Background: Ginseng (Panax ginseng Mayer) is an important natural medicine. However, a long culture period and challenging quality control requirements limit its further use. Although artificial cultivation can yield a sustainable medicinal supply, research on the association between the transplantation and chaining of metabolic networks, especially the regulation of ginsenoside biosynthetic pathways, is limited. Methods: Herein, we performed Liquid chromatography tandem mass spectrometry based metabolomic measurements to evaluate ginsenoside accumulation and categorise differentially abundant metabolites (DAMs). Transcriptome measurements using an Illumina Platform were then conducted to probe the landscape of genetic alterations in ginseng at various ages in transplantation mode. Using pathway data and crosstalk DAMs obtained by MapMan, we constructed a metabolic profile of transplantation Ginseng. Results: Accumulation of active ingredients was not obvious during the first 4 years (in the field), but following transplantation, the ginsenoside content increased significantly from 6-8 years (in the wild). Glycerolipid metabolism and Glycerophospholipid metabolism were the most significant metabolic pathways, as Lipids and lipid-like molecule affected the yield of ginsenosides. Starch and sucrose were the most active metabolic pathways during transplantation Ginseng growth. Conclusion: This study expands our understanding of metabolic network features and the accumulation of specific compounds during different growth stages of this perennial herbaceous plant when growing in transplantation mode. The findings provide a basis for selecting the optimal transplanting time.
This study was conducted to compare the effects of four types of dietary fiber supplementations (cellulose, pectin, guar gum, and polydextrose) on gastrointestinal function, diabetic symptom amelioration and lipid & glucose metabolism in streptozotocin-induced diabetic rats. Six groups of male rats were fed ad libitum dietary fiber-free control diet or one of experimental diets containing 5% dietary fiber for four weeks. All types of dietary fiber supplementation seemed to protect the diabetic animals from the loss of body weight. The primary diabetic symptoms such as polydipsia, polyphasia, polyuria and urinary glucose excretion were ameliorated by cellulose, pectin, and guar gum, but not by polydextrose. Gastrointestinal transit time was significantly shortened and fecal dry weight was significantly increased in all the dietary fiber-supplemented groups except the polydextrose group. Large intestine was significantly lengthened by dietary fiber feeding. The serum triglyceride and total cholesterol levels were effectively lowered by pectin, guar gum and polydextrose. Regardless of their types, the fiber supplementation had no effect on serum HDL-cholesterol. Whereas fasting blood glucose level was significantly lowered by all types of fiber supplementations, glucose tolerance was more effectively improved by pectin and guar gum.
Cancer cells are known to show increased rates of glycolysis metabolism. Based on this, PET studies using F-18-fluorodeoxyglucose have been used for the detection of primary and metastatic tumors. To account for this increased glucose uptake, a variety of mechanisms has been proposed. Glucose influx across the cell membrane is mediated by a family of structurally related proteins known as glucose transporters (Gluts). Among 6 isoforms of Gluts, Glut-1 and/or Glut-3 have been reported to show increased expression in various tumors. Increased level of Glut mRNA transcription is supposed to be the basic mechanism of Glut overexpression at the protein level. Some oncogens such as src or ras intensely stimulate Glut-1 by means of increased Glut-1 mRNA levels. Hexokinase activity is another important factor in glucose uptake in cancer cells. Especially hexokinase type II is considered to be involved in glycolysis of cancer cells. Much of the hexokinase of tumor cells is bound to outer membrane of mitochondria by the porin, a hexokinase receptor. Through this interaction, hexokinase may gain preferred access to ATP synthesized via oxidative phosphorylation in the inner mitochondria compartment. Other biologic factors such as tumor blood flow, blood volume, hypoxia, and infiltrating cells in tumor tissue are involved. Relative hypoxia may activate the anaerobic glycotytic pathway. Surrounding macrophages and newly formed granulation tissue in tumor showed greater glucose uptake than did viable cancer cells. To expand the application of FDG PET in oncology, it is important for nuclear medicine physicians to understand the related mechanisms of glucose uptake in cancer tissue.
Prolyl endopeptidase (PEP, EC 3.4.21.26, also referred to as prolyl oligopeptidase) degrades proline containing, biologically active neuropeptides such as vasopressin, substance P and thyrotropin-releasing hormone by cleaving peptide bonds on carboxyl side of prolyl residue within neuropeptides of less than 30 amino acids. Evaluation of PEP levels in postmortem brains of Alzheimer's disease patients revealed significant increases in PEP activity. Therefore, a specific PEP inhibitor can be a good candidate of drug against memory loss. Upon our examination for PEP inhibitory activity from micronutrients, ascorbic acid (vitamin C) showed small but significant PEP inhibition (13% PEP inhibition at $8{\mu}g{\cdot}ml^{-1}$). Palmitic acid showed almost no PEP inhibition. However, 6-O-palmitoyl ascorbic acid ($\underline{1}$) showed 70% PEP inhibition at $8{\mu}g{\cdot}ml^{-1}$ indicating that hydrophobic portion of the compound $\underline{1}$ may facilitate the inhibitory effect. $IC_{50}$ value of compound $\underline{1}$ was $12.6{\pm}0.2{\mu}M$. The primary and secondary Lineweaver Burk and Dixon plots for compound $\underline{1}$ indicated that it is a non-competitive inhibitor with inhibition constant (Ki) value of $23.7{\mu}M$.
Cytokinins are adenine derivatives that regulate numerous plant growth and developmental processes, including apical and floral meristem development, stem growth, leaf senescence, apical dominance, and stress tolerance. However, not much is known about how cytokinin biosynthesis and metabolism is regulated. We identified a novel Arabidopsis gene, ALL, encoding an aldolase-like enzyme that regulates cytokinin signaling. An Arabidopsis mutant, all-1D, in which ALL is activated by the nearby insertion of the 35S enhancer, exhibited extreme dwarfism with rolled, dark-green leaves and reduced apical dominance, symptomatic of cytokinin-overproducing mutants. Consistent with this, ARR4 and ARR5, two representative primary cytokinin-responsive genes, were significantly induced in all-1D. Whereas SHOOT MERISTEMLESS (STM) and KNAT1, which regulate meristem development, were also greatly induced, expression of REV and PHV that regulate lateral organ polarity was inhibited. ALL encodes an aldolase-like enzyme that belongs to the HpcH/HpaI aldolase family in prokaryotes and is down-regulated by exogenous cytokinin, possibly through a negative feedback pathway. We propose that ALL is involved in cytokinin biosynthesis or metabolism and acts as a positive regulator of cytokinin signaling during shoot apical meristem development and determination of lateral organ polarity.
Kim, Seongryong;Song, Hyun-Sup;Yu, Jihyun;Kim, You-Me
Molecules and Cells
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v.44
no.5
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pp.342-355
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2021
The microphthalmia-associated transcription factor family (MiT family) proteins are evolutionarily conserved transcription factors that perform many essential biological functions. In mammals, the MiT family consists of MITF (microphthalmia-associated transcription factor or melanocyte-inducing transcription factor), TFEB (transcription factor EB), TFE3 (transcription factor E3), and TFEC (transcription factor EC). These transcriptional factors belong to the basic helix-loop-helix-leucine zipper (bHLH-LZ) transcription factor family and bind the E-box DNA motifs in the promoter regions of target genes to enhance transcription. The best studied functions of MiT proteins include lysosome biogenesis and autophagy induction. In addition, they modulate cellular metabolism, mitochondria dynamics, and various stress responses. The control of nuclear localization via phosphorylation and dephosphorylation serves as the primary regulatory mechanism for MiT family proteins, and several kinases and phosphatases have been identified to directly determine the transcriptional activities of MiT proteins. In different immune cell types, each MiT family member is shown to play distinct or redundant roles and we expect that there is far more to learn about their functions and regulatory mechanisms in host defense and inflammatory responses.
Chemotherapy continues to be a mainstay of cancer treatment, although drug resistance is a major obstacle. Lipid metabolism plays a critical role in cancer pathology, with elevated ether lipid levels. Recently, alkylglyceronephosphate synthase (AGPS), an enzyme that catalyzes the critical step in ether lipid synthesis, was shown to be up-regulated in multiple types of cancer cells and primary tumors. Here, we demonstrated that silencing of AGPS in chemotherapy resistance glioma U87MG/DDP and hepatic carcinoma HepG2/ADM cell lines resulted in reduced cell proliferation, increased drug sensitivity, cell cycle arrest and cell apoptosis through reducing the intracellular concentration of lysophosphatidic acid (LPA), lysophosphatidic acid-ether (LPAe) and prostaglandin E2 (PGE2), resulting in reduction of LPA receptor and EP receptors mediated PI3K/AKT signaling pathways and the expression of several multi-drug resistance genes, like MDR1, MRP1 and ABCG2. ${\beta}$-catenin, caspase-3/8, Bcl-2 and survivin were also found to be involved. In summary, our studies indicate that AGPS plays a role in cancer chemotherapy resistance by mediating signaling lipid metabolism in cancer cells.
Overnutrition is one of the major causes of non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). NAFLD is characterized by an accumulation of lipids (triglycerides) in hepatocytes and is often accompanied by high plasma levels of free fatty acids (FFA). In this study, we compared the energy metabolism in acute steatotic and non-steatotic primary mouse hepatocytes. Acute steatosis was induced by pre-incubation with high concentrations of oleate and palmitate. Labeling experiments were conducted using [$U-^{13}C_5$,$U-^{15}N_2$] glutamine. Metabolite concentrations and mass isotopomer distributions of intracellular metabolites were measured and applied for metabolic flux estimation using transient $^{13}C$ metabolic flux analysis. FFAs were efficiently taken up and almost completely incorporated into triglycerides (TAGs). In spite of high FFA uptake rates and the high synthesis rate of TAGs, central energy metabolism was not significantly changed in acute steatotic cells. Fatty acid ${\beta}$-oxidation does not significantly contribute to the detoxification of FFAs under the applied conditions.
Park, Yoo-Heon;Kim, Jong-Gun;Shin, Yong-Won;Kim, Sae-Hun;Whang, Kwang-Youn
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.17
no.4
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pp.655-662
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2007
This study examined the effects of Lactobacillus acidophilus ATCC 43121 (LAB) on cholesterol metabolism in hypercholesterolemia-induced rats. Four treatment groups of rats (n=9) were fed experimental diets: normal diet, normal $diet+LAB(2{\times}10^6\;CFU/day)$, hypercholesterol diet (0.5% cholesterol, w/w), and hypercholesterol diet+LAB. Body weight, feed intake, and feed efficiency did not differ among the four groups. Supplementation with LAB reduced total serum cholesterol (25%) and VLDL+IDL+LDL cholesterol (42%) in hypercholesterol diet groups, although hepatic tissue cholesterol and lipid contents were not changed. In the normal diet group, cholesterol synthesis (HMG-CoA reductase expression), absorption (LDL receptor expression), and excretion via bile acids (cholesterol $7{\alpha}-hydroxylase$ expression) were increased by supplementation with LAB, and increased cholesterol absorption and decreased excretion were found in the hypercholesterol diet group. Total fecal acid sterols excretion was increased by supplementation with LAB. With proportional changes in both normal and hypercholesterol diet groups, primary bile acids (cholic and chenodeoxycholic acids) were reduced, and secondary bile acids (deoxycholic and lithocholic acids) were increased. Fecal neutral sterol excretion was not changed by LAB. In this experiment, the increase in insoluble bile acid (lithocholic acid) reduced blood cholesterol level in rats fed hypercholesterol diets supplemented with LAB. Thus, in the rat, L. acidophilus ATCC 43121 is more likely to affect deconjugation and dehydroxylation during cholesterol metabolism than the assimilation of cholesterol into cell membranes.
The maintenance of the osmolality of body fluids within a very narrow physiologic range is possible by water balance mechanisms that control the intake and excretion of water. Main factors of this process are the thirst and antidiuretic hormon arginine vasopressin (AVP), secretion regulated by osmoreceptors in the hypothalamus. Body water is the primary determinant of the osmolality of the extracellular fluid (ECF), disorders of body water homeostasis can be divided into hypo-osmolar disorders, in which there is an excess of body water relative to body solute, and hyperosmolar disorders, in which there is a deficiency of body water relative to body solute. The sodium is the predominant cation in ECF and the volume of ECF is directly proportional to the content of sodium in the body. Disorders of sodium balance, therefore, may be viewed as disorders of ECF volume. This reviews addresses the regulatory mechanisms underlying water and sodium metabolism, the two major determinants of body fluid homeostasis for a good understanding of the pathophysiology and proper management of disorders with disruption of water and sodium balance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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