The human genome contains approximately 13 orphan cytochrome P450 (P450, CYP) genes, of which the apparent function or substrate has not been identified. However, they seem to possess their own biological relevance in some tissues or developmental stages. Here, we characterized the heterologously expressed CYP2W1, an orphan P450 enzyme. The recombinant CYP2W1 protein containing a $6{\times}$(His)-tag at Nterminus has been expressed in Escherichia coli and purified. Expression level of CYP2W1 holoenzyme was around 500 nmol P450 holoenzyme per liter culture medium. The reduced CO difference spectrum of CYP2W1 showed a maximum absorption at 449 nm. CYP2W1 indicated the significant induction to bioactivate Trp-P-1, MeIQ, and IQ in E. coli DJ701 tester strain. However, the bioactivation of B[$\alpha$]P, and NNK by CYP2W1 was relatively low. The model structure of CYP2W1 suggested the characteristic P450 folds with the lengths and orientations of the individual secondary elements. The F-G loop is situated on the distal side of heme to accommodate the flexibility of active site of CYP2W1. These studies can provide useful information for the finding of its biological roles and structure-function relationships of an orphan CYP2W1 enzyme.
Nam, Kyong-Hee;Kim, Do Young;Shin, Hee Jae;Pack, In-Soon;Park, Jung-Ho;Yoon, Won Kee;Kim, Ho Bang;Kim, Chang-Gi
Korean Journal of Agricultural Science
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v.45
no.2
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pp.248-257
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2018
Overexpression of AtCYP78A7, a gene encoding a cytochrome P450 protein, has been reported to improve tolerance to drought stress in genetically modified (GM) rice (Oryza sativa L.). The aim of this study was to evaluate the potential allergenicity and acute oral toxicity of the AtCYP78A7 protein expressed in GM rice. Bioinformatics analysis of the amino acid sequence of AtCYP78A7 did not identify any similarities with any known allergens or toxins. It showed that no known allergen had more than a 35% amino acid sequence homology with the AtCYP78A7 protein over an 80 amino acid window or more than 8 consecutive identical amino acids. The gene encoding the AtCYP78A7 protein was cloned in the pGEX-4T-1 vector and expressed in E. coli. Then, the AtCYP78A7 protein was purified and analyzed for acute oral toxicity. The AtCYP78A7 protein was fed at a dose of 2,000 mg/kg body weight in mice, and the changes in mortalities, clinical findings, and body weight were monitored for 14 days after the dosing. Necropsy was carried out on day 14. The protein did not cause any adverse effects when it was orally administered to mice at 2000 mg/kg body weight. These results indicate that the AtCYP78A7 protein expressed in GM rice would not be a potential allergen or toxin.
The effect of polychlorinated biphenyls (PCB), phenol and biphenyl on the body, liver and kidney weights, and the activity of $\delta$-aminolevulinic acid dehydratase (ALAD), and the contents of microsomal cytochrome P-450, and hematocrit, TBAvalue. PCB (200 mg/kg), phenol (200 mg/kg), biphenyl (200 mg/kg), and biphenyl (100 mg/kg) added phenol (100 mg/kg) was treated orally to Sprague-Dawley rats for 3 days. In all treated groups, the body weights were decreased, while the weights of liver and kidney were increased in comparison with that of control group. The activity of $\delta$-ALAD was increased and hematocrit was decreased in PCB treated group, on the contrary biphenyl treated group was appeared opposite direction. The contents of microsomal cytochrome P-450 and concentration of protein were increased in all treated group. In biphenyl treated group and phenol treated group, TBA value was increased in both groups.
Extracellular capsidiol, sesquiterpenoid phytoalexin, in the medium of pepper (Capsicum annuum L.) suspension cells was not identified from control cells, but highly accumulated in the elicitor-induced cells within 6 hours after the addition of 0.05$\mu\textrm{g}$/$m\ell$ cellulase. Capsidiol production in elicitor-induced cells was markedly suppressed by cytochrome P450 inhibitors, such as ancymidol and ketoconazole demonstrating that biosynthesis of capsidiol is catalyzed by at least on hydroxylation enzyme in the biochemical pathway. Based on protein electrophoresis, two bands, 23.0kDa and 27.5kDa, were identified as newly synthesized polypeptides in the elicitor-induced suspension cells, suggesting that pepper cells which were subjected to elicitor treatment activate specific gene(s) for capsidiol biosynthesis in cultured cells.
Steroid $9{\alpha}$-hydroxylase is an enzyme found in nocardioform microorganisms which can utilize steroids as a sole carbon source. After fractional centrifugation of the cell homogenates, the enzyme activity in Nocardia and Rhodococcus was found in cytoplasmic membrane fraction. On the contrary, Mycobacterium had its 9.alpha.-hydroxylation activity in cytosolic fraction. To characterize the enzyme in these microorganisms, several potential inhibitors of 9.alpha.-hydroxylase were tested and the cofactor requirement for the same enzyme was also examined. The inhibitory effect of ferrous ion chelators indicated involvement of iron containing proteins in the 9.alpha.-hydroxylase system. On the other hand, metyrapone, an inhibitor known to be specific for cytochrome P450 interfered with the enzyme in Mycobacterium, but didn't inhibit the enzyme activity in Nocardia and Rhodococcus. While the $9{\alpha}$-hydroxylase system in Nocardia and Rhodococcus required NADPH, NADH was required as an election donor in Mycobacterium.
A series of organosulfur compounds were synthesized with the aim of developing chemopreventive compounds active against hepatotoxicity and chemical carcinogesis. 2-(Allylthio) prazine (2-AP) was effective in inhibiting cytochrome P450 2E1-mediated catalytic activities and protein expression, and in inducing microsomal epoxide hydrolase and major glutathione S-transferases. 2-AP reduced the hepatotoxicity caused by toxicant sand elevated cellular GSH content. Development of skin tumors, pulmonary adenoma and aberrant crypt foci in colon by various chemical carcinogens was inhibited by 2-AP pretreatment. Anticarcinogenic effects of 2-AP at the stage of initiation of tumors were also observed in the aflatoxin B1 ($AFB_1$)-induced three-step medium-term hepatocarcinogenesis model. Reduction of $AFB_1$-DNA adduct by 2-AP appeared to result from the decreased formation of $AFB_1$-8,9-epoxide via suppression of cytochrome P450, while induction of GST 2-AP increases the excretion of glutathione-conjugated $AFB_1$ . 2-AP was a radioprotective agent effective against the lethal dose of total body irradiation and reduced radiation-induced injury in association with the elevation of detoxifying gene expression. 2-AP produces reactive oxygen species in vivo, which is not mediated with the thiol-dependent production of oxidants and that NF-KB activation is not involved in the induction of the detoxifying enzymes. the mechanism of chemoprotection by 2-AP may involve inhibition of the P450-mediated metabolic activation of chemical carcinogens and enhancement of electrophilic detoxification through induction of phase II detoxification enzymes which would facilitate the clearance of activated metabolites through conjugation reaction.
Archaebacteria Sulfolobus acidocaldarius contains the highly thermophilic cytochrome P450 enzyme (CYP119). CYP119 possesses stable enzymatic activity at up to $85^{\circ}C$. However, this enzyme is still considered as an orphan P450 without known physiological function with endogenous or xenobiotic substrates. We characterized the regioselectivity of lauric acid by CYP119 using the auxiliary redox partner proteins putidaredoxin (Pd) and putidaredoxin reductase (PdR). Purified CYP119 protein showed a tight binding affinity to lauric acid ($K_d=1.1{\pm}0.1{\mu}M$) and dominantly hydroxylated (${\omega}-1$) position of lauric acid. We determined the steady-state kinetic parameters; $k_{cat}$ was 10.8 $min^{-1}$ and $K_m$, was 12 ${\mu}M$. The increased ratio to $\omega$-hydroxylated production of lauric acid catalyzed by CYP119 was observed with increase in the reaction temperature. These studies suggested that the regioselectivity of CYP119 provide the critical clue for the physiological enzyme function in this thermophilic archaebacteria. In addition, regioselectivity control of CYP119 without altering its thermostability can lead to the development of novel CYP119-based catalysts through protein engineering.
The modification of CYP2El activity is a matter of considerable interest because of its role in the metabolic activation of a variety of environmental toxicants. In the present study, the time-course of changes in human CYP2El activities was determined following treatment with solvents (acetone, dimethylsulphoxide or pyridine) using intact HepG2 cells transfected by human CYP2El. Hydroxylation of chlorzoxazone was used for the measurement of CYP2El activity. CYP2E1 protein level was increased upon cultivation of cells in the presence of the solvents for 24 hr. Determination of CYP2El activities after 24 ht cultivation with the solvents demonstrated that acetone or dimethylsulphoxide increased, whereas pyridine inhibited the activities. This differential effect of the solvents on CYP2El activities persisted to subsequent 24 ht. Competitive inhibition study suggested that pyridine has stronger binding affinity to CYP2E1 than acetone or dimethylsulphoxide. These results demonstrate that different binding affinity of the solvents to CYP2El plays important role in determining real CYP2El activity in intact cells after exposure to the solvents. Present study would be helpful in precise understanding of human CYP2El-mediated toxicity.
Overdoses of acetaminophen cause hepato-renal oxidative stress. The present study was undertaken to investigate the protective effect of a 43 kDa protein isolated from the herb Cajanus indicus, against acetaminophen-induced hepatic and renal toxicity. Male albino mice were treated with the protein for 4 days (intraperitoneally, 2 mg/kg body wt) prior or post to oral administration of acetaminophen (300 mg/kg body wt) for 2 days. Levels of different marker enzymes (namely, glutamate pyruvate transaminase and alkaline phosphatase), creatinine and blood urea nitrogen were measured in the experimental sera. Intracellular reactive oxygen species production and total antioxidant activity were also determined from acetaminophen and protein treated hepatocytes. Indices of different antioxidant enzymes (namely, superoxide dismutase, catalase, glutathione-S-transferase) as well as lipid peroxidation end-products and glutathione were determined in both liver and kidney homogenates. In addition, Cytochrome P450 activity was also measured from liver microsomes. Finally, histopathological studies were performed from liver sections of control, acetaminophen-treated and protein pre- and post-treated (along with acetaminophen) mice. Administration of acetaminophen increased all the serum markers and creatinine levels in mice sera along with the enhancement of hepatic and renal lipid peroxidation. Besides, application of acetaminophen to hepatocytes increased reactive oxygen species production and reduced the total antioxidant activity of the treated hepatocytes. It also reduced the levels of antioxidant enzymes and cellular reserves of glutathione in liver and kidney. In addition, acetaminophen enhanced the cytochrome P450 activity of liver microsomes. Treatment with the protein significantly reversed these changes to almost normal. Apart from these, histopathological changes also revealed the protective nature of the protein against acetaminophen induced necrotic damage of the liver tissues. Results suggest that the protein protects hepatic and renal tissues against oxidative damages and could be used as an effective protector against acetaminophen induced hepato-nephrotoxicity.
Ginsan, a polysaccharide isolated from Panax ginseng, has been shown to be a potent immunomodulator, producing a variety of cytokines such as TNF-a, IL-1$\beta$, IL-2, IL-6, IL-12, IFN-${\gamma}$ and GM-CSF, and stimulating lymphoid cells to proliferate. In the present study, we analyzed some immune functions 1$^{st}$-5$^{th}$ days after ginsan i.p. injection, including the level of non-protein thiols (NPSH) as antioxidants, heme oxygenase (HO) activity as a marker of oxidative stress, zoxazolamine-induced paralysis time and level of hepatic cytochrome P-450 (CYP450) as indices of drug metabolism system, and activities of serum aspartate aminotransferase (AST), alanine aminotransferase (ALT), alkaline phosphatase (ALP), total bilirubin, and albumin level as indicators of hepatotoxicity. Ginsan in the dose of 100 mg/kg caused marked elevation (1.7-2 fold) of HO activity, decrease of total CYP450 level (by 20-34%), and prolongation of zoxazolamine-induced paralysis time (by 65-70%), and showed some differences between male and female mice. Ginsan treatment did not seem to cause hepatic injury, since serum AST, ALT, and ALP activities and levels of total bilirubin and albumin were not changed.d.
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