In this paper, the microbial production of riboflavin is reviewed and includes descriptions of riboflavin overproducers, and the biosynthesis and details of the key-enzyme genes related to riboflavin. There kinds of riboflavin overproducers are known; Bacillus subtilis and Candida famate utilize glucose as a carbon source, but the fungus Ashbya gossypii requires plant oil as its sole carbon source. The starting material in ribofalvin biosynthesis is guanosine triphospate (GTP), which is converted to riboflavin through six enzymatic reactions. Though Bacillus subtilis, Candida famate, and Ashbya gossypii operate via different pathways until GTP, they follow the same pathway from GTP to riboflavin. From the metabolic viewpoint, with respect to improved riboflavin production, the supplementation of GTP, aprocess-limiting precursor must be considered. The GTP fluxes originate from three sources, serine, threonine and glyoxylate cycles. The development of pathways to strengthen GTP supplementation using biotechnological techniques remains an issue fro future research.
The draft genome sequencing for Zhongshania marina $DSW25-10^T$, isolated from deep seawater of East Sea in Korea, was performed using Illumina HiSeq platform. As a result, the draft genome was comprised of a total length of approximately 4.08 Mbp with G + C content of 49.0%, and included a total of 3,702 protein-coding genes, 3 rRNA genes, 39 tRNA genes, 4 non-coding RNA genes, and 36 pseudogenes. In addition, the metabolic pathways of aliphatic and aromatic compounds were identified. In light of these metabolic pathways, Zhongshania marina $DSW25-10^T$ is expected to be a useful bioremediation resource.
L. G. T. G. Rajapaksha;C. W. R. Gunasekara;P. S. de Alwis
Genomics & Informatics
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v.20
no.4
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pp.41.1-41.9
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2022
The pathogen Gallibacterium anatis has caused heavy economic losses for commercial poultry farms around the world. However, despite its importance, the functions of its hypothetical proteins (HPs) have been poorly characterized. The present study analyzed the functions and structures of HPs obtained from Gallibacterium anatis (NCTC11413) using various bioinformatics tools. Initially, all the functions of HPs were predicted using the VICMpred tool, and the physicochemical properties of the identified virulence proteins were then analyzed using Expasy's ProtParam server. A virulence protein (WP_013745346.1) that can act as a potential drug target was further analyzed for its secondary structure, followed by homology modeling and three-dimensional (3D) structure determination using the Swiss-Model and Phyre2 servers. The quality assessment and validation of the 3D model were conducted using ERRAT, Verify3D, and PROCHECK programs. The functional and phylogenetic analysis was conducted using ProFunc, STRING, KEGG servers, and MEGA software. The bioinformatics analysis revealed 201 HPs related to cellular processes (n = 119), metabolism (n = 61), virulence (n = 11), and information/storage molecules (n = 10). Among the virulence proteins, three were detected as drug targets and six as vaccine targets. The characterized virulence protein WP_013745346.1 is proven to be stable, a drug target, and an enzyme related to the citrate cycle in the present pathogen. This enzyme was also found to facilitate other metabolic pathways, the biosynthesis of secondary metabolites, and the biosynthesis of amino acids.
Together with radiotherapy, chemotherapy using cytotoxic agents is one of the most common therapies in cancer. Metabolic changes in cancer cells are drawing much attention recently, but the metabolic alterations by anticancer agents have not been much studied. Here, we investigated the effects of commonly used cytotoxic agents on lung normal cell MRC5 and lung cancer cell A549. We employed cis-plastin, doxorubicin, and 5-Fluorouracil and compared their effects on the viability and metabolism of the normal and cancer cell lines. We first established the concentration of the cytotoxic reagents that give differences in the viabilities of normal and cancer cell lines. In those conditions, the viability of A549 decreased significantly, whereas that of MRC5 remained unchanged. To study the metabolic alterations implicated in the viability differences, we obtained the metabolic profiles using $^1H$-NMR spectrometry. The $^1H$-NMR data showed that the metabolic changes of A549 cells are more remarkable than that of MRC5 cells and the effect of 5-FU on the A549 cells is the most distinct compared to other treatments. Heat map analysis showed that metabolic alterations under treatment of cytotoxic agents are totally different between normal and cancer cells. Multivariate analysis and weighted correlation network analysis (WGCNA) revealed a distinctive metabolite signature and hub metabolites. Two different analysis tools revealed that the changes of cell metabolism in response to cytotoxic agents were highly correlated with the Warburg effect and Reductive lipogenesis, two pathways having important effects on the cell survival. Taken together, our study addressed the correlation between the viability and metabolic profiles of MRC5 and A549 cells upon the treatment of cytotoxic anticancer agents.
This study was conducted to investigate the plasma phosphoproteome and differential plasma phosphoproteins in cases of of Opisthorchis viverrini (OV)-related cholangiocarcinoma (CCA). Plasma phosphoproteomes from CCA patients (10) and non-CCA subjects (5 each for healthy subjects and OV infection) were investigated using gel-based and solution-based LC-MS/MS. Phosphoproteins in plasma samples were enriched and analyzed by LC-MS/MS. STRAP, PANTHER, iPath, and MeV programs were applied for the identification of their functions, signaling and metabolic pathways; and for the discrimination of potential biomarkers in CCA patients and non-CCA subjects, respectively. A total of 90 and 60 plasma phosphoproteins were identified by gel-based and solution-based LC-MS/MS, respectively. Most of the phosphoproteins were cytosol proteins which play roles in several cellular processes, signaling pathways, and metabolic pathways (STRAP, PANTHER, and iPath analysis). The absence of serine/arginine repetitive matrix protein 3 (A6NNA2), tubulin tyrosine ligase-like family, member 6, and biorientation of chromosomes in cell division protein 1-like (Q8NFC6) in plasma phosphoprotein were identified as potential biomarkers for the differentiation of healthy subjects from patients with CCA and OV infection. To differentiate CCA from OV infection, the absence of both serine/threonine-protein phosphatase 2A 56 kDa regulatory subunit beta isoform and coiled-coil domain-containing protein 126 precursor (Q96EE4) were then applied. A combination of 5 phosphoproteins may new alternative choices for CCA diagnosis.
Kim, Sunyoung;Park, Jungwook;Kim, Ji Hyeon;Lee, Jongyun;Bang, Bongjun;Hwang, Ingyu;Seo, Young-Su
The Plant Pathology Journal
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v.29
no.3
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pp.249-259
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2013
Burkholderia glumae causes rice grain rot and sheath rot by producing toxoflavin, the expression of which is regulated by quorum sensing (QS). The QS systems of B. glumae rely on N-octanoyl homoserine lactone, synthesized by TofI and its cognate receptor TofR, to activate the genes for toxoflavin biosynthesis and an IclR-type transcriptional regulator gene, qsmR. To understand genome-wide transcriptional profiling of QS signaling, we employed RNAseq of the wild-type B. glumae BGR1 with QS-defective mutant, BGS2 (BGR1 tofI::${\Omega}$) and QS-dependent transcriptional regulator mutant, BGS9 (BGR1 qsmR::${\Omega}$). A comparison of gene expression profiling among the wild-type BGR1 and the two mutants before and after QS onset as well as gene ontology (GO) enrichment analysis from differential expressed genes (DEGs) revealed that genes involved in motility were highly enriched in TofI-dependent DEGs, whereas genes for transport and DNA polymerase were highly enriched in QsmR-dependent DEGs. Further, a combination of pathways with these DEGs and phenotype analysis of mutants pointed to a couple of metabolic processes, which are dependent on QS in B. glumae, that were directly or indirectly related with bacterial motility. The consistency of observed bacterial phenotypes with GOs or metabolic pathways in QS-regulated genes implied that integration RNAseq with GO enrichment or pathways would be useful to study bacterial physiology and phenotypes.
Shen, Wenwen;Wei, Yingjie;Tang, Daoquan;Jia, Xiaobin;Chen, Bin
Journal of Ginseng Research
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v.41
no.1
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pp.78-84
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2017
Background: In the present study, metabolite profiles of ginsenosides Rk1 and Rg5 from red ginseng or red notoginseng in zebrafish were qualitatively analyzed with ultraperformance liquid chromatography/quadrupole-time-of-flight MS, and the possible metabolic were pathways proposed. Methods: After exposing to zebrafish for 24 h, we determined the metabolites of ginsenosides Rk1 and Rg5. The chromatography was accomplished on UPLC BEH C18 column using a binary gradient elution of 0.1% formic acetonitrile-0.1% formic acid water. The quasimolecular ions of compounds were analyzed in the negative mode. With reference to quasimolecular ions and MS2 spectra, by comparing with reference standards and matching the empirical molecular formula with that of known published compounds, and then the potential structures of metabolites of ginsenosides Rk1 and Rg5 were acquired. Results: Four and seven metabolites of ginsenoside Rk1 and ginsenoside Rg5, respectively, were identified in zebrafish. The mechanisms involved were further deduced to be desugarization, glucuronidation, sulfation, and dehydroxymethylation pathways. Dehydroxylation and loss of C-17 residue were also metabolic pathways of ginsenoside Rg5 in zebrafish. Conclusion: Loss of glucose at position C-3 and glucuronidation at position C-12 in zebrafish were regarded as the primary physiological processes of ginsenosides Rk1 and Rg5.
High-fat diets (HFD) and high-carbohydrate diets (HCD)-induced obesity through different pathways, but the metabolic differences between these diets are not fully understood. Therefore, we applied proton nuclear magnetic resonance ($^1H$ NMR)-based metabolomics to compare the metabolic patterns between C57BL/6 mice fed HCD and those fed HFD. Principal component analysis derived from $^1H$ NMR spectra of urine showed a clear separation between the HCD and HFD groups. Based on the changes in urinary metabolites, the slow rate of weight gain in mice fed the HCD related to activation of the tricarboxylic acid cycle (resulting in increased levels of citrate and succinate in HCD mice), while the HFD affected nicotinamide metabolism (increased levels of 1-methylnicotineamide, nicotinamide-N-oxide in HFD mice), which leads to systemic oxidative stress. In addition, perturbation of gut microflora metabolism was also related to different metabolic patterns of those two diets. These findings demonstrate that $^1H$ NMR-based metabolomics can identify diet-dependent perturbations in biological pathways.
Metabolic syndrome (METS) is a disorder of energy utilization and storage and increases the risk of developing cardiovascular disease and diabetes. To identify the genetic risk factors of METS, we carried out a genome-wide association study (GWAS) for 2,657 cases and 5,917 controls in Korean populations. As a result, we could identify 2 single nucleotide polymorphisms (SNPs) with genome-wide significance level p-values (< $5{\times}10^{-8}$), 8 SNPs with genome-wide suggestive p-values ($5{\times}10^{-8}{\leq}$ p < $1{\times}10^{-5}$), and 2 SNPs of more functional variants with borderline p-values ($5{\times}10^{-5}{\leq}$ p < $1{\times}10^{-4}$). On the other hand, the multiple correction criteria of conventional GWASs exclude false-positive loci, but simultaneously, they discard many true-positive loci. To reconsider the discarded true-positive loci, we attempted to include the functional variants (nonsynonymous SNPs [nsSNPs] and expression quantitative trait loci [eQTL]) among the top 5,000 SNPs based on the proportion of phenotypic variance explained by genotypic variance. In total, 159 eQTLs and 18 nsSNPs were presented in the top 5,000 SNPs. Although they should be replicated in other independent populations, 6 eQTLs and 2 nsSNP loci were located in the molecular pathways of LPL, APOA5, and CHRM2, which were the significant or suggestive loci in the METS GWAS. Conclusively, our approach using the conventional GWAS, reconsidering functional variants and pathway-based interpretation, suggests a useful method to understand the GWAS results of complex traits and can be expanded in other genomewide association studies.
$^1H$ nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy of biological samples has been proven to be an effective and nondestructive approach to probe drug toxicity within an organism. In this study, ketoprofen toxicity was investigated using $^1H$-NMR spectroscopy coupled with multivariate statistical analysis. Histopathologic test of ketoprofen-induced acute gastrointestinal damage in rats demonstrated a significant dose-dependent effect. Furthermore, principal component analysis (PCA) derived from $^1H$-NMR spectra of urinary samples showed clear separation between the vehicle-treated control and ketoprofen-treated groups. Moreover, PCA derived from endogenous metabolite concentrations through targeted profiling revealed a dose-dependent metabolic shift between the vehicle-treated control, low-dose ketoprofen-treated (10 mg/kg body weight), and high-dose ketoprofen-treated (50 mg/kg) groups coinciding with their gastric damage scores after ketoprofen administration. The resultant metabolic profiles demonstrated that the ketoprofen-induced gastric damage exhibited energy metabolism perturbations that increased urinary levels of citrate, cis-aconitate, succinate, and phosphocreatine. In addition, ketoprofen administration induced an enhancement of xenobiotic activity in fatty oxidation, which caused increase levels of N-isovalerylglycine, adipate, phenylacetylglycine, dimethylamine, betaine, hippurate, 3-indoxylsulfate, N,N-dimethylglycine, trimethyl-N-oxide, and glycine. These findings demonstrate that $^1H$-NMR-based urinary metabolic profiling can be used for noninvasive and rapid way to diagnose adverse drug effects and is suitable for explaining the possible biological pathways perturbed by nonsteroidal anti-inflammatory drug toxicity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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