Objective: In the present study, an liquid chromatography/mass spectrometry (LC/MS) metabolomics approach was performed to investigate potential biomarkers of milk production in high- and low-milk-yield dairy cows and to establish correlations among rumen fluid metabolites. Methods: Sixteen lactating dairy cows with similar parity and days in milk were divided into high-yield (HY) and low-yield (LY) groups based on milk yield. On day 21, rumen fluid metabolites were quantified applying LC/MS. Results: The principal component analysis and orthogonal correction partial least squares discriminant analysis showed significantly separated clusters of the ruminal metabolite profiles of HY and LY groups. Compared with HY group, a total of 24 ruminal metabolites were significantly greater in LY group, such as 3-hydroxyanthranilic acid, carboxylic acids, carboxylic acid derivatives (L-isoleucine, L-valine, L-tyrosine, etc.), diazines (uracil, thymine, cytosine), and palmitic acid, while the concentrations of 30 metabolites were dramatically decreased in LY group compared to HY group, included gentisic acid, caprylic acid, and myristic acid. The metabolite enrichment analysis indicated that protein digestion and absorption, ABC transporters and unsaturated fatty acid biosynthesis were significantly different between the two groups. Correlation analysis between the ruminal microbiome and metabolites revealed that certain typical metabolites were exceedingly associated with definite ruminal bacteria; Firmicutes, Actinobacteria, and Synergistetes phyla were highly correlated with most metabolites. Conclusion: These findings revealed that the ruminal metabolite profiles were significantly different between HY and LY groups, and these results may provide novel insights to evaluate biomarkers for a better feed digestion and may reveal the potential mechanism underlying the difference in milk yield in dairy cows.
쥐에게 물대신 12% 에탄올(대조군) 또는 인삼사포닌 분획을 포함한 12% 에탄올(시험군)을 6일간 투여한 후 간과 혈청에서의 acetaldehyde 농도와 간의 [$NAD^+$]/ [NADH] 및 [$NADP^+$]/[NADPH] 비율을 조사하였다. 대조군의 간과 혈청의 acetaldehyde 농도는 물로 사육한 정상군에 비해 훨씬 높았으나 물대신 인삼사포닌을 포함한 에탄올을 투여한 시험군의 경우는 정상군에 비해 약간 높았을 뿐이었으며 [$NAD^+$]/ [NADH] 비의 감소율도 대조군보다는 시험군이 훨씬 작았다. l-$^{l4}C$]-ethanol을 함유한 10% ethanol을 1ml 복강으로 투여하고 30분 후의 간의 지방질의 방사능을 분석한 결과 시험군의 간 지방질의 전체 방사능은 대조군보다 훨씬 낮았고 인산지방질, 콜레스테롤, 지방산, 중성지방과 같은 지방질의 분석결과는 에탄올 투여로 인한 인산지방질 생합성 저하와 지방산 및 중성지방의 생합성 증가현상이 인삼사포닌의 투여로 개선되는 것으로 관찰되었다.
Acetyl-CoA carboxylase (ACC) catalyzes the first step in fatty acid biosynthesis: the synthesis of malonyl-CoA from acetyl-CoA. As essential regulators of fatty acid biosynthesis and metabolism, ACCs are regarded as therapeutic targets for the treatment of metabolic diseases such as obesity, In ACC, the biotinoyl domain performs a critical function by transferring an activated carboxyl group from the biotin carboxylase domain to the carboxyl transferase domain, followed by carboxyl transfer to malonyl-CoA. Despite the intensive research on this enzyme, only the bacterial and yeast ACC structures are currently available, To explore the mechanism of ACC holoenzyme function, we determined the structure of the biotinoyl domain of human ACC2 and analyze its characteristics using NMR spectroscopy. The 3D structure of the hACC2 biotinoyl domain has a similar folding topology to the previously determined domains from E. coli and P. Shermanii, however, the 'thumb' structure is absent in the hACC2 biotinoyl domain. Observations of the NMR signals upon the biotinylation indicate that the biotin group of hACC2 does not affect the structure of the biotinoyl domain, while the biotin group for E. coli ACC interacts directly with the thumb residues that are not present in the hACC2 structure. These results imply that, in the E. coli ACC reaction, the biotin moiety carrying the carboxyl group from BC to CT can pause at the thumb of the BCCP domain. The human biotinoyl domain, however, lacks the thumb structure and does not have additional non-covalent interactions with the biotin moiety; thus, the flexible motion of the biotinylated lysine residue must underlie the "swinging arm" motion. This study provides insight into the mechanism of ACC holoenzyme function and supports the "swinging arm" model in human ACCs.
본 연구는 유지효모 R. toruloides를 활용하여 적색 파프리카 추출물의 중성지방 억제 효과를 확인하기 위하여 수행되었다. 대조구, 양성대조구, 0.02, 0.1 및 0.5% 적색 파프리카 70% 에탄올 추출물을 첨가한 실험구의 총 지질 함량은 각각 80.45±2.40, 86.61±11.58, 79.82±2.80, 85.30±0.91 및 92.40±12.40 mg/g으로 나타났으며, 유지효모의 중성지방 함량은 각각9.89±0.36, 7.58±1.11, 7.28±0.17, 6.68±0.35 및 5.23±0.67 mg/dL으로 나타났다. 대조구, 양성대조구, 0.02, 0.1 및 0.5% 적색 파프리카 70% 에탄올 추출물을 첨가한 실험구의 지방소적 형성을 관찰한 결과, 적색 파프리카 70% 에탄올 추출물의 첨가농도가 증가함에 따라 대조구에 비해 소량의 형광이 관찰되는 것으로 보아 유지효모 내 생성되는 지방소적이 감소됨을 확인하였다. 대조구, 양성대조구, 0.02, 0.1 및 0.5% 적색 파프리카 70% 에탄올 추출물을 첨가한 실험구의 세포수는 각각 1.90±0.16, 2.17±0.25, 1.85±0.11, 2.28±0.21 및 2.49±0.03×108 cell/mL으로 나타났으며, 유리지방산의 함량은 각각2.44±0.05, 2.71±0.07, 2.46±0.16, 2.52±0.10 및 2.98±0.14 mg/g으로 나타났다. 본 연구결과에서 적색 파프리카 70% 에탄올 추출물의 첨가농도에 따른 유지효모 내 중성지방 억제 효과, 지방소적의 감소, 세포수 및 유리지방산의 함량이 증가한 결과를 통해 적색 파프리카 70% 에탄올 추출물이 중성지방 억제 효과에 유의적인 영향을 미치는 것으로 확인되었으며, 추후 활성 물질의 규명에 관한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
본 실험은 광평옥과 다청옥 품종의 수이삭과 수염을 대상으로 안토시아닌 생합성 관련 분자생물학적 및 이화학적 특성을 검토하여 향후 기능성 옥수수 개발에 필요한 기초자료로 활용하고자 수행되었다. 1. 광평옥에서는 수이삭과 수염에서 모두 안토시아닌이 형성되지 않은 반면, 다청옥에서는 모두 형성되었다. 전체 안토시아닌 함량은 수이삭과 수염에서 모두 다청옥이 광평옥에 비해 30배 정도 높았다. 또한, 안토시아닌 성분은 다청옥의 수이삭에서 C-3-G만 측정되었고, 수염에서는 각각 C-3-G는 45.2배, Pg-3-G는 27.3배, M-3-G는 37.6배 광평옥에 비해 더 검출되었다. 2. 광평옥의 수이삭에서 F3'H, DFR, GST 유전자가 발현이 감소하였고, 수염에서는 F3'H와 DFR 유전자가 발현이 감소하였다. 반대로 다청옥에서는 수염에서 DFR 유전자만 발현이 감소되었고, 나머지 유전자들은 정상적으로 발현되었다. 또한 안토시아닌 생합성 유전자들의 발현을 조절하는 전사조절인자는 광평옥 수이삭에서는 P1이 수염에서는 R1이 관여한다는 사실을 확인하였다. 3. 광평옥의 수이삭과 수염에서 다청옥에 비해 각각 linoleic acid (C18:2)가 6.6%, 10.9% 감소하고, linolenic acid (18:3)는 8.5%, 8.5% 증가하였다. 또한, 광평옥의 수염에서는 palmitic acid (C16:0)가 4.1% 증가하고, oleic acid (C18:1)는 다청옥에 비해 2.1% 감소하였다. 그러나 stearic acid (18:0)는 수이삭과 수염에서 성분 변화가 전혀 없었다. 그리고 광평옥의 수이삭과 수염의 전체 지방산 함량은 광평옥에 비해 각각 10.3%, 30.4% 증가하였고, 각 지방산 성분과 함량 분석은 유사한 결과를 보여주었다. 그러나 phytosterol 성분 분석에서는 유의미한 결과를 확인할 수가 없었다.
양식 잉어의 품질을 지질성분면에서 평가하기 위하여 천연 및 양식 잉어의 지질 조성 및 이들 지질의 구성지방산을 분석${\cdot}$비교하였고, 이스라엘 잉어의 지질성분과도 비교하였다. 또 양식 잉어 및 이스라엘 잉어의 지방산과 사료 지방산을 분석${\cdot}$비교한 결과는 다음과 같다. 1. 총지질 함량은 양식 잉어가 천연 잉어보다는 약간 낮은 반면 이스라엘 잉어와는 거의 비슷하였다. 부위별로는 천연 및 양식 잉어는 내장부가 가식부보다 총지질이 2배 이상 높았으나, 이스라엘 잉어는 가식부와 내장부가 거의 비슷하였다. 2. 천연 및 양식 잉어와 이스라엘 잉어의 지질 조성은 거의 비슷한 경향을 나타내고 있었다. 즉 중성지질이 대부분을 차지하고 당지질과 인지질은 아주 적었다. 또 부위별 지질 조성을 비교해 보면 중성지질의 함량은 천연 잉어의 경우는 내장부가 가식부보다 많은 반면 양식 잉어와 이스라엘 잉어는 그 반대였다. 가식부의 당지질과 인지질 함량은 양식 잉어의 경우는 당지질이 인지질보다 많은 반면 이스라엘 잉어는 인지질이 당지질보다 많았다. 또 중성지질은 TG의 함량이 가장 많았으며 인지질은 PC와 PE가 가장 많았다. 3. 가식부의 중성지질의 중요 구성지방산 함량은 $C_{18:1},\;C_{18:2},\;C_{18:3},\;C_{22:5},\;C_{22:6}$산은 양식 잉어가 천연 잉어보다 높은 반면, $C_{16:0},\;C_{18:0},\;C_{16:1},\;C_{20:4},\;C_{20:5}$산은 천연 잉어가 양식 잉어보다 높았다. 이스라엘잉어의 경우에는 $C_{18:2}$산의 함량이 천연 및 양식 잉어에 비해 상당히 높게 나타났다. 인지질의 경우는 $C_{18:0},\;C_{18:1},\;C_{18:2},\;C_{18:3},\;_C{22:6}$산은 양식산이 천연산보다 많은 반면 $C_{16:0},\;C_{16:1},\;C_{20:4},\;C_{20:5},\;C_{22:5}$산은 천연산이 양식산보다 높았다. 4. 중성지질의 불포화도(TUFA/TSFA)는 양식산이 천연산보다 약간 높았으며, 또 이스라엘 잉어는 양식 잉어보다도 약간 더 높았다. 인지질의 경우도 이스라엘 잉어>양식 잉어>천연 잉어의 순이었다. 필수지방산 함량(TEFA)은 중성지질의 경우 가식부는 양식 잉어가 천연 잉어보다 높은 반면 내장부는 천연 잉어가 양식 잉어보다 높았다. 인지질의 경우는 가식부에서 이스라엘 잉어가 천연 및 양식 잉어보다 약간 더 높고, 또 천연 잉어가 양식 잉어보다 높았다. 5. w3고도불포화지방산 함량 (w3 HUFA)은 중성지질의 경우는 필수지방산 함량의 경향과 거의 비슷하였고 인지질의 경우는 이스라엘 잉어가 가장 높고, 양식 잉어, 천연 잉어의 순이었다. 6. 사료 지방산(C)에 대한 양식 잉어의 지방산(A)의 비(A/C) 및 이스라엘 잉어의 지방산(B)의 비(B/C)를 비교하여 보면 양식 잉어는 $C_{20:5}\;w3(0.12),\;C_{22:5}\;w6(0.53),\;C_{22:5}\;w3(0.68),\;C_{22:6}\;w3(0.26)$산이 아주 낮았고, 이스라엘 잉어는 $C_{18:3}\;w3(0.61),\;C_{20:5}\;w3(0.11),\;C_{22:4}\;w6(0.16),\;C_{22:5}\;w6(0.07),\;C_{22:6}\;w3(1.53)$산이 아주 낮게 나타났다. 따라서 주로 이들 w3고도불포화지방산들이 polyene산의 생합성 및 성장률에 깊이 관계할 가능성이 있다고 판단되었다.
Objective: Tibetan chickens, which have unique adaptations to extreme high-altitude environments, exhibit phenotypic and physiological characteristics that are distinct from those of lowland chickens. However, the mechanisms underlying hypoxic adaptation in the liver of chickens remain unknown. Methods: RNA-sequencing (RNA-Seq) technology was used to assess the differentially expressed genes (DEGs) involved in hypoxia adaptation in highland chickens (native Tibetan chicken [HT]) and lowland chickens (Langshan chicken [LS], Beijing You chicken [BJ], Qingyuan Partridge chicken [QY], and Chahua chicken [CH]). Results: A total of 352 co-DEGs were specifically screened between HT and four native lowland chicken breeds. Gene ontology and Kyoto encyclopedia of genes and genomes enrichment analyses indicated that these co-DEGs were widely involved in lipid metabolism processes, such as the peroxisome proliferator-activated receptors (PPAR) signaling pathway, fatty acid degradation, fatty acid metabolism and fatty acid biosynthesis. To further determine the relationship from the 352 co-DEGs, protein-protein interaction network was carried out and identified eight genes (ACSL1, CPT1A, ACOX1, PPARC1A, SCD, ACSBG2, ACACA, and FASN) as the potential regulating genes that are responsible for the altitude difference between the HT and other four lowland chicken breeds. Conclusion: This study provides novel insights into the molecular mechanisms regulating hypoxia adaptation via lipid metabolism in Tibetan chickens and other highland animals.
Butyrate는 탄소사슬이 짧은 지방산 중 하나로 소화되지 않은 식이성 섬유의 혐기적 발효결과 포유동물의 위장관내에 millimolar 농도로 유지되며 대장의 상피세포에서 흡수되어 energy원으로 사용된다. 70%정도 confluent하게 자란 사람의 대장암세포주인 HT29 cell에 5mM sodium butyrate를 시간별로 처리하고 세포의 생존율, 암세포의 분화정도의 biomarker로 알려진 alkaline phosphatase 및 PLC-rl의 발현정도를 측정하였으며 sphingolipid의 생합성 및 ceramidase 활성도 측정하였다. Sodium butyrate 처리는 성장중인 HT29 cell의 부착을 저해하여 처리 1일째부터 세포수가 감소하였고 형질막 효소인 alkaline phosphatase의 발현을 증가시켰으며 PLC-${\gamma}$의 발현을 감소시켰다. 또한, 복합 sphingolipid들의 생합성을 측정한 결과, 세포성장의 저해와 함께 sphingomyelin은 2일째부터 감소하였으며, galactosyl ceramide는 1일째부터 급속히 감소하였다. 그러나 ceramide의 경우, 1일째는 처리하기 전보다 680dpm/mg protein정도 증가하였으며 2일째에는 다시 급속히 감소하였다. 또한 butyrate처리에 의하여 HT29 cell의 acid ceramidase와 neutral ceramidase활성이 저해됨을 관찰하였는데 그 결과 ceramide함량이 초기에 증가된 것으로 생각된다. 본 실험결과들로부터 HT29 cell의 sodium butyrate처리는 세포분화 또는 세포성장저해를 가져오는데 이와 함께 초기의 ceramide함량 및 alkaline phosphatase활성의 증가와 galactosylceramide함량 및 LC-rl 발현의 감소현상이 동반됨을 알 수 있다.
등줄숭어알 지질조성은 왁스에스테르(56.6-62.2%), 인지질 (19.2-18.5%), 트리글리세리드 (17.8-14.4%)의 순이었다. 왁스에스테르의 주요지방산은 C16 : 1 (25.9-27.3%)>C18 : 1(14.7-18.5%)>$C20 : 5{\omega}3$(16.3-9.6%)의 순이었으며, 알콜은 C16 : 0(57.3-53.3%)>C18 : 0(9.3-11.7%)>C18 : 1(18.9-12.7%)의 순이었다. 이중결합 2개 이상의 고도불포화 알콜은 전혀 검출되지 않았다. 홀수지방산(6.4-8.5%)과 알콜(7.4-7.5%)도 상당량 존재하였다. 수소첨가한 왁스에스테르는 탄소수별로 분리되었으나, 같은 탄소수를 가진 이성체는 분리되지 않았다. 왁스에스테르 분자종의 조성을 보면 시료 A의 경우는 C32(45.0%)>C34(19.2%)>C30(12.2%)순이었고, 시료 B의 경우는 C34(36.3%)>C32(31.4%)C36(18.1%)의 순이었다. 왁스에스테르는 구성지방산과 알콜이 nonrandom combination으로 에스테르화 되었으며, 이를 $360^{\circ}C$에서 40분간 가열하면 완전히 random화 됨을 알 수 있었다. 등줄숭어에 존재하는 왁스에스테르의 생합성에 관여하는 효소는 기질인 지방산과 알콜 탄소수에 강한 특이성을 가지고 있음을 추측할 수 있었다.
불포화지방산의 생합성능이 뛰어나다고 알려진 Thraustochytrids 균주 중 26185를 대상으로 arachidonic acid (AA C20:4 n-6)를 포함하는 PUFA 생산에 관여하는 유전자의 하나로서 key enzyme인 desaturase를 보다 효율적이고 안정적인 방법으로 cloning한 후 결과물을 분석하였다. 이를 위해 실험균주인 26185 균주를 대상으로 효율적인 전체 nucleic acids 추출법을 개발하였으며 관련된 기법의 활용을 통해 일반적으로 활용이 가능한 효과적이 방법임을 확인하였다. 확보된 유전체를 통한 direct PCR의 결과물을 기존에 알려진 cDNA 합성방법에 의한 결과물과 비교하였을 때 동일한 결과물임을 확인하였다. 이는 Thraustochytrids 관련 균주로부터 지방산 생합성에 관련된 효소군을 탐색하는 방법이 cDNA 합성방법에 의하지 않고 보다 직접적으로 진행될 수 있음을 제안할 수 있는 하나의 결과물로 생각되어진다. 획득된 유전자를 같은 진핵세포인 P. pastoris를 숙주로 하여 유전자를 도입하고 활성을 재현성 있게 규명함으로써 인공진화 혹은 재조합균체의 개발이 가능하다는 사실을 부분적으로 제시할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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