• 제목/요약/키워드: metabolite pathway

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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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폐암 세포에서 Gemcitabine에 의한 세포 사멸과 p53의 역할 (Gemcitabine-induced Cell Death in Lung Cancer Cells : the Role of p53)

  • 김도형;배강우;용화심;최은경;김윤섭;박재석;지영구;이계영
    • Tuberculosis and Respiratory Diseases
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    • 제53권3호
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    • pp.275-284
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    • 2002
  • 연구배경: Gemcitabine은 폐암에서 임상적 유용성이 큰 새로운 항암제이다. 저자들은 폐암세포에서 Gemcita bine에 의한 세포 사멸과 p53의 역할을 규명하고자 하였다. 방 법 : 폐암 세포주로 A549와 H358 세포주를 이용하였고 세포 독성 검사는 MTT assay를 이용하였으며 Gemcitabine 농도는 10nM, 100nM, 1uM, 10uM, 100uM을 사용하였다. 세포 주기 검사는 FACScan을 이용하여 분석하였고 p53 활성화 여부는 western blot을 사용하였다. p53 단백질 분해를 촉진시키는 안정적 세포주 A549-E6과 H358-E6을 제조하고 대조 세포주 A549-neo와 H358-neo 세포주와 비교하여 p53의 기능적 knock-out 실험을 시행하였다. p53의 기능적 knock-out은 p53 유도 약제인 doxorubicine 1 M을 사용하여 western blot으로 확인하였다. 결 과 : A549와 H358 세포주에서 Gemcitabine은 농도에 비례한 세포 독성을 보였고 S phase arrest와 p53의 활성화를 유도하였다. 안정적 세포주 A549-E6과 H358-E6은 MTT assay에서 대조 세포주 A549-noo와 H358-noo에 비해 각각 20-30%, 30-40%의 세포 독성 차단효과를 보였다. 결 론 : Gemcitabine은 S phase arrest를 유발시키고 p53 단백질의 활성화를 유도하며 p53의 기능소실이 Gemcitabine에 대한 저항인자로 작용하고 있음을 확인할 수 있었다. 향후 Gemcitabine에 의해 p53의 활성화가 발생하는 신호경로와 p53 활성화에 의한 아포프토시스의 신호경로에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.

토끼의 성차가 sulfamethazine의 약동학 및 대사산물 생성에 미치는 영향 (Effect of gender on the pharmacokinetics and metabolite formation of sulfamethazine in the rabbit)

  • 윤효인;박일현
    • 대한수의학회지
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    • 제32권1호
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    • pp.35-39
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    • 1992
  • Sulfamethazine(SMZ)은 수의임상에서 감염증 치료 및 예방목적으로 많이 사용되고 있을 뿐 아니라 가축의 생산성 향상을 위해 남용되고 있는 주요한 항균제의 하나이다. SMZ의 생체내 대사 및 약물동태학적 특성은 동물의 종차에 따라 상이함이 잘 알려져 있으나 주요 실험동물 및 경제동물인 토끼에서 조사된 바는 매우 드물다. 한편 성차에 따른 약물대사의 차이는 rat를 비롯한 여러 동물에서 인정되고 있는데 대체로 숫컷이 암컷에 비해 대사능이 활발한 것으로 알려져 있다. 그러나 산양에서의 SMZ의 대사는 오히려 암컷이 더 활발하다는 보고도 있어, 여러 동물종에서 일률적으로 성차에 따른 약물대사를 설명할 수가 없다. 초식성의 습성을 가지고 있는 토끼에 있어 성차에 따른 SMZ의 대사 및 약물동태학적 특성이 다른 초식성 동물인 산양의 경우와 동일한 경향을 보이는지는 매우 흥미 있다할 것이다. New Zealand White 토끼에 SMZ을 이정맥에 35mg/kg를 주사한 후 미리 정해진 시간에 수거된 혈장 및 뇨(24시간)를 HPLC를 이용하여 분석하여 아래와 같은 약물동태학 및 대사적 특성을 얻었다. 1. 토끼에서의 SMZ의 주요 대사경로는 아세틸화$(N_4AcSMZ)$이었다. 두개의 수산화 대사산물(50HSMZ, $6CH_2OHSMZ$)도 생성되어 수산화 경로가 있음을 확인하였으나 양적인 관심에서 주요하지 않았다. 2. 토끼에서의 SMZ의 각 대사산물의 생성은 암수간의 성차에 따른 차이가 인정되지 않았다. 3. SMZ을 토끼의 이정맥에 투여(35mg/kg)하였을 때의 약물동태학적 특성은 1구1차 지수형 배설형태로 설명이 가능하였으며 암수에 따른 성차가 인정되지 않았다. 4. SMZ는 신속하게 $N_4AcSMZ$로 대사되었으며, $N_4AcSMZ$의 체외배설은 SMZ에 비해 매우 느렸으며 성차에 따른 배설속도의 차이를 인정할 수 없었다.

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