• 제목/요약/키워드: metabolic pathway

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Water Extract of Ecklonia cava Protects against Fine Dust (PM2.5)-Induced Health Damage by Regulating Gut Health

  • Park, Seon Kyeong;Kang, Jin Yong;Kim, Jong Min;Kim, Min Ji;Lee, Hyo Lim;Moon, Jong Hyun;Jeong, Hye Rin;Kim, Hyun-Jin;Heo, Ho Jin
    • Journal of Microbiology and Biotechnology
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    • 제32권7호
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    • pp.927-937
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    • 2022
  • To confirm the therapeutic effect of the water extract from Ecklonia cava (WEE) against PM2.5 induced systemic health damage, we evaluated gut health with a focus on the microbiota and metabolites. Systemic damage in mice was induced through PM2.5 exposure for 12 weeks in a whole-body chamber. After exposure for 12 weeks, body weight and food intake decreased, and WEE at 200 mg/kg body weight (mpk) alleviated these metabolic efficiency changes. In addition, PM2.5 induced changes in the length of the colon and fecal water content. The administration of the WEE at 200 mpk oral dose effectively reduced changes in the colon caused by PM2.5 exposure. We also attempted to confirm whether the effect of the WEE is mediated via regulation of the microbiota-gut-brain axis in mice with PM2.5 induced systemic damage. We examined changes in the fecal microbiota and gut metabolites such as short-chain fatty acids (SCFAs) and kynurenine metabolites. In the PM2.5 exposed group, a decrease in the abundance of Lactobacillus (Family: Lactobacillaceae) and an increase in the abundance of Alistipes (Family: Rikenellaceae) were observed, and the administration of the WEE showed a beneficial effect on the gut microbiota. In addition, the WEE effectively increased the levels of SCFAs (acetate, propionate, and butyrate). Furthermore, kynurenic acid (KYNA), which is a critical neuroprotective metabolite in the gut-brain axis, was increased by the administration of the WEE. Our findings suggest that the WEE could be used as a potential therapeutic against PM2.5 induced health damage by regulating gut function.

해양 환경의 미세 플라스틱과 인간의 건강에 미치는 영향 (Microplastics in the Marine Environment and Their Impacts on Human Health)

  • 박지아;강현본;최윤식
    • 생명과학회지
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    • 제31권4호
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    • pp.442-451
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    • 2021
  • 미세 플라스틱은 입자의 크기가 5 mm 이하인 플라스틱 조각을 말하며 미세 플라스틱의 오염은 해양 생태계와 인간의 건강과 관련되어 전 세계적인 관심사이다. 광범위하게 오염되어 있는 관계로, 미세 플라스틱은 물고기, 담치, 굴, 조개, 가리비와 같이 다양한 동물에 섭취되어 체내에 축적된다. 게다가, 섭취된 미세 플라스틱은 소장, 간, 신장 그리고 심지어 뇌에서도 높은 농도로 관찰된다. 해산물은 인간에게 있어 주요 단백질 공급원 중 하나이므로, 해산물의 소비는 인간이 미세 플라스틱에 노출되는 경로가 될 수 있다. 많은 근거들은 설치류에서 미세 플라스틱의 반복적인 경구 투여가 생식, 심장, 소화기, 내분비 그리고 심지어 신경계에서 병리적, 기능적 변화를 유도함을 가리킨다. 더욱이, 임신기와 수유기 동안 모체가 미세 플라스틱에 노출되면 새끼에서 대사의 항상성에 변화가 일어난다. 해산물은 세계적으로 3억 1천만 명 이상의 사람들에게 20% 이상의 단백질 공급원이라는 사실을 고려할 때, 미세 플라스틱은 인간의 몸에 축적되어 생리적 기능에 장애를 유발할 수 있다고 가정하는 것이 타당하다. 본 리뷰에서 우리는 해양에서 미세 플라스틱 오염의 현재 실태와 해양 동물 및 설치류에서 미세 플라스틱의 축적과 독성, 그리고 인간에게의 노출과 인간 건강에 미치는 잠재적인 영향에 대해 요약하였다.

LKB1/AMPK 신호 전달 경로의 활성화로 인한 새싹율무 열수 추출물의 항비만 효과 (Coix lacryma-jobi var. mayuen Stapf Sprout Extract Ameliorates High-Fat Diet-Induced Obesity by Upregulating LKB1/AMPK Signaling)

  • 김민주;이정훈;최정원;박해진;신미래;노성수
    • 대한본초학회지
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    • 제36권6호
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    • pp.39-46
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    • 2021
  • Objectives : AMP-activated protein kinase (AMPK) is a key metabolic regulator that reduces lipogenesis. AMPK is mainly activated via phosphorylation of liver kinase B (LKB) 1 under energy stress. Here, we highlighted the anti-obesity effect and underlying mechanism of Coix lacryma-jobi var. mayuen Stapf sprout water extract (CSW) sprout extract in connection with the LKB1/AMPK signaling pathway. Methods : C57BL/6 mice (20~25 g) fed HFD to induce obesity and at the same time administered CSW 100 mg/kg (CSWL; (CSWL; CSW low concentration) or CSW 200 mg/kg (CSWH; CSW high concentration) or Garcinia extract (Garcinia) 200 mg/kg orally for 6 weeks. Body weight and food intake were measured at the same time each day. After 6 weeks of CSW administration, liver tissue and serum were obtained through an autopsy. After the end of the experiment, biochemical analysis (triglycerides (TG), total cholesterol (TC), HDL-cholesterol, and LDL-cholesterol) was performed on the serum. And then, protein levels related to TG and TC synthesis were measured through western blot analysis in liver tissue. Results : As a result, serum TG, TC, and LDL-cholesterol levels were significantly increased in the control group and significantly decreased in the CSW administration group. On the other hand, the HDL-cholesterol level was increased in the CSW-administered group. And as a result of Western blot analysis, CSW significantly increased the phosphorylation of LKB1 & AMPK, and remarkably decreased the expression of factors related to TG and TC synthesis. Conclusions : Our findings suggest that CSW influences the TG and TC synthesis to positively affect HFD-induced obesity in C57BL/6 mice.

A Genetically Encoded Biosensor for the Detection of Levulinic Acid

  • Tae Hyun Kim;Seung-Gyun Woo;Seong Keun Kim;Byeong Hyeon Yoo;Jonghyeok Shin;Eugene Rha;Soo Jung Kim;Kil Koang Kwon;Hyewon Lee;Haseong Kim;Hee-Taek Kim;Bong-Hyun Sung;Seung-Goo Lee;Dae-Hee Lee
    • Journal of Microbiology and Biotechnology
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    • 제33권4호
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    • pp.552-558
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    • 2023
  • Levulinic acid (LA) is a valuable chemical used in fuel additives, fragrances, and polymers. In this study, we proposed possible biosynthetic pathways for LA production from lignin and poly(ethylene terephthalate). We also created a genetically encoded biosensor responsive to LA, which can be used for screening and evolving the LA biosynthesis pathway genes, by employing an LvaR transcriptional regulator of Pseudomonas putida KT2440 to express a fluorescent reporter gene. The LvaR regulator senses LA as a cognate ligand. The LA biosensor was first examined in an Escherichia coli strain and was found to be non-functional. When the host of the LA biosensor was switched from E. coli to P. putida KT2440, the LA biosensor showed a linear correlation between fluorescence intensity and LA concentration in the range of 0.156-10 mM LA. In addition, we determined that 0.156 mM LA was the limit of LA detection in P. putida KT2440 harboring an LA-responsive biosensor. The maximal fluorescence increase was 12.3-fold in the presence of 10 mM LA compared to that in the absence of LA. The individual cell responses to LA concentrations reflected the population-averaged responses, which enabled high-throughput screening of enzymes and metabolic pathways involved in LA biosynthesis and sustainable production of LA in engineered microbes.

GC-MS를 이용한 소변 중 Diclofenac 및 대사체 분석 (Determination of diclofenac and its metabolites in human urine by GC-MS)

  • 정지혜;허훈;이원웅;홍종기
    • 분석과학
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    • 제21권6호
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    • pp.510-517
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    • 2008
  • 본 연구는 건강한 성인남자로부터 비스테로이드성 항염증제인 diclofenac약물을 복용 후 26시간 동안 배설된 소변을 채취하여 이 약물의 대사과정과 배설에 대하여 연구를 수행하였다. 소변 중에 diclofenac의 포합대사체를 검출하기 위하여 산가수분해 과정을 수행하였고 이 과정에서 diclofenac과 대사체들은 탈수반응에 의해 락탐환이 형성되어 이들의 극성은 산성에서 염기성으로 전환된다. 그러나 변환된 락탐환은 염기조건에서 수산화이온에 의해 쉽게 분해가 일어나므로 오히려 염기성 조건에서의 추출율이 낮아지는 경향이 있어 적정 추출 조건에 대하여 연구하였다. 미량의 대사체 검출을 위하여 trimethylsilylation (TMS) 유도체 반응을 시킨 후 gas chromatograph-mass spectrometer (GC-MS)를 이용하여 분석하였다. 본 연구를 통해 4개의 대사체를 검출할 수 있었으며, 이들은 모두 산화과정에 의해 약물모핵에 hydroxylation된 화합물이었다. 각 대사체는 질량스펙트럼의 해석과 이전 연구결과의 비교를 통하여 구조가 규명되었으며, 이를 바탕으로 시간에 따른 모 약물과 대사체의 배설율을 조사하였다. 본 실험 결과로부터 diclofenac의 체내 대사 경로를 제안하였다.

1,25-dihydroxyvitamin D3 affects thapsigargin-induced endoplasmic reticulum stress in 3T3-L1 adipocytes

  • Dain Wi;Chan Yoon Park
    • Nutrition Research and Practice
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    • 제18권1호
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    • pp.1-18
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    • 2024
  • BACKGROUND/OBJECTIVES: Endoplasmic reticulum (ER) stress in adipose tissue causes an inflammatory response and leads to metabolic diseases. However, the association between vitamin D and adipose ER stress remains poorly understood. In this study, we investigated whether 1,25-dihydroxyvitamin D3 (1,25(OH)2D3) alleviates ER stress in adipocytes. MATERIALS/METHODS: 3T3-L1 cells were treated with different concentrations (i.e., 10-100 nM) of 1,25(OH)2D3 after or during differentiation (i.e., on day 0-7, 3-7, or 7). They were then incubated with thapsigargin (TG, 500 nM) for an additional 24 h to induce ER stress. Next, we measured the mRNA and protein levels of genes involved in unfold protein response (UPR) and adipogenesis using real-time polymerase chain reaction and western blotting and quantified the secreted protein levels of pro-inflammatory cytokines. Finally, the mRNA levels of UPR pathway genes were measured in adipocytes transfected with siRNA-targeting Vdr. RESULTS: Treatment with 1,25(OH)2D3 during various stages of adipocyte differentiation significantly inhibited ER stress induced by TG. In fully differentiated 3T3-L1 adipocytes, 1,25(OH)2D3 treatment suppressed mRNA levels of Ddit3, sXbp1, and Atf4 and decreased the secretion of monocyte chemoattractant protein-1, interleukin-6, and tumor necrosis factor-α. However, downregulation of the mRNA levels of Ddit3, sXbp1, and Atf4 following 1,25(OH)2D3 administration was not observed in Vdr-knockdown adipocytes. In addition, exposure of 3T3-L1 preadipocytes to 1,25(OH)2D3 inhibited transcription of Ddit3, sXbp1, Atf4, Bip, and Atf6 and reduced the p-alpha subunit of translation initiation factor 2 (eIF2α)/eIF2α and p-protein kinase RNA-like ER kinase (PERK)/PERK protein ratios. Furthermore, 1,25(OH)2D3 treatment before adipocyte differentiation reduced adipogenesis and the mRNA levels of adipogenic genes. CONCLUSIONS: Our data suggest that 1,25(OH)2D3 prevents TG-induced ER stress and inflammatory responses in mature adipocytes by downregulating UPR signaling via binding with Vdr. In addition, the inhibition of adipogenesis by vitamin D may contribute to the reduction of ER stress in adipocytes.

DL-1-Aminoethylphosphonic acid의 생물학적(生物學的) 기능연구(機能硏究) (A Study of Synthesis and Biological Function on DL-1-Aminoethylphosphonic Acid)

  • 김숙희;조정남;김용준
    • Journal of Nutrition and Health
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    • 제2권4호
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    • pp.173-181
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    • 1969
  • 생후 $40{\pm}5$ 일된 젖떨어진 Albino Rat female male 각각 30마리를 크게 Alanine(AL)과 Aminoethylphosphonic acid(AEP) group으로 나누고 각 group을 다시 각각 2 group으로 나누어 female male Alanine 0.1%, female male Alanine 0.2%와 female male AEP 0.1%, female male AEP 0.2% 합(合) 8 group으로 나누어 14 주동안 실험한 결과의 요약은 다음과 같다. 단백질 효율과 뇨중 질소배설량에 어떤 유의적인 차이가 없음으로 AEP도 다른 일반적인 Amino acid와 같은 정도로 체내에서 이용됨을 알 수 있다. AEP의 첨가로 인한 p의 이용율의 변화 유무를 판정하기 위하여 뇨중 p의 함량을 측정한 결과 모든 group사이에 유의성이 없었음으로 alanine 첨가 group에서나 AEP 첨가 group에서나 같은 정도로 체내에서 이용됨을 알 수있으나 AEP의 첨가로 인한 Dietary Phosphorus함량이 높음으로 인하여 체내 보유량이 많다는 것을 알 수 있으며 이는 blood phosphorus 함량측정을 해본 결과와 일치함을 알 수 있다. 간질소 함량을 측정하여 본 결과 AEP 첨가가 간질소 함량을 높일 수 있으며 0.2%쪽이 더 많은 양을 간에 보유할 수 있다는 것을 알았다. 간지방 함량도 간질소 함량과 같은 방향으로 나타났으며 조직 검사로 fat lumps를 발견할 수 없었으므로 AEP 첨가가 fatty liver의 요인이 될 수 없다는 것을 알 수 있다. Amino acid의 생물학적 가치와 Amino acid의 조성사이에는 현저한 관계가 있어 양적으로 충분한 단백질을 섭취한다 하더라도 섭취한 단백질이 함유하고 있는 Amino acid의 종류 및 각종 Amino acid의 비율에 따라서 소화에 현저한 차이가 있어 생물학적 기능이 다르다는 것이 Oser와 그외 여러 학자들에 의하여 보고되었다. 이 보고에 비추어 보아 0.2% diet에서 Amino acid의 장내 흡수시 imbalanced condition을 초래 한 것으로 본다.

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Role of Citrate Synthase in Acetate Utilization and Protection from Stress-Induced Apoptosis

  • Lee, Yong-Joo;Kang, Hong-Yong;Maeng, Pil Jae
    • 한국미생물학회:학술대회논문집
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    • 한국미생물학회 2008년도 International Meeting of the Microbiological Society of Korea
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    • pp.39-41
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    • 2008
  • The yeast Saccharomyces cerevisiae has been shown to contain three isoforms of citrate synthase (CS). The mitochondrial CS, Cit1, catalyzes the first reaction of the TCA cycle, i.e., condensation of acetyl-CoA and oxaloacetate to form citrate [1]. The peroxisomal CS, Cit2, participates in the glyoxylate cycle [2]. The third CS is a minor mitochondrial isofunctional enzyme, Cit3, and related to glycerol metabolism. However, the level of its intracellular activity is low and insufficient for metabolic needs of cells [3]. It has been reported that ${\Delta}cit1$ strain is not able to grow with acetate as a sole carbon source on either rich or minimal medium and that it shows a lag in attaining parental growth rates on nonfermentable carbon sources [2, 4, 5]. Cells of ${\Delta}cit2$, on the other hand, have similar growth phenotype as wild-type on various carbon sources. Thus, the biochemical basis of carbon metabolism in the yeast cells with deletion of CIT1 or CIT2 gene has not been clearly addressed yet. In the present study, we focused our efforts on understanding the function of Cit2 in utilizing $C_2$ carbon sources and then found that ${\Delta}cit1$ cells can grow on minimal medium containing $C_2$ carbon sources, such as acetate. We also analyzed that the characteristics of mutant strains defective in each of the genes encoding the enzymes involved in TCA and glyoxylate cycles and membrane carriers for metabolite transport. Our results suggest that citrate produced by peroxisomal CS can be utilized via glyoxylate cycle, and moreover that the glyoxylate cycle by itself functions as a fully competent metabolic pathway for acetate utilization in S. cerevisiae. We also studied the relationship between Cit1 and apoptosis in S. cerevisiae [6]. In multicellular organisms, apoptosis is a highly regulated process of cell death that allows a cell to self-degrade in order for the body to eliminate potentially threatening or undesired cells, and thus is a crucial event for common defense mechanisms and in development [7]. The process of cellular suicide is also present in unicellular organisms such as yeast Saccharomyces cerevisiae [8]. When unicellular organisms are exposed to harsh conditions, apoptosis may serve as a defense mechanism for the preservation of cell populations through the sacrifice of some members of a population to promote the survival of others [9]. Apoptosis in S. cerevisiae shows some typical features of mammalian apoptosis such as flipping of phosphatidylserine, membrane blebbing, chromatin condensation and margination, and DNA cleavage [10]. Yeast cells with ${\Delta}cit1$ deletion showed a temperature-sensitive growth phenotype, and displayed a rapid loss in viability associated with typical apoptotic hallmarks, i.e., ROS accumulation, nuclear fragmentation, DNA breakage, and phosphatidylserine translocation, when exposed to heat stress. Upon long-term cultivation, ${\Delta}cit1$ cells showed increased potentials for both aging-induced apoptosis and adaptive regrowth. Activation of the metacaspase Yca1 was detected during heat- or aging-induced apoptosis in ${\Delta}cit1$ cells, and accordingly, deletion of YCA1 suppressed the apoptotic phenotype caused by ${\Delta}cit1$ mutation. Cells with ${\Delta}cit1$ deletion showed higher tendency toward glutathione (GSH) depletion and subsequent ROS accumulation than the wild-type, which was rescued by exogenous GSH, glutamate, or glutathione disulfide (GSSG). Beside Cit1, other enzymes of TCA cycle and glutamate dehydrogenases (GDHs) were found to be involved in stress-induced apoptosis. Deletion of the genes encoding the TCA cycle enzymes and one of the three GDHs, Gdh3, caused increased sensitivity to heat stress. These results lead us to conclude that GSH deficiency in ${\Delta}cit1$ cells is caused by an insufficient supply of glutamate necessary for biosynthesis of GSH rather than the depletion of reducing power required for reduction of GSSG to GSH.

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Molecular Characterization and Expression Analysis of Clathrin-Associated Adaptor Protein 3-δ Subunit 2 (AP3S2) in Chicken

  • Oh, Jae-Don;Bigirwa, Godfrey;Lee, Seokhyun;Song, Ki-Duk
    • 한국가금학회지
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    • 제46권1호
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    • pp.31-37
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    • 2019
  • 닭의 clathrin-associated adaptor protein $3-{\delta}$ subunit 2(AP3S2)는 clathrin-coated vesicle를 가진 표적 세포막으로 암 배양 단백질 수송에 관여한다. AP3S2는 C형 간염 바이러스 감염으로 간 섬유화를 매개하고, 2형 당뇨병과 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 또한, AP3S2는 clathrin-dependent endocytosis를 통해 숙주 세포로의 바이러스 유입에 관련된 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 기존 연구에서 닭 신장조직에서 차별 발현 유전자로 발굴된 닭 AP3S2 유전자의 분자유전학적 특성을 구명하고, 닭의 조직에서의 유전자 발현 양상을 조사하며, 톨-유사수용체 3 (Toll-like receptor 3; TLR3) 자극에 의한 전사 조절을 연구하였다. 닭 AP3S2 유전자가 코딩하는 단백질의 구조는 다른 종과 매우 보존적이고 진화적으로 제브라 피쉬와 가장 가깝고, 포유류와 가장 먼 것으로 추정되었다. 닭의 다양한 조직에서 닭 AP3S2 유전자의 전사 수준을 조사한 결과, 폐에서 가장 높게 발현되었으며, 그 다음은 비장 순이었다. 닭의 배아 섬유아세포 주인 DF-1세포에서 조사한 결과, AP3S2 유전자의 발현은 TLR3 신호자극에 의해 감소하였다. 전사조절인자인 $NF{\kappa}B$나 AP-1의 억제제를 이용하여 조사한 결과, $NF{\kappa}B$나 AP-1의 억제에 의해 유전자 발현이 영향을 받지 않았다. 이 결과는 DF-1 세포에서 닭 AP3S2 유전자의 발현은 적어도 이 두 전사조절인자와는 독립적인 경로에 의해 조절됨을 시사한다. 본 연구의 결과는 닭 AP3S2가 바이러스 감염에 역할을 하고, TLR3 신호에 관여함을 제시한다. 추가연구를 통해 닭 AP3S2의 전사 조절과 바이러스 침입 메커니즘을 구명할 필요가 있다고 사료된다.

벼 유식물을 이용한 C29-Brassinosteroids의 대사 (Metabolic Study on C29-Brassinosteroids in Young Rice Plants)

  • 원소윤;주세환;김성기
    • Journal of Plant Biotechnology
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    • 제34권3호
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    • pp.243-251
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    • 2007
  • BRs의 생합성 경로는 $C_{28}-BRs$ 생합성 경로 외에 $C_{27}-BRs$ 생합성 경로가 존재함이 확인되었고, 최근 $C_{29}-BRs$의 생합성 경로가 존재함이 보고되어 BRs의 생합성 과정이 복잡하게 연결되어 있을 가능성이 예상되었다. 이에 $C_{29}-BRs$인 28-homoTE와 28-homoTY 등이 동정된 벼의 유식물을 대상으로 하여 $C_{29}-BR$인 25-homoCS의 대사 과정을 조사하였다. 그 결과 in vitro 효소변환 연구를 통해 28-homoCS은 CS와 26-nor-28-homoCS으로 전환됨을 확인 할 수 있었으며, 그 역반응인 CS에서 28-homoCS로 또는 26-nor-28-homoCS에서 28-homoCS로의 전환은 일어나지 않음을 알 수 있었다. 이는 $C_{29}-BRs$인 28-homoCS은 C-28위치의 demethylation에 의해 보다 강한 활성의 $C_{28}-BRs$인 CS로 생합성 되는 과정과 C-26 위치의 demethylation에 의해 26-nor-28-homoCS으로 생분해 되는 과정이 존재함을 최초로 확인하였다. 한편, $C_{28}-BRs$인 CS에서 BL로의 전환과 동일한 반응이 $C_{29}-BRs$에서도 일어나는지 확인하고자 하였으나 벼 유식물에서는 28-homoCS에서 28-homoBL로 전환되지 않음을 확인 할 수 있었다. 이는 $C_{29}-BRs$$C_{28}-BRs$의 생합성과정의 연결이 28-homoCS에서 CS를 통하고 있음을 알 수 있었다. 따라서 28-homoCS에서 CS로 전환되는 과정을 통하여 $C_{29}-BRs$ 또한 $C_{28}-BRs$ 와 동일한 과정을 거쳐 활성형의 CS로 전환됨을 확인 할 수 있었으며, BRs의 생합성은 $C_{27}-BRs$$C_{28}-BRs$의 생합성과정이 연결된 것처럼 $C_{29}-BRs$ 또한 $C_{28}-BRs$ 생합성 과정과 연결되어 있음을 확인 할 수 있었다. 즉, 활성형 BR인 CS은 $C_{27}-BRs$, $C_{28}-BRs$의 생합성 과정뿐만 아니라 $C_{29}-BRs$의 생합성 과정을 통하여 생성되는 과정이 식물체내에 존재함을 확인 할 수 있었다.