning mechanism is needed for both ribosome biogenesis and translation. Previous studies have suggested that the ribosome functions as a hub for many cellular signals such as ribotoxic stress response, mammalian target of rapamycin (mTOR), and ribosomal S6 kinase (RSK) signaling. Therefore, we investigated the relationship between ribosomes and mitogen-activated protein kinase (MAPK) activation under ribotoxic stress conditions and found that the activation of c-Jun N-terminal kinases (JNKs) was suppressed by ribosomal protein knockdown but that of p38 was not. In addition, we found that JNK activation is driven by the association of inactive JNK in the 80S monosomes rather than the polysomes. Overall, these data suggest that the activation of JNKs by ribotoxic stress is attributable to 80S monosomes. These 80S monosomes are active ribosomes that are ready to initiate protein translation, rather than polysomes that are already acting ribosomes involved in translation elongation.

• BMB Reports
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• 제53권12호
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• pp.658-663
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• 2020

The N-myc downstream regulated gene (NDRG) family members are dysregulated in several tumors. Functionally, NDRGs play an important role in the malignant progression of cancer cells. However, little is known about the potential implications of NDRG4 in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC). The aim of the current study was to elucidate the expression pattern of NDRG4 in PDAC and evaluate its potential cellular biological effects. Here, we firstly report that epigenetic-mediated silencing of NDRG4 promotes PDAC by regulating mitochondrial function. Data mining demonstrated that NDRG4 was significantly down-regulated in PDAC tissues and cells. PDAC patients with low NDRG4 expression showed poor prognosis. Epigenetic regulation by DNA methylation was closely associated with NDRG4 down-regulation. NDRG4 overexpression dramatically suppressed PDAC cell growth and metastasis. Further functional analysis demonstrated that up-regulated NDRG4 in SW1990 and Canpan1 cells resulted in attenuated mitochondrial function, including reduced ATP production, decreased mitochondrial membrane potential, and increased fragmented mitochondria. However, opposite results were obtained for HPNE cells with NDRG4 knockdown. These results indicate that hypermethylation-driven silencing of NDRG4 can promote PDAC by regulating mitochondrial function and that NDRG4 could be as a potential biomarker for PDAC patients.

• Animal Bioscience
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• 제35권11호
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• pp.1635-1648
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• 2022

Thermal stress due to extreme changes in the thermal environment is a critical issue in cattle production. Many previous findings have shown a decrease in feed intake, milk yield, growth rate, and reproductive efficiency of cattle when subjected to thermal stress. Therefore, selecting thermo-tolerant animals is the primary goal of the efficiency of breeding programs to reduce those adverse impacts. The recent advances in molecular genetics have provided significant breeding advantages that allow the identification of molecular markers in both beef and dairy cattle breeding, including marker-assisted selection (MAS) as a tool in selecting superior thermo-tolerant animals. Single-nucleotide polymorphisms (SNPs), which can be detected by DNA sequencing, are desirable DNA markers for MAS due to their abundance in the genome's coding and non-coding regions. Many SNPs in some genes (e.g., HSP70, HSP90, HSF1, EIF2AK4, HSBP1, HSPB8, HSPB7, MYO1A, and ATP1A1) in various breeds of cattle have been analyzed to play key roles in many cellular activities during thermal stress and protecting cells against stress, making them potential candidate genes for molecular markers of thermotolerance. This review highlights the associations of SNPs within these genes with thermotolerance traits (e.g., blood biochemistry and physiological responses) and suggests their potential use as MAS in thermotolerant cattle breeding.

• 생명과학회지
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• 제32권1호
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• pp.11-22
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• 2022

뇌 등 신경 조직에서 흥분성 신경전달물질의 일종인 글루탐산(glutamate)에 의해 유도되는 신경세포 독성에 N-methyl-D-aspartate (NMDA) 수용체가 중요하게 관여함은 잘 알려져 있다. 레스베라트롤(resveratrol)은 자연식품에서 얻어지는 가장 잘 알려진 폴리페놀(polyphenol)의 일종으로 글루탐산에 의해 유도되는 신경세포 독성을 완화하는 효과가 있는 것으로 보고되었으나 그 기전은 명확히 밝혀져 있지 않다. 본 연구에서는 NMDA를 처리한 HT-22 신경세포를 신경세포 독성 모델로 이용하여 미토콘드리아 손상에 미치는 레스베라트롤의 보호 효과와 그 기전을 연구하고자 하였다. NMDA를 처리한 HT-22 신경세포에서 MTT 환원능의 감소와 미토콘드리아 막전위의 소실, 세포 내 ATP 농도의 감소, 활성산소종 생성의 증가, 미토콘드리아 막 투과성의 증가(mitochondrial permeability transition) 등 미토콘드리아의 기능적, 형태학적 손상을 시사하는 지표 변화들이 관찰되었다. 또한 미토콘드리아 손상의 결과로 세포사멸(apoptosis)이 증가함도 확인하였다. 레스베라트롤은 NMDA에 의한 미토콘드리아 손상과 세포사멸을 현저히 방지하는 보호 효과를 보였다. 헴 산화효소-1(heme oxygenase-1) 활성 억제제인 아연 프로토포르피린-9(zinc protoporphyrin IX)을 전처리한 세포에서는 레스베라트롤의 보호 효과가 현저히 약화되었으며, 반면에 heme oxygenase-1 활성 촉진제인 코발트 프로토포르피린(cobalt protoporphyrin)과 빌리루빈(bilirubin)은 레스베라트롤과 유사한 보호 효과를 나타내었다. 실시간 정량중합효소연쇄반응(RT-qPCR) 검사와, 웨스턴 블롯(Western blot) 검사로 확인한 결과 레스베라트롤은 헴 산화효소-1의 mRNA와 단백 발현을 증가시킴을 확인할 수 있었다. 짧은 간섭 RNA (small interfering RNA)를 형질주입(transfection)하여 헴 산화효소-1의 발현을 일시적으로 차단(knock down)한 세포에서는 레스베라트롤의 보호 효과가 관찰되지 않았다. 이상의 결과를 종합하면 레스베라트롤은 NMDA를 처리한 HT-22 신경세포에서 미토콘드리아의 기능적, 형태학적 손상을 완화하여 신경세포 독성에 대한 보호 효과를 나타내며 그 기전에는 헴 산화효소-1의 발현 증가가 중요하게 작용함을 시사한다.

• 유기물자원화
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• 제23권1호
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• pp.70-81
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• 2015

Helicase는 NTP 결합의 화학적 에너지를 이용하여 이중가닥의 DNA와 RNA를 단일가닥으로 분해하여 다양한 생체반응에 기여하는 단백질로 알려져 있으며, 이 중 DEAD-box의 단백질은 주로 RNA와 관련된 대부분의 생화학적 반응에 작용하는 ATP 의존성 helicase로 알려져 있다. 또한 이 단백질 부류에 속하는 DEAD-box3 (DDX3) gene은 척추동물뿐만 아니라 무척추동물에서의 유성 생식과 무성 생식에서 생식세포 발달 및 재생과정 중 줄기세포 분화에 중요한 역할을 하는 인자로 알려져 있다. 이에 본 연구는 강한 재생능력을 가진 것으로 알려져 있는 팔딱이 지렁이(Perionyx excavatus)에서 DDX3 gene을 동정하고 그 발현양상을 알아보고자 환대를 포함하는 성체 지렁이의 두부를 절단하여 total RNA를 추출하고, 이를 주형으로 RT-PCR을 수행하여 full length의 DDX3 gene인 Pe-DDX3를 검출하였다. Pe-DDX3는 607개 아미노산 서열로 이루어져 있으며, DEAD-box 단백질 그룹 내에서 특이적으로 보존되어 있는 9개의 motif가 존재하고 있다. 다른 분류군에 속하는 동물들과의 multiple alignment를 통해 서열 내에 보존되어 있는 아미노산 서열을 확인할 수 있었으며, 아미노산 차원에서의 계통수 분석을 통해 DDX3 (PL10) 하부그룹에 속하는 것을 알 수 있었으며, 또한, 같은 그룹에 속하는 동물 중 P. dumerilii의 PL10a, b 단백질과 가장 가까운 유연관계를 확인 할 수 있었다.

• 생명과학회지
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• 제26권12호
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• pp.1470-1476
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• 2016

바이러스성 출혈성 패혈증 바이러스(VHSV)는 넙치를 포함한 어류 양식의 막대한 피해를 일으키는 바이러스 병원체이며, VHSV가 생성하는 6개의 바이러스 단백질들 중에서 NV 단백질이 병원성에 관여하는 것으로 알려져 있다. VHSV-감염 넙치를 이용한 전사체 마이크로 어레이의 선행 분석 결과에 의하면 VHSV 감염이 해당과정 효소들의 mRNA 발현을 억제함으로써 넙치 세포에서 ATP 생성을 감소시켰음을 알 수 있었다. 이들 결과를 토대로, 본 연구에서는 VHSV NV 단백질이 해당과정 효소인 glucokinase의 발현에 미치는 영향을 검토하였다. 본 연구의 결과에 의하면, NV 단백질은 넙치 세포에서 glucokinase의 mRNA 발현을 감소시켰으며, 새롭게 동정한 glucokinase의 유전자 프로모터의 활성 실험결과, NV 단백질이 glucokinase의 프로모터 활성을 저해함을 알 수 있었다. 이와 같은 작용 결과들로 인하여 VHSV NV 단백질의 발현이 세포 내로의 포도당 흡수 또한 감소시켰다. 이러한 결과들은 VHSV NV 단백질이 유전자 발현의 전사 수준에서 음성적으로 해당과정의 효소 발현을 조절함을 의미하며, 결국 세포 내 에너지의 결핍으로 넙치의 폐사로 이어질 가능성을 보여주는 것이다.

• Integrative Medicine Research
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• 제6권2호
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• pp.165-178
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• 2017

Background: Traditional Korean Sasang constitutional (SC) medicine categorizes individuals into four constitutional types [Tae-eum (TE), So-eum (SE), Tae-yang (TY), or So-yang (SY)] based on biological and physiological characteristics. As these characteristics are closely related to the bioenergetics of the human body, we assessed the correlation between SC type and energy metabolism features. Methods: Forty healthy, young ($22.3{\pm}1.4$ years) males volunteered to participate in this study. Participants answered an SC questionnaire, and their face shape, voice tone, and body shape were assessed using an SC analysis tool. Thirty-one participants (10 TE, 10 SE, 3 TY, and 8 SY) were selected for further analysis. Collected blood samples were subjected to blood composition analysis, mitochondrial function analysis, and whole-exome sequencing. Results: The SY type showed significantly lower total cholesterol and high-density lipoprotein cholesterol levels than the SE type. Cellular and mitochondrial Adenosine triphosphate (ATP) levels were similar across types. All types showed similar basal mitochondrial oxygen consumption rates, whereas the TE type showed a significantly lower ATP-linked oxygen consumption rate than the other types. Whole-exome sequencing identified several genes variants that were exclusively detected in particular SC types, including 19 for SE, seven for SY, 11 for TE, and six for TY. Conclusion: SC type-specific differences in mitochondrial function and gene mutations were detected in a small group of healthy, young Korean males. These results are expected to greatly improve the accurate screening and utilization of SC medicine.

• 한국동물생명공학회지
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• 제36권2호
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• pp.106-115
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• 2021

Sperm cryopreservation is an important method of assisted reproductive techniques and storing genetic resources. It plays a vital role in genetic improvement, livestock industrial preservation of endangered species, and clinical practice. Consequently, the cryopreservation technique is well organized through various studies, especially on Korean native cattle (Hanwoo). However, the cryopreservation technique of Korean native brindled cattle, which is one of the native cattle species in Korea, is not well organized. Therefore, it is necessary to develop a Supplementary Table technique for the cryopreservation of Korean native brindled cattle. For this purpose, it is important to first evaluate the quality of the currently produced cryopreserved sperm of Korean native brindled cattle. In this study, we randomly selected 72 individual Korean native brindled cattle semen samples collected from 8 different region research centers and used them to evaluate sperm functions. We focused on the quality evaluation of cryopreserved Korean native brindled cattle semen following the measurement of motion kinematics, capacitation status, intracellular ATP level, sperm motility, and cell viability. Then, the values of each of the eight groups were derived from various sperm parameters of nine individual samples, including sperm motility, kinematics, cellular motility, and intracellular ATP levels, which were used to compare and evaluate sperm function. Overall, differences in various sperm parameters were observed between most of the research centers. Particularly, the deviations of motility and motion kinematics were high according to the sample. Therefore, we suggest that it is necessary to develop a standard method for the cryopreservation of Korean native brindled cattle semen. We also suggest the need for sperm quality evaluation of the cryopreserved semen of Korean native brindled cattle before using artificial insemination to attain a high fertility rate.

• 한국응용곤충학회지
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• 제59권4호
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• pp.341-348
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• 2020

ATP-binding cassette (ABC) transporter는 다양한 기질을 세포 밖과 세포 안으로 수송하는 대표적인 수송단백질이다. 곤충에서 ABC transporter는 살충제에 대한 저항성을 발달시키는 중요한 역할을 한다. 현재까지 모델곤충인 초파리를 대상으로 ABC transporter의 살충제 교차저항성에 관한 연구는 많이 수행되어오지 않았다. 본 연구에서는 ABC transporter에 속하는 Mdr49A 유전자가 여섯 종류의 살충제에 보이는 교차저항성 기작을 형질전환 초파리를 이용하여 구명하였다. 초파리 91-R과 91-C 계통은 공통된 조상으로부터 유래되었으며 91-R은 60년 이상 DDT에 노출되었지만 91-C는 어떠한 살충제에도 노출되지 않고 유지되어 왔다. 91-R 계통의 MDR49A 단백질에서 유래된 3개의 아미노산 돌연변이를 형질전환 초파리에 과발현 시켰을 때 carbofuran에 대해서 2.0~6.7배 그리고 permethrin에 대해서 2.5~10.5배의 교차저항성을 나타낸 반면 다른 약제, abamectin, imidacloprid, methoxychlor, prothiofos에 대해서는 어떠한 교차저항성도 나타내지 않았다. 이상의 결과는 Mdr49A 유전자의 과발현과 더불어 3개의 아미노산 돌연변이는 두 개 약제, carbofuran과 permethrin에 대해 교차저항성 기능을 한다고 제시하고 있다.

• The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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• 제26권4호
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• pp.263-275
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• 2022

There is a paucity of detailed data related to the effect of senescence on the mitochondrial antioxidant capacity and redox state of senescent human cells. Activities of TCA cycle enzymes, respiratory chain complexes, hydrogen peroxide (H₂O₂), superoxide anions (SA), lipid peroxides (LPO), protein carbonyl content (PCC), thioredoxin reductase 2 (TrxR2), superoxide dismutase 2 (SOD2), glutathione peroxidase 1 (GPx1), glutathione reductase (GR), reduced glutathione (GSH), and oxidized glutathione (GSSG), along with levels of nicotinamide cofactors and ATP content were measured in young and senescent human foreskin fibroblasts. Primary and senescent cultures were biochemically identified by monitoring the augmented cellular activities of key glycolytic enzymes including phosphofructokinase, lactate dehydrogenase, and glycogen phosphorylase, and accumulation of H₂O₂, SA, LPO, PCC, and GSSG. Citrate synthase, aconitase, α-ketoglutarate dehydrogenase, succinate dehydrogenase, malate dehydrogenase, isocitrate dehydrogenase, and complex I-III, II-III, and IV activities were significantly diminished in P25 and P35 cells compared to P5 cells. This was accompanied by significant accumulation of mitochondrial H₂O₂, SA, LPO, and PCC, along with increased transcriptional and enzymatic activities of TrxR2, SOD2, GPx1, and GR. Notably, the GSH/GSSG ratio was significantly reduced whereas NAD⁺/NADH and NADP⁺/NADPH ratios were significantly elevated. Metabolic exhaustion was also evident in senescent cells underscored by the severely diminished ATP/ADP ratio. Profound oxidative stress may contribute, at least in part, to senescence pointing at a potential protective role of antioxidants in aging-associated disease.