높은 C4 대사활성을 보이는 반추위미생물이 가지는 포도당 발효대사 조절양식의 한가지를 대장균에서 모사하였다. 대장균은 glycolytic condition에서는 phosphoenolpyruvate(PEP) ${\leftrightarrow}$ oxaloacetate(OAA)간 반응을 phosphenolpyruvate carboxylase(PPC)에 의해, gluconeogenetic condition에서는 phosphoenolpyruvate carboxykinase(PCK)에 의해 촉매하도록 조절한다. 반면 반추위미생물은 glycolytic condition에서 PCK를 통하여 반응이 촉매된다. 이러한 조절양식의 차이점이 C4 대사활성에 미치는 영향을 조사하기 위하며 ppc가 돌연변이되고 대신 인위적으로 PCK를 발현할 수 있는 대장균을 제조하였다. 이렇게 PEP-OAA간 대사조절이 변이된 대장균 K12 ppc-/pck+는 야생형 K12보다 2.5배의 높은 C4대사활성을 보였다. 대장균에서의 C4 대사생리를 증가시키는 연구는 대사공학을 이용한 여러가지 유용물질(i.e. 숙신산, ALA)생산에 응용하기 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Nitrogen (N) is an important regulator of the expression of genes involved in carbon and N assimilation pathways in plants by selectively altering the levels of proteins and/or mRNAs. These in C4 plants include genes for such as phosphoenolpyruvate carboxylase, carbonic anhydrase, and pyruvate-Pi dikinase. The C4 genes are regulated in mesophyll cells by N availability both transcriptionally and posttranscriptionally through cytokinins and glutamine as signals. The level of both the signals is up-regulated by N availability: cytokinins in roots and glutamine in leaves. The level of glutamine is controlled by the differential expression by N of glutamine synthetase and ferrdoxin-dependent glutamate synthase genes which locate in the mesophyll cells of C4 plants. The results is discussed as molecular mechanism for the greater N use efficiency of the plants as well as N partitioning is the photosynthetic cells.
본 연구는 $CO_2$ 스트레스 하에서 생장한 검정말로부터 PEPC 단백질 발현에 대한 환경조절 기작을 잘 이해하도록 하는데 그 목적이 있다. PEPC 농도와 $CO_2$ 보상점과의 관계에서, PEPC농도는 $CO_2$ 보상점 (${\Gamma}$)이 감소할 때 직선상으로 증가하였다. ${\Gamma}$를 유도하는 과정 동안 매일 측정하였다. 검정말은 초기 0일과 1일 사이에 ${\Gamma}$를 급감시키며, 이후 5일까지는 완만한 감소를 나타내었다. PEPC 활성은 0일에서 5일까지 유도 과정 동안 매일 증가하였으며, 5일 동안 4배 이상 증가하였다. PEPC는 100 KD으로 상부에 두 개의 band를 나타내었다. 본 연구의 결과 유도 시작 후 24시간 내에 PEPC 단백질과 효소활성이 증가하였다.
Objective: Cows that are nursing get around 80% of their glucose from liver gluconeogenesis. Propionate, a significant precursor of liver gluconeogenesis, can regulate the key genes involved in hepatic gluconeogenesis expression, but its precise effects on the activity of enzymes have not yet been fully elucidated. Therefore, the aim of this study was to investigate the effects of propionate on the activity, gene expression, and protein abundance of the key enzymes involved in the gluconeogenesis of dairy cow hepatocytes. Methods: The hepatocytes were cultured and treated with various concentrations of sodium propionate (0, 1.25, 2.50, 3.75, and 5.00 mM) for 12 h. Glucose content in the culture media was determined by an enzymatic coloring method. The activities of gluconeogenesis related enzymes were determined by enzyme linked immunosorbent assay kits, and the levels of gene expression and protein abundance of the enzymes were detected by real-time quantitative polymerase chain reaction and Western blot, respectively. Results: Propionate supplementation considerably increased the amount of glucose in the culture medium compared to the control (p<0.05); while there was no discernible difference among the various treatment concentrations (p>0.05). The activities of cytoplasmic phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPCK1), mitochondrial phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPCK2), pyruvate carboxylase (PC), and glucose-6-phosphatase (G6PC) were increased with the addition of 2.50 and 3.75 mM propionate; the gene expressions and protein abundances of PEPCK1, PEPCK2, PC, and G6PC were increased by 3.75 mM propionate addition. Conclusion: Propionate encouraged glucose synthesis in bovine hepatocytes, and 3.75 mM propionate directly increased the activities, gene expressions and protein abundances of PC, PEPCK1, PEPCK2, and G6PC in bovine hepatocytes, providing a theoretical basis of propionate-regulating gluconeogenesis in bovine hepatocytes.
Probiotics have been known to reduce high-fat diet (HFD)-induced metabolic diseases, such as obesity, insulin resistance, and type 2 diabetes. We recently observed that Lactobacillus acidophilus NS1 (LNS1), distinctly suppresses increase of blood glucose levels and insulin resistance in HFD-fed mice. In the present study, we demonstrated that oral administration of LNS1 with HFD feeding to mice significantly reduces hepatic expression of phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK), a key enzyme in gluconeogenesis which is highly increased by HFD feeding. This suppressive effect of LNS1 on hepatic expression of PEPCK was further confirmed in HepG2 cells by treatment of LNS1 conditioned media (LNS1-CM). LNS1-CM strongly and specifically inhibited $HNF4{\alpha}-induced$ PEPCK promoter activity in HepG2 cells without change of $HNF4{\alpha}$ mRNA levels. Together, these data demonstrate that LNS1 suppresses PEPCK expression in the liver by regulating $HNF4{\alpha}$ transcriptional activity, implicating its role as a preventive or therapeutic approach for metabolic diseases.
Effects of Mori Folium Ethanol Soluble Fraction (MFESF) on mRNA expression of glucose transporters, acetyl-CoA carboxylase (ACC) and leptin were examined in db/db mice. 500 and 1000mg/kg dose for MFESF (designated by SY 500 and SY 1000, respectively) and 5mg/kg dose for acarbose were administered for 6 weeks. Quantitations of glucose transporters (GLUT-2 and GLUT-4), ACC and leptin mRNA were performed by RT-PCR and in vitro transcription with co-amplification of rat ${\beta}$-actin gene as an internal standard. Muscular GLUT-4 mRNA expression in MFESF-treated groups were increased dose dependently. On the other hand, MFESF caused the GLLT-4 and leptin mRNA expressions in adipose tissue to decrease dose dependently, which means that triglyceride synthesis in adipocytes might be decreased and consequently signals adipocytes to inhibit the synthesis and release of leptin. Hepatic ACC mRNA expression in MFESF-treated groups was also decreased. and this may result in lowering of serum triiglyceride level. In contrast, liver GLUT-2 mRNA expressions in MFESF-treated and acarbose groups were increased. Higher rate of glucose uptake into hepatocytes is known to inhibit a phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK)-catalyzed reaction, which is a rate-limiting step in gluconeogenesis.
Kim, Eunju;Kim, Yoo-Sun;Kim, Kyung-Mi;Jung, Sangwon;Yoo, Sang-Ho;Kim, Yuri
Nutrition Research and Practice
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제10권1호
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pp.11-18
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2016
BACKGROUND/OBJECTIVES: Type 2 diabetes (T2D) is more frequently diagnosed and is characterized by hyperglycemia and insulin resistance. $\small{D}$-xylose, a sucrase inhibitor, may be useful as a functional sugar complement to inhibit increases in blood glucose levels. The objective of this study was to investigate the anti-diabetic effects of $\small{D}$-xylose both in vitro and stretpozotocin (STZ)-nicotinamide (NA)-induced models in vivo. MATERIALS/METHODS: Wistar rats were divided into the following groups: (i) normal control; (ii) diabetic control; (iii) diabetic rats supplemented with a diet where 5% of the total sucrose content in the diet was replaced with $\small{D}$-xylose; and (iv) diabetic rats supplemented with a diet where 10% of the total sucrose content in the diet was replaced with $\small{D}$-xylose. These groups were maintained for two weeks. The effects of $\small{D}$-xylose on blood glucose levels were examined using oral glucose tolerance test, insulin secretion assays, histology of liver and pancreas tissues, and analysis of phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPCK) expression in liver tissues of a STZ-NA-induced experimental rat model. Levels of glucose uptake and insulin secretion by differentiated C2C12 muscle cells and INS-1 pancreatic ${\beta}$-cells were analyzed. RESULTS: In vivo, $\small{D}$-xylose supplementation significantly reduced fasting serum glucose levels (P < 0.05), it slightly reduced the area under the glucose curve, and increased insulin levels compared to the diabetic controls. $\small{D}$-xylose supplementation enhanced the regeneration of pancreas tissue and improved the arrangement of hepatocytes compared to the diabetic controls. Lower levels of PEPCK were detected in the liver tissues of $\small{D}$-xylose-supplemented rats (P < 0.05). In vitro, both 2-NBDG uptake by C2C12 cells and insulin secretion by INS-1 cells were increased with $\small{D}$-xylose supplementation in a dose-dependent manner compared to treatment with glucose alone. CONCLUSIONS: In this study, $\small{D}$-xylose exerted anti-diabetic effects in vivo by regulating blood glucose levels via regeneration of damaged pancreas and liver tissues and regulation of PEPCK, a key rate-limiting enzyme in the process of gluconeogenesis. In vitro, $\small{D}$-xylose induced the uptake of glucose by muscle cells and the secretion of insulin cells by ${\beta}$-cells. These mechanistic insights will facilitate the development of highly effective strategy for T2D.
Fassah, Dilla Mareistia;Jeong, Jin Young;Baik, Myunggi
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제31권4호
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pp.537-547
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2018
Objective: This study was performed to understand transcriptional changes in the genes involved in gluconeogenesis and glycolysis pathways following castration of bulls. Methods: Twenty Korean bulls were weaned at average 3 months of age, and castrated at 6 months. Liver tissues were collected from bulls (n = 10) and steers (n = 10) of Korean cattle, and hepatic gene expression levels were measured using quantitative real-time polymerase chain reaction. We examined hepatic transcription levels of genes encoding enzymes for irreversible reactions in both gluconeogenesis and glycolysis as well as genes encoding enzymes for the utilization of several glucogenic substrates. Correlations between hepatic gene expression and carcass characteristics were performed to understand their associations. Results: Castration increased the mRNA (3.6 fold; p<0.01) and protein levels (1.4 fold; p<0.05) of pyruvate carboxylase and mitochondrial phosphoenolpyruvate carboxykinase genes (1.7 fold; p<0.05). Hepatic mRNA levels of genes encoding the glycolysis enzymes were not changed by castration. Castration increased mRNA levels of both lactate dehydrogenase A (1.5 fold; p<0.05) and lactate dehydrogenase B (2.2 fold; p<0.01) genes for lactate utilization. Castration increased mRNA levels of glycerol kinase (2.7 fold; p<0.05) and glycerol-3-phosphate dehydrogenase 1 (1.5 fold; p<0.05) genes for glycerol utilization. Castration also increased mRNA levels of propionyl-CoA carboxylase beta (mitochondrial) (3.5 fold; p<0.01) and acyl-CoA synthetase short chain family member 3 (1.3 fold; p = 0.06) genes for propionate incorporation. Conclusion: Castration increases transcription levels of critical genes coding for enzymes involved in irreversible gluconeogenesis reactions from pyruvate to glucose and enzymes responsible for incorporation of glucogenic substrates including lactate, glycerol, and propionate. Hepatic gluconeogenic gene expression levels were associated with intramuscular fat deposition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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