프로테오믹스 기법을 이용하여 벼 저온 스트레스 관련 단백질을 분리 동정하기 위하여 저온 처리한 벼로부터 단백질을 분리하였다. 분리한 단백질로부터 Rubisco 단백질을 제거하기 위해 $15\%$ PEG fractionation을 실시한 후 $15\%$ PEG 상등액과 pellet 분획을 각각 이차원전기 영동으로 단백질을 분석하였고, MALDI-TOF MS를 이용하여 단백질을 동정하였다. $15\%$ PEG 상등액에서 8개의 단백질 spot이 증가하였고 10개의 spot 이 감소하였다. 증가한 8개 단백질 spot 중에서 epimerase/dehydratase, fructokinase, ribose-5-phosphate isomerase (Rpi), chaperonin 21 precursor, photosystem II oxygen-envolving complex (PS II OEC) protien 2 precursor, thioredoxin h-type (Trx-h) 등 6개의 단백질이 확인되어졌다. $15\%$ PEG pellet 분획에서 13개의 단백질 spot이 증가하였고 14 spot이 감소하였으며, 증가한 13개 단백질 spot중에서 OSJNB b059K02.15, hypothetical protein, mitogen-activated protein kinase kinase (MAPKK), 20S proteasome beta 7 subunit, Rubisco small subunit 등 5개의 단백질이 확인되어졌다. 확인되어진 단백질들은 기능별로 분류해 본 결과, 세포대사관련 단백질, energy 생성에 관련된 단백질, 산화환원 조절관련 단백질, 식물 병 방어관련, 단백질 합성 및 신호전달 관련 단백질 등으로 분류되었다. 이들 중 RPi와 MAPKK가 저온 스트레스에 의해 발현되는 것이 본 실험의 프로테옴 분석을 통하여 최초로 동정되었다.
The "stage albinism line of winter wheat" FA85 was a specific natural mutant strain on leaf color. This physiological mutation was controlled by cytogene. In order to reveal the genetic and biochemical mechanism of albinism, 2-DE was used to investigate the difference of chloroplast protein expression pattern between FA85 and its parent wheat Aibian 1. From the results of 2-DE gels analysis, approximately 683 spots were detected on each gel, and 57 spots were expressed differently at least two-fold. Using MALDI-TOF/TOF MS, 14 of 57 spots were identified, which could be categorized into four classes: carbon metabolism, energy metabolism, defense/stress response and signal transduction. Compared with the parent wheat, the expression of ATPase-$\gamma$ and GP1-$\alpha$ was up-regulated in FA85, and of other proteins was down-regulated. Together, we concluded that the expression of chloroplast proteins had changed obviously in FA85, which might be related to the leaf color mutant.
We evaluated the response to salt stress of two different ginseng lines, STG3134 and STG3159, which are sensitive and tolerant, respectively, to salt treatment. Plants were exposed to a 5 dS/m salt solution, and chlorophyll fluorescence was measured. STG3134 ginseng was more sensitive than STG3159 to salt stress. To characterize the cellular response to salt stress in the two different lines, changes in protein expression were investigated using a proteomic approach. Total protein was extracted from detached salt-treated leaves of STG3134 and STG3159 ginseng, and then separated by two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis(2-DE). Approximately 468 protein spots were detected by 2-DE and Coommassie brilliant blue staining. Twenty-two proteins were found to be reproducibly up- or down-regulated in response to salt stress. Among these proteins, twelve were identified using MALDI-TOF MS and ESI-Q-TOF and classified into several functional groups: photosynthesis-related proteins(oxygen-evolving enhancer proteins 1 and 2, rubisco and rubisco activase), detoxification proteins(polyphenol oxidase) and defense proteins($\beta$-1,3-glucanase, ribonuclease-like storage protein, and isoflavone reductase-like protein). The protein levels of ribonuclease-like storage protein, which was highly induced in STG3159 ginseng as compared to STG3134, correlated tightly with mRNA transcript levels, as assessed by reverse-transcription(RT)-PCR. Our results indicate that salinity induces changes in the expression levels of specific proteins in the leaves of ginseng plants. These changes may, in turn, playa role in plant adaptation to saline conditions.
Roy, Swapan Kumar;Kwon, Soo Jeong;Cho, Seong-Woo;Kamal, Abu Hena Mostafa;Kim, Sang-Woo;Sarker, Kabita;Jeong, Hae-Ryong;Lee, Moon-Soon;Chung, Keun-Yook;Woo, Sun-Hee
한국작물학회:학술대회논문집
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한국작물학회 2017년도 9th Asian Crop Science Association conference
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pp.128-128
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2017
Copper (Cu) is very toxic to plant cells due to its inhibitory effects on many physiological and biochemical processes. In spite of its potential physiological and economic significance, molecular characterization after Cu stress has so far been grossly overlooked in sorghum. To explore the molecular alterations that occur in response to copper stress, the present study was executed in ten-day-old Cu-exposed leaves of sorghum seedlings. The growth of shoots was markedly reduced, and ionic alterations were prominently observed in the leaves when the seedlings were exposed to different concentrations (0, 100, and $150{\mu}M$) of $CuSO_4$. Using two-dimensional gels with silver staining, 643 differentially expressed protein spots (${\geq}1.5-fold$) were identified as either significantly increased or reduced in abundance. Of these spots, a total of 24 protein spots (${\geq}1.5-fold$) from Cu-exposed sorghum leaves were successfully analyzed by MALDI-TOF-TOF mass spectrometry. Of the 24 differentially expressed proteins from Cu-exposed sorghum leaves, a total of 13 proteins were up-regulated, and 11 proteins were down-regulated. The abundance of most identified protein species, which function in carbohydrate metabolism, stress defense, and protein translation, was significantly enhanced, while that of another protein species involved in energy metabolism, photosynthesis and growth and development were severely reduced. The resulting differences in protein expression patterns together with related morpho-physiological processes suggested that these results could help to elucidate plant adaptation to Cu stress and provide insights into the molecular mechanisms of Cu responses in $C_4$ plants. The over-expression of GAPDH plays a significant role in assisting Sorghum bicolor to attenuate the adverse effects of oxidative stress caused by Cu, and the proteins involved in resistance to stress helped the sorghum plants to tolerate high levels of Cu.
Background: Continuous exposure to high temperatures can lead to heat stress. This stress response alters the expression of multiple genes and can contribute to the onset of various diseases. In particular, heat stress induces oxidative stress by increasing the production of reactive oxygen species. The liver is an essential organ that plays a variety of roles, such as detoxification and protein synthesis. Therefore, it is important to protect the liver from oxidative stress caused by heat stress. Korean ginseng has a variety of beneficial biological properties, and our previous studies showed that it provides an effective defense against heat stress. Methods: We investigated the ability of Korean Red Ginseng and Korean black ginseng extracts (JP5 and BG1) to protect against heat stress using a rat model. We then confirmed the active ingredients and mechanism of action using a cell-based model. Results: Heat stress significantly increased gene and protein expression of oxidative stress-related factors such as catalase and SOD2, but treatment with JP5 (Korean Red Ginseng extract) and BG1 (Korean black ginseng extract) abolished this response in both liver tissue and HepG2 cells. In addition, JP5 and BG1 inhibited the expression of inflammatory proteins such as p-NF-κB and tumor necrosis factor alpha-α. In particular, JP5 and BG1 decreased the expression of components of the NLRP3 inflammasome, a key inflammatory signaling factor. Thus, JP5 and BG1 inhibited both oxidative stress and inflammation. Conclusions: JP5 and BG1 protect against oxidative stress and inflammation induced by heat stress and help maintain liver function by preventing liver damage.
The antioxidant responsive element (ARE) is a cis-acting regulatory element of genes encoding phase II detoxification enzymes and antioxidant proteins, such as NAD(P)H: quinone oxidoreductase 1, glutathione S-transferases, and glutamate-cysteine ligase. Interestingly, it has been reported that Nrf2 (NF-E2-related factor 2) regulates a wide array of ARE-driven genes in various cell types. Nrf2 is a basic leucine zipper transcription factor, which was originally identified as a binding protein of locus control region of ss-globin gene. The DNA binding sequence of Nrf2 and ARE sequence are very similar, and many studies demonstrated that Nrf2 binds to the ARE sites leading to up-regulation of downstream genes. The function of Nrf2 and its downstream target genes suggests that the Nrf2-ARE pathway is important in the cellular antioxidant defense system. In support of this, many studies showed a critical role of Nrf2 in cellular protection and anti-carcinogenicity, implying that the Nrf2-ARE pathway may serve as a therapeutic target for neurodegenerative diseases and cancers, in which oxidative stress is closely implicated.
Lu, Zhen-Xiang;Gaudet, Denis A.;Frick, Michele;Puchalski, Byron;Genswein, Bernie;Laroche, Andre
BMB Reports
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제38권4호
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pp.420-431
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2005
The differentially virulent race T1 of common bunt (Tilletia tritici) was used to inoculate the wheat lines Neepawa (compatible) and its sib BW553 (incompatible) that are nearly isogenic for the Bt-10 resistance gene. Inoculated crown tissues were used to construct a suppression subtractive hybridization (SSH) cDNA library. Of the 1920 clones arrayed from the SSH cDNA library, approximately 10% were differentially regulated. A total of 168 differentially up-regulated and 25 down-regulated genes were identified and sequenced; 71% sequences had significant homology to genes of known function, of which 59% appeared to have roles in cellular metabolism and development, 24% in abiotic/biotic stress responses, 3% involved in transcription and signal transduction responses. Two putative resistance genes and a transcription factor were identified among the up regulated sequences. The expression of several candidate genes including a lipase, two non-specific lipid transfer proteins (ns-LTPs), and several wheat pathogenesis-related (PR)-proteins, was evaluated following 4 to 32 days post-inoculation in compatible and incompatible interactions. Results confirmed the higher overall expression of these genes in resistant BW553 compared to susceptible Neepawa, and the differential up-regulation of wheat lipase, chitinase and PR-1 proteins in the expression of the incompatible interaction.
밭작물 중의 하나인 수수의 재배기간 중 장기간 지속되는 토양의 과습 상태는 수수의 생장 저하를 야기하는 요소로서 작용한다. 수수 잎을 이용한 수수의 3엽기, 5엽기 과습 처리시의 단백질을 동정한 결과 74개의 단백질들을 동정하였다. LTQ-FI-ICR MS로 분석한 결과 carbohydrate metabolic process, metabolic process, cellular metabolic compound salvage와 관련된 단백질들이 약50% 정도를 차지하며, 과습 스트레스를 받을 때 영향을 미치는 것으로 보였다. Carbohydrate metabolic process와 관련된 malate dehydrogenase 단백질과 glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase 단백질은 과습 스트레스를 받았을 경우 3엽기와 5엽기 모두 단백질 발현양이 증가하였다. 이러한 단백질들은 과습 스트레스에 대한 antistress 기능을 하는 단백질로 알려져 있는데, 과습 스트레스에 반응하여 해당 단백질들의 발현양이 증가한 것으로 사료된다. 광합성과 관련된 oxygen-evolving enhancer protein 1 단백질은 대조구에서 보다 처리구에서 발현양이 다소 증가한 것을 볼 수 있었다. 또한, 3엽기에 비해서 5엽기에서 발현양이 증가한 것을 확인할 수 있었다. Response to oxidative stress와 관련된 probable phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase 단백질과 superoxide dismutase 단백질 모두5엽기 처리구에서 가장 많은 발현량을 보였다. 이는 과습 스트레스에 의한 활성산소 발생이 5엽기 처리구에서 가장 많았고, 이에 따라 항산화방어기작을 하는 단백질의 발현이 증가한 것으로 여겨졌다.
Park, Hyo-Jin;Park, Jae-Young;Kim, Jin-Woo;Yang, Seul-Gi;Jung, Jae-Min;Kim, Min-Ji;Park, Joung Jun;Koo, Deog-Bon
한국발생생물학회지:발생과생식
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제21권4호
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pp.407-415
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2017
In the present study, we investigated the role of binding immunoglobulin protein/glucose-regulated protein, 78-kDa (BIP/GRP78)-regulated endoplasmic reticulum (ER)-stress on meiotic maturation and cumulus cells expansion in porcine cumulus-oocyte complexes (COCs). Previously, it has been demonstrated that unfolded protein response (UPR)-related genes, such as molecules involved in ER-stress defense mechanisms, were expressed in matured oocytes and cumulus cells during in vitro maturation (IVM) of porcine oocytes. However, BIP/GRP78-mediated regulation of ER stress in porcine oocytes has not been reported. Firstly, we observed the effects of knockdown of BIP/GRP78 (an UPR initiation marker) using porcine-specific siRNAs (#909, #693, and #1570) on oocyte maturation. Among all siRNAs, siRNA #693 significantly reduced the protein levels of UPR marker proteins (BIP/GRP78, ATF4, and P90ATF6) in porcine COCs observed by Western blotting and immunofluorescence analysis. We also observed that the reduction of BIP/GRP78 levels by siRNA#693 significantly inhibited the meiotic maturation of oocytes (siRNA #693: $32.5{\pm}10.1%$ vs control: $77.8{\pm}5.3%$). In addition, we also checked the effect of ER-stress inhibitors, tauroursodeoxycholic acid (TUDCA, $200{\mu}M$) and melatonin ($0.1{\mu}M$), in BIP/GRP78-knockdown oocytes. TUDCA and melatonin treatment could restore the expression levels of ER-stress marker proteins (BIP/GRP78, $p-eIF2{\alpha}$, $eIF2{\alpha}$, ATF4, and P90ATF6) in siRNA #693-transfected matured COCs. In conclusion, these results demonstrated that BIP/GRP78-mediated regulation of UPR signaling and ER stress plays an important role in in vitro maturation of porcine oocytes.
Mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling cascades play critical roles in various cellular events in plants, including stress responses, innate immunity, hormone signaling, and cell specificity. MAPK-mediated stress signaling is also known to negatively regulate nitrogen-fixing symbiotic interactions, but the molecular mechanism of the MAPK signaling cascades underlying the symbiotic nodule development remains largely unknown. We show that the MtMKK5-MtMPK3/6 signaling module negatively regulates the early symbiotic nodule formation, probably upstream of ERN1 (ERF Required for Nodulation 1) and NSP1 (Nod factor Signaling Pathway 1) in Medicago truncatula. The overexpression of MtMKK5 stimulated stress and defense signaling pathways but also reduced nodule formation in M. truncatula roots. Conversely, a MAPK specific inhibitor, U0126, enhanced nodule formation and the expression of an early nodulation marker gene, MtNIN. We found that MtMKK5 directly activates MtMPK3/6 by phosphorylating the TEY motif within the activation loop and that the MtMPK3/6 proteins physically interact with the early nodulation-related transcription factors ERN1 and NSP1. These data suggest that the stress signaling-mediated MtMKK5/MtMPK3/6 module suppresses symbiotic nodule development via the action of early nodulation transcription factors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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