Park, Ji-Young;Baek, Dong-Won;Nili, Mohammad;Kim, Jin-Kyu
Korean Journal of Environmental Biology
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v.29
no.4
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pp.258-264
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2011
Glutathione (GSH) has important roles in cellular defense against oxidative stress, 1) direct scavenging of reactive oxygen species (ROS), and 2) coenzyme of ROS scavenging enzyme like glutathione peroxidases (GPx). GSH peroxidase reduces free hydrogen peroxide to water using 2GSH. $N$-acetyl-L-cysteine (NAC), one of the antioxidants, is used as a precursor for intracellular GSH. In this study, relation of GSH, NAC, and GSH peroxidase was investigated through transcriptional expression of $GPX1$ and $GPX2$, which are GSH peroxidase encoding genes, in yeast cells treated with 0 mM to 20 mM of NAC or in combination with 100 Gy gamma-rays. The transcriptional expression of $GPX1$ and $GPX2$ was induced by NAC and 100 Gy gamma-rays. The gene expression of both GSH peroxidases was decreased with increasing concentrations of NAC in irradiated yeast cells. These results suggest that elevation of intracellular GSH by NAC and oxidative stress and ROS generated from gamma-rays induces expression of GSH peroxidase genes, and that NAC can protect the yeast cells against ROS generated from gamma-rays through direct scavenging of ROS and transcriptional activation of GSH peroxidase.
Nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) has been recognized as a transcription factor that controls mechanisms of cellular defense response by regulation of three classes of genes, including endogenous antioxidants, phase II detoxifying enzymes and transporters. Previous studies have revealed roles of Nrf2 in resistance to chemotherapeutic agents and high level expression of Nrf2 has been found in many types of cancer. At physiological concentrations, luteolin as a flavonoid compound can inhibit Nrf2 and sensitize cancer cells to chemotherapeutic agents. We reported luteolin loaded in phytosomes as an advanced nanoparticle carrier sensitized MDA-MB 231 cells to doxorubicin. In this study, we prepared nano phytosomes of luteolin to enhance the bioavailability of luteolin and improve passive targeting in breast cancer cells. Our results showed that cotreatment of cells with nano particles containing luteolin and doxorubicin resulted in the highest percentage cell death in MDA-MB 231cells (p<0.05). Furthermore, luteolin-loaded nanoparticles reduced Nrf2 gene expression at the mRNA level in cells to a greater extent than luteolin alone (p<0.05). Similarly, expression of downstream genes for Nrf2 including Ho1 and MDR1 were reduced significantly (p<0.05). Inhibition of Nrf-2 expression caused a marked increase in cancer cell death (p<0.05). Taken together, these results suggest that phytosome technology can improve the efficacy of chemotherapy by overcoming resistance and enhancing permeability of cancer cells to chemical agents and may thus be considered as a potential delivery system to improve therapeutic protocols for cancer patients.
Background : Although the pathophysiology of asthma has been reported, its mechanism has not been fully elucidated. The mast cell is an effector cells in allergic inflammation and secretes a number of chemokines. Chemokines are important for the recruitment of leukocytes to sites of infection, which is essential in host defense. Chemokines also contribute to the pathogenesis of several disorders such as asthma, chronic bronchitis, atopic dermatitis, allergic rhinitis, and rheumatoid arthritis. Objective : In this study, the aim was to identify the effect of Baekryunchihyo-tang(白蓮治哮湯) on expression of chemokines. This was examined by RT-PCR using the human mast cell line (HMC-l) Materials and Methods : HMC-l cells were used, which is known to secrete and express chemokines. In order to investigate the protective effect of Baekryunchihyo-tang(白蓮治哮湯), HMC-l cells were incubated with pretreatment of Baekryunchihyo-tang(白蓮治哮湯) for 24 hrs. RT-PCR analyses of chemokine genes of cells pretreated with Baekryunchihyo-tang(白蓮治哮湯) showed that expressions of IL-8, $MIP-l{\beta}$, and RANTES genes in these cells were lower and $MIP-l{\alpha}$ showed a similar pattern compared to the calcium ionophore-treated group. In addition, cell cytotoxicity concentration measurements were performed by MTT assay method. Results : After stimulation with 1 uM calcium ionophore A23178 for 2 hrs, IL-8, major one of CXC chemokines, was highly expressed, and expression of $MIP-l{\beta}$ and RANTES (CC chemokines) increased, while expression of $MIP-l{\alpha}$ did not change. The cell cytotoxicity of Baekryunchihyo-tang(白蓮治哮湯) with treatments at various concentrations and times was not observed, respectively. Conclusion : This study suggests that Baekryunchihyo-tang(白蓮治哮湯) has dose-dependent effects on mRNA expression of IL-8(CXC chemokines), $MIP-l{\beta}$ and RANTES(CC chemokines) in human mast cellline(HMC-l). So these herbal medicines may inhibit the inflammatory process of asthma. Advanced studies are required to investigate the mechanism of inhibition by herbal medicine in the asthma model. This study provides basic data on the possibility of the clinical treatment of Baekryunchihyo-tang(白蓮治哮湯) for allergic disorders.
Journal of The Korean Society of Grassland and Forage Science
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v.33
no.3
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pp.159-166
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2013
We have previously investigated the proteome changes of rice leaves under heat stress (Lee et al. in Proteomics 2007a, 7:3369-3383), wherein a group of antioxidant proteins and heat shock proteins (HSPs) were found to be regulated differently. The present study focuses on the biochemical changes and gene expression profiles of heat shock protein and antioxidant genes in rice leaves in response to heat stress ($42^{\circ}C$) during a wide range of exposure times. The results show that hydrogen peroxide and proline contents increased significantly, suggesting an oxidative burst and osmotic imbalance under heat stress. The mRNA levels of chaperone 60, HSP70, HSP100, chloroplastic HSP26, and mitochondrial small HSP responded rapidly and showed maximum expression after 0.5 or 2 h under heat stress. Transcript levels of ascorbate peroxidase (APX), dehydroascorbate reductase (DHAR) and Cu-Zn superoxide dismutase (Cu-Zn SOD) showed a rapid and marked accumulation upon heat stress. While prolonged exposure to heat stress resulted in increased transcript levels of monodehydroascorbate reductase, peroxidase, glyoxalase 1, glutathione reductase, thioredoxin peroxidase, 2-Cysteine peroxiredoxin, and nucleoside diphosphate kinase 1, while the transcription of catalase was suppressed. Consistent with their changes in gene expression, the enzyme activities of APX and DHAR also increased significantly following exposure to heat stress. These results suggest that oxidative stress is usually caused by heat stress, and plants apply complex HSP- and antioxidant-mediated defense mechanisms to cope with heat stress.
Park, Ji-Young;Baek, Dong-Won;Nili, Mohammad;Kim, Jin-Kyu
Korean Journal of Environmental Biology
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v.29
no.1
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pp.61-67
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2011
N-acetyl-L-cysteine (NAC) having a thiol, a precursor for glutathione (GSH), is known as one of the antioxidants. NAC used as a radioprotector against ionizing radiation (IR)-induced injury and damage. The aim of this study was to evaluate the radioprotective effects of NAC against IR-induced cell damage in Saccharomyces cerevisiae and the antioxidative effect of NAC on transcriptional level of yeast antioxidant enzyme genes such as superoxide dismutase (SOD) and catalase. In the present study, yeast cells were pretreated with various concentrations of NAC and/or irradiated with various doses of gamma rays. The cell viability was measured by counting the cell forming unit (CFU). The quantitative real-time PCR was performed for analysis of gene expression of SOD and catalase. The viability of irradiated cells was not improved by pretreatment with NAC. Ionizing radiation with 100 Gy highly induced the gene expression of antioxidant enzymes. In the irradiated group with NAC pretreatment, the gene expression of SOD and catalase was gradually reduced with the increased concentrations of NAC. These results indicate that NAC can act as a useful antioxidant to scavenge reactive oxygen species in vivo, but does not protect cells against IR-induced cell death in S. cerevisiae.
Lignin is a complex phenylpropanoid polymer abundant in the cell walls of vascular plants. It is mainly presented in conducting and supporting tissues, assisting in water transport and mechanical strength. Lignification is also utilized as a defense mechanism against pathogen infection or wounding to protect plant tissues. The monolignol precursors of lignin are synthesized by cinnamyl alcohol dehydrogenase (CAD). CAD catalyzes cinnamaldehydes to cinnamyl alcohols, such as p-coumaryl, coniferyl, and sinapyl alcohols. CAD exists as a multigenic family in angiosperms, and CAD isoforms with different functions have been identified in different plant species. Multiple isoforms of CAD genes are differentially expressed during development and upon environmental cues. CAD enzymes having different functions have been found so far, showing that one of its isoforms may be involved in developmental lignification, whereas others may affect the composition of defensive lignins and other wall-bound phenolics. Substrate specificity appears differently depending on the CAD isoform, which contributes to revealing the biochemical properties of CAD proteins that regulate lignin synthesis. In this review, details regarding the expression and regulation of the CAD family in lignin biosynthesis are discussed. The isoforms of the CAD multigenic family have complex genetic regulation, and the signaling pathway and stress responses of plant development are closely linked. The synthesis of monolignol by CAD genes is likely to be regulated by development and environmental cues as well.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2022.10a
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pp.202-202
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2022
Recently days, soybean production in paddy field is increasing, from 4,422 ha in 2016 to 10,658 ha in 2021 in Korea. It is easy for Phytophthora stem and root rot (PSR) occurring in paddy field condition, when it is poorly drained soils with a high clay content, and temporary flooding and ponding. Therefore PSR resistant soybean cultivar is required. The objective of this study is to identify QTL region and candidate genes relating to PSR resistance of the race in main soybean cultivation area in Korea. 210 soybean materials including cultivars and germplasm were used for inoculation and genome-wide association study (GWAS). Inoculation was conducted using stem-scar method with 2 replications in 2-year for the race 3053 from Kimje and 3617 from Andong. 210 materials were genotyped with Soya SNP 180K chip, and structure analysis and association mapping were conducted with QTLMAX V2. The results of inoculation showed that survival ratio ranged from 0% to 96.7% and mean 9.7% for 3053 and ranged from 0% to 100% and mean 7.6% for 3617. Structure analysis showed linkage disequillibrium (LD) was decayed below r2=0.5 at 335kb of SNP distance. Significant SNPs (LOD>7.0) were identified in Chr 1, 2, 3, 4, 5, 11, 14, 15 for 3053 and Chr 1, 2, 3, 7, 10, 14 for 3617. Especially, LD blocks (AX-90455181;15,056,628bp~AX-90475572;15,298,872bp) in Chr 2 for 3053 and 3067 were duplicated. 29 genes were identified on these genetic regions including Glyma.02gl47000 relating to ribosome recycling factor and defense response to fungus in Soybase.
Daniel Junpyo Lee;Ju Young Eor;Min-Jin Kwak;Junbeom Lee;An Na Kang;Daye Mun;Hyejin Choi;Minho Song;Jong Nam Kim;Jun-Mo Kim;Jungwoo Yang;Hyung Wook Kim;Sangnam Oh;Younghoon Kim
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.34
no.5
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pp.1109-1118
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2024
Probiotics, specifically Lacticaseibacillus rhamnosus, have garnered attention for their potential health benefits. This study focuses on evaluating the probiotic properties of candidate probiotics L. rhamnosus IDCC 3201 (3201) using the Caenorhabditis elegans surrogate animal model, a well-established in vivo system for studying host-bacteria interactions. The adhesive ability to the host's gastrointestinal tract is a crucial criterion for selecting potential probiotic bacteria. Our findings demonstrated that 3201 exhibits significantly higher adhesive capabilities compared with Escherichia coli OP50 (OP50), a standard laboratory food source for C. elegans and is comparable with the widely recognized probiotic L. rhamnosus GG (LGG). In lifespan assay, 3201 significantly increased the longevity of C. elegans compared with OP50. In addition, preconditioning with 3201 enhanced C. elegans immune response against four different foodborne pathogenic bacteria. To uncover the molecular basis of these effects, transcriptome analysis elucidated that 3201 modulates specific gene expression related to the innate immune response in C. elegans. C-type lectin-related genes and lysozyme-related genes, crucial components of the immune system, showed significant upregulation after feeding 3201 compared with OP50. These results suggested that preconditioning with 3201 may enhance the immune response against pathogens. Metabolome analysis revealed increased levels of fumaric acid and succinic acid, metabolites of the citric acid cycle, in C. elegans fed with 3201 compared with OP50. Furthermore, there was an increase in the levels of lactic acid, a well-known antimicrobial compound. This rise in lactic acid levels may have contributed to the robust defense mechanisms against pathogens. In conclusion, this study demonstrated the probiotic properties of the candidate probiotic L. rhamnosus IDCC 3201 by using multi-omics analysis.
Park, Hyeong Cheol;Chun, Hyun Jin;Kim, Min Chul;Lee, Sin Woo;Chung, Woo Sik
Journal of Plant Biotechnology
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v.47
no.2
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pp.157-163
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2020
Calmodulin (CaM) mediates cellular Ca2+ signals in the defense responses of plants. We previously reported that GmCaM-4 and 5 are involved in salicylic acid-independent activation of disease resistance responses in soybean (Glycine max). Here, we generated a GmCaM-4 cDNA construct under the control of the cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S promoter and transformed this construct into potato (Solanum tuberosum L.). The constitutive over-expression of GmCaM-4 in potato induced high-level expression of pathogenesis-related (PR) genes, such as PR-2, PR-3, PR-5, phenylalanine ammonia-lyase (PAL), and proteinase inhibitorII (pinII). In addition, the transgenic potato plants exhibited enhanced resistance against a bacterial pathogen, Erwinia carotovora ssp. Carotovora (ECC), that causes soft rot disease and showed spontaneous lesion phenotypes on their leaves. These results strongly suggest that a CaM protein in soybean, GmCaM-4, plays an important role in the response of potato plants to pathogen defense signaling.
Oryza grandiglumis Chitinase IVa (OgChitIVa) cDNA encoding a class IV chitinase was cloned from wild rice (Oryza grandiglumis). OgChitIVa cDNA contains an open reading frame of 867 nucleotides encoding 288 amino acid residues with a predicted molecular weight of 30.4 kDa and isoelectric point of 8.48. Deduced amino acid sequences of OgChitIVa include the signal peptide and chitin-binding domain in the N-terminal domain and conserved catalytic domain. OgChitIVa showed significant similarity at the amino acid level with related monocotyledonous rice and maize chitinase, but low similarity with dicotyledoneous chitinase. Southern blot analysis showed that OgChitIVa genes are present as two copies in the wild rice genome. It was shown that RNA expression of OgChitIVa was induced by defense/stress signaling chemicals, such as jasmonic acid, salicylic acid, and ethephon or cantharidin and endothall or wounding, and yeast extract. It was demonstrated that overexpression of OgChitIVa in Arabidopsis resulted in mild resistance against the fungal pathogen, Botrytis cinerea, by lowering disease rate and necrosis size. RT-PCR analysis showed that PR-1 and PR-2 RNA expression was induced in the transgenic lines. Here, we suggest that a novel OgChitIVa gene may play a role in signal transduction process in defense response against B. cinerea in plants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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