The field of cytochrome P450 pharmacogenomics has progressed rapidly during the past 25 years. Recently, conjugating enzymes including sulfotransferase, acetyltransferase, glucuronosyltransferase and glutathione transferase have been also extensively studied. All the major human drug-metabolizing P450 enzymes and some conjugating enzymes have been identified and cloned, and the major gene variants that cause inter-individual variability in drug response and are related to adverse drug reactions have been identified. This information now provides the basis for the use of predictive pharmacogenomics to yield drug therapies that are more efficient and safer. Today, we understand which drugs warrant dosing based on pharmacogenomics to improve drug treatment. It is anticipated that genotyping could be used to personalize drug treatment for vast numbers of subjects, decreasing the cost of drug treatment and increasing the efficacy of drugs and health in general. It is assumed that such personalized P450 gene-based treatment which is so-called tailor(order)-made drug therapy would be relevant for 10-20% of all drug therapy in the future.
The study of the genus Streptomyces is of particular interest because it produces a wide array of clinically important bioactive molecules. The genomic sequencing of many Streptomyces species has revealed unusually large numbers of cytochrome P450 genes, which are involved in the biosynthesis of secondary metabolites. Many macrolide biosynthetic pathways are catalyzed by a series of enzymes in gene clusters including polyketide and non-ribosomal peptide synthesis. In general, Streptomyces P450 enzymes accelerate the final, post-polyketide synthesis steps to enhance the structural architecture of macrolide chemistry. In this review, we discuss the major Streptomyces P450 enzymes research focused on the biosynthetic processing of macrolide therapeutic agents, with an emphasis on their biochemical mechanisms and structural insights.
Psychrophiles have evolved to produce cold-adapted enzymes to enable survival in low-temperature environments. In this study, the cold adaptation of 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (CpsEPSPS) from Colwellia psychrerythraea, a model psychrophile, was analyzed. The optimum temperature for the activity of CpsEPSPS was found to be 25℃, with 35% activity remaining at 5℃. However, the unfolding temperature of CpsEPSPS was 54℃. This phenomenon is frequently observed in cold-active enzymes. As is the cases for most cold-active enzymes, the Km values of CpsEPSPS for its substrates were higher than those of Escherichia coli EPSPS. These results indicate that CpsEPSPS is cold-adapted, but not perfectly.
Drug-drug interactions are a major cause of hospitalization and deaths related to drug use. A large fraction of these is due to inhibition of enzymes involved in drug metabolism and transport, particularly cytochrome P450 (P450) enzymes. Understanding basic mechanisms of enzyme inhibition is important, particularly in terms of reversibility and the use of the appropriate parameters. In addition to drug-drug interactions, issues have involved interactions of drugs with foods and natural products related to P450 enzymes. Predicting drug-drug interactions is a major effort in drug development in the pharmaceutical industry and regulatory agencies. With appropriate in vitro experiments, it is possible to stratify clinical drug-drug interaction studies. A better understanding of drug interactions and training of physicians and pharmacists has developed. Finally, some P450s have been the targets of drugs in some cancers and other disease states.
Kim, In-Jung;Ko, Kyong-Cheol;Nam, Tae-Sik;Kim, Yu-Wang;Chung, Won-Il;Kim, Chan-Shick
Journal of Microbiology
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제41권3호
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pp.212-218
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2003
Citrus phytoene synthase (CitPsy) and ${\beta}$-carotene hydroxylase (CitChx), which are involved in caroteinoid biosynthesis, are distantly related to the corresponding bacterial enzymes from the point of view of amino acid sequence similarity. We investigated these enzyme activities using Pantoea ananatis carotenoid biosynthetic genes and Escherichia coli as a host cell. The genes were cloned into two vector systems controlled by the T7 promoter. SDS-polyacrylamide gel electrophoresis showed that CitPsy and CitChx proteins are normally expressed in E. coli in both soluble and insoluble forms. In vivo complementation using the Pantoea ananatis enzymes and HPLC analysis showed that ${\beta}$-carotene and zeaxanthin were produced in recombinant E. coli, which indicated that the citrus enzymes were functionally expressed in E. coli and assembled into a functional multi-enzyme complex with Pantoea ananatis enzymes. These observed activities well matched the results of other researchers on tomato phytoene synthase and Arabidopsis and pepper ${\beta}$-carotene hydroxylases. Thus, our results suggest that plant carotenoid biosynthetic enzymes can generally complement the bacterial enzymes and could be a means of carotenoid production by molecular breeding and fermentation in bacterial and plant systems.
The rumen microbial ecosystem is coming to be recognized as a rich alternative source of genes for industrially useful enzymes. Recent advances in biotechnology are enabling development of novel strategies for effective delivery and enhancement of these gene products. One particularly promising avenue for industrial application of rumen enzymes is as feed supplements for nonruminant and ruminant animal diets. Increasing competition in the livestock industry has forced producers to cut costs by adopting new technologies aimed at increasing production efficiency. Cellulases, xylanases, ${\beta}$-glucanases, pectinases, and phytases have been shown to increase the efficiency of feedstuff utilization (e.g., degradation of cellulose, xylan and ${\beta}$-glucan) and to decrease pollutants (e.g., phytic acid). These enzymes enhance the availability of feed components to the animal and eliminate some of their naturally occurring antinutritional effects. In the past, the cost and inconvenience of enzyme production and delivery has hampered widespread application of this promising technology. Over the last decade, however, advances in recombinant DNA technology have significantly improved microbial production systems. Novel strategies for delivery and enhancement of genes and gene products from the rumen include expression of seed proteins, oleosin proteins in canola and transgenic animals secreting digestive enzymes from the pancreas. Thus, the biotechnological framework is in place to achieve substantial improvements in animal production through enzyme supplementation. On the other hand, the rumen ecosystem provides ongoing enrichment and natural selection of microbes adapted to specific conditions, and represents a virtually untapped resource of novel products such as enzymes, detoxificants and antibiotics.
It has been found that various stress challenges induce the myocardial antioxidant enzymes and produce an acquisition of the cellular resistance to the ischemic injury in animal hearts. Most of the stresses, however, seem to be guite dangerous to an animal's life. In the present study, therefore, we tried to search for safely applicable stress modalities which could lead to the induction of antioxidant enzymes and the production of myocardial tolerance to the ischemia-reperfusion injury. Male Sprague-Dawley rats (200-250 g) were exposed to various non-fatal stress conditions, i.e., hyperthermia (environmental temperature of $42^{\circ}C$ for 30 min, non-anesthetized animal), iramobilization (60 min), treadmill exercise (20 m/min, 30min), swimming (30 min), and hyperbaric oxyflenation (3 atm, 60 min), once a day for 5 days. The activities of myocardial antioxidant enzymes and the ischemia-reperfusion injury of isolated hearts were evaluated at 24 hr after the last application of the stresses. The activities of antioxidant enzymes, superoxide dismutase (SOD), catalase, glutathione peroxidase, glutathione reductase and glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD), were assayed in the freshly excised ventricular tissues. The ischemia-reperfusion injury was produced by 20 min-global ischemia followed by 30 min-reperfusion using a Langendorff perfusion system. In swimming and hyperbaric oxygenation groups, the activities of SOD and G6PD increased significantly and in the hyperthermia group, the catalase activity was elevated by 63% compared to the control. The percentile recoveries of cardiac function at 30 min of the post-ischemic reperfusion were 55.4%, 73.4%, and 74.2% in swimming, the hyperbaric oxygenation and the hyperthermia groups, respectively. The values were significantly higher than that of the control (38.6%). In additions, left ventricular end-diastolic pressure and lactate dehydrogenase release were significantly reduced in the stress groups. The results suggest that the antioxidant enzymes in the heart could be induced by the apparently safe in vivo-stresses and this may be involved in the myocardial protection from the ischemia-reperfusion injury.
This study is conducted to determine the effects of dietary source of $\omega$3 fatty acids on preneoplastic foci and the glutathione dependent enzymes in rat hepatocarcinogenesis initiated by diethylnitrosamine (DEN). Male Sprague-Dawley rats were fed one of three diets containing 10% (w/w) fats fixed p/s = -1.0 and $\omega$6/$\omega$3 ratio = -0.4 or 4.0 ; fish oil-com oil blended (FC), com oil-beef tallow-fish oil blended (CF), com oil-beef tallow-perilla oil blended (CP), from gestation period. At 10 weeks, animals of experimental groups were injected intraperitoneally with DEN (200 mg/kg body weight) and two-thirds partial hepatectomy was carried out 3 weeks later and were sacrificed 8 weeks after DEN initiation. The area and number of glutathione S-transferase placenta (GST-P) positive foci were significantly decreased in rats fed diets containing fish oil (FC and CF) than those fed perilla oil diet (CP). Fish oil feeding significantly increased the activities of glutathione dependent enzymes. Rats fed diets containing fish oil (FC and CF) significantly increased the glutathione (GSH) content and the activities of glutathione peroxidase (GPx), glutathione reductase (GR), and glutathione S-transferase (GST). Glutathione dependent enzymes had significantly negative correlation with GST-P positive foci. Glucose 6-phosphatase (G6Pase) was increased in rats feeding fish oil. Thiobarbituric acid reactive substances were not different among groups. Therefore, the preventive effect against hepatocarcinogenesis might be explained by induction of the glutathione dependent enzymes and G6Pase. (Korean J Nutrition 36(8): 785∼792, 2003)
Enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass into fermentable sugars is a key step in the conversion of agricultural by-products to biofuels and value-added chemicals. Utilization of a robust microorganism for on-site production of biomass-degrading enzymes has gained increasing interest as an economical approach for supplying enzymes to biorefinery processes. In this study, production of multi-polysaccharide-degrading enzymes from Aspergillus aculeatus BCC199 by solid-state fermentation was improved through the statistical design approach. Among the operational parameters, yeast extract and soybean meal as well as the nonionic surfactant Tween 20 and initial pH were found as key parameters for maximizing production of cellulolytic and hemicellulolytic enzymes. Under the optimized condition, the production of FPase, endoglucanase, ${\beta}$-glucosidase, xylanase, and ${\beta}$-xylosidase was achieved at 23, 663, 88, 1,633, and 90 units/g of dry substrate, respectively. The multi-enzyme extract was highly efficient in the saccharification of alkaline-pretreated rice straw, corn cob, and corn stover. In comparison with commercial cellulase preparations, the BCC199 enzyme mixture was able to produce remarkable yields of glucose and xylose, as it contained higher relative activities of ${\beta}$-glucosidase and core hemicellulases (xylanase and ${\beta}$-xylosidase). These results suggested that the crude enzyme extract from A. aculeatus BCC199 possesses balanced cellulolytic and xylanolytic activities required for the efficient saccharification of lignocellulosic biomass feedstocks, and supplementation of external ${\beta}$-glucosidase or xylanase was dispensable. The work thus demonstrates the high potential of A. aculeatus BCC199 as a promising producer of lignocellulose-degrading enzymes for the biomass conversion industry.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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