Molecular structures and chemical properties of 1-aminoimidazole derivatives have been investigated at high levels of density functional theories. Heat of formation, density, explosive performances and impact sensitivities have been estimated at the global minimum of potential energy surface. As more nitro groups are introduced, the explosive performances of 1-aminoimidazole derivatives are enhanced, while the impact sensitivity becomes more sensitive. A two-dimensional plot between explosive performance and impact sensitivity has been utilized to comprehend the technical status of new explosive candidates. Based on locations in the two-dimensional plot, 1-aminodinitroimidzole isomers appears to have a potential to be good candidates for insensitive explosives, and 1-aminotrinitroimidazole may become a powerful explosive molecule whose behavior is quite close to HMX.
It is debatable whether AMP-activated protein kinase (AMPK) activation is involved in anti-apoptotic or pro-apoptotic signaling. AICAR treatment increases AMPK-${\alpha}1$ phosphorylation, decreases intracellular reactive oxygen species (ROS) levels, and significantly increases Annexin V-positive cells, DNA laddering, and caspase activity in human myeloid cell. AMPK activation is therefore implicated in apoptosis. However, AMPK-${\alpha}1$-knockdown THP-1 cells are more sensitive to apoptosis than control THP-1 cells are, suggesting that the apoptosis is AMPK-independent. Low doses of AICAR induce cell proliferation, whereas high doses of AICAR suppress cell proliferation. Moreover, these effects are significantly correlated with the downregulation of intracellular ROS, strongly suggesting that AICAR-induced apoptosis is critically associated with the inhibition of NADPH oxidase by AICAR. Collectively, our results demonstrate that in AICAR-induced apoptosis, intracellular ROS levels are far more relevant than AMPK activation.
Jo, Kyungae;Jang, Woo Young;Yun, Beom Sik;Kim, Jin Soo;Lee, Hyun-Sun;Chang, Yeok Boo;Suh, Hyung Joo
Food Science of Animal Resources
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v.41
no.4
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pp.623-635
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2021
The effect of deer antler extract on muscle differentiation and muscle atrophy were evaluated to minimize muscle loss following aging. Various deer antler extracts (HWE, hot water extract of deer antler; FE, HWE of fermented deer antler; ET, enzyme-assisted extract of deer antler; UE, extract prepared by ultrasonication of deer antler) were evaluated for their effect on muscle differentiation and inhibition of 5-aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleoside (AICAR)-induced muscle atrophy in C2C12 cells. Morphological changes according to the effect of antler extracts on muscle differentiation were confirmed by Jenner-Giemsa staining. In addition, the expression levels of genes related to muscle differentiation and atrophy were confirmed through qRT-PCR. In the presence of antler extracts, the length and thickness of myotubes and myogenin differentiation 1 (MyoD1) and myogenic factor 5 (Myf5) gene expression were increased compared to those in the control group (CON). Gene expression of AMP-activated protein kinase (AMPK), MyoD1, and myogenin, along with the muscle atrophy factors muscle RING finger-1 (MuRF-1) and forkhead box O3a (FoxO3a) upon addition of deer antler extracts to muscle-atrophied C2C12 cells was determined by qRT-PCR after treatment with AICAR. The expression of MuRF-1 and FoxO3a decreased in the groups treated with antler extracts compared to that in the group treated with AICAR alone. In addition, gene expression of MyoD1 and myogenin in the muscle atrophy cell model was significantly increased compared that into the CON. Therefore, our findings indicate that antler extract can increase the expression of MyoD1, Myf5 and myogenin, inhibit muscle atrophy, and promote muscle differentiation.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Platycodon grandiflorum (PG), an oriental herbal medicine, has been known to improve liver function, and has both anti-inflammatory and antimicrobial properties. However, little is known about the immune-enhancing effects of PG and its mechanism. In this study, we aimed to investigate whether fermented PG extract (FPGE), which has increased platycodin D content, activates the immune response in a murine macrophage cell line, RAW 264.7. MATERIALS/METHODS: Cell viability was determined by Cell Counting Kit-8 assay and the nitric oxide (NO) levels were measured using Griess reagent. Cytokine messenger RNA levels of were monitored by quantitative reverse transcription polymerase chain reaction. To investigate the molecular mechanisms underlying immunomodulatory actions of FPGE in RAW 264.7 cells, we have conducted luciferase reporter gene assay and western blotting. RESULTS: We found that FPGE treatment induced macrophage cell proliferation in a dose-dependent manner. FPGE also modulated the expression of NO and pro-inflammatory cytokines, such as tumor necrosis factor-α, interleukin (IL)-1β, and IL-6. The activation and phosphorylation levels of nuclear factor kappa B (NF-κB) were increased by FPGE treatment. Moreover, 5-aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide, an activator of AMP-activated kinase (AMPK), significantly reduced both lipopolysaccharides- and FPGE-induced NF-κB reporter gene activity. CONCLUSIONS: Taken together, our findings suggest that FPGE may be a novel immune-enhancing agent acting via AMPK-NF-κB signaling pathway.
Lee, Jae Seung;Park, Sun Joo;Cho, You Sook;Huh, Jin Won;Oh, Yeon-Mok;Lee, Sang-Do
Tuberculosis and Respiratory Diseases
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v.78
no.1
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pp.8-17
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2015
Background: AMP-activated protein kinase (AMPK) not only functions as an intracellular energy sensor and regulator, but is also a general sensor of oxidative stress. Furthermore, there is recent evidence that it participates in limiting acute inflammatory reactions, apoptosis and cellular senescence. Thus, it may oppose the development of chronic obstructive pulmonary disease. Methods: To investigate the role of AMPK in cigarette smoke-induced lung inflammation and emphysema we first compared cigarette smoking and polyinosinic-polycytidylic acid [poly(I:C)]-induced lung inflammation and emphysema in $AMPK{\alpha}1$-deficient ($AMPK{\alpha}1$-HT) mice and wild-type mice of the same genetic background. We then investigated the role of AMPK in the induction of interleukin-8 (IL-8) by cigarette smoke extract (CSE) in A549 cells. Results: Cigarette smoking and poly(I:C)-induced lung inflammation and emphysema were elevated in $AMPK{\alpha}1$-HT compared to wild-type mice. CSE increased AMPK activation in a CSE concentration- and time-dependent manner. 5-Aminoimidazole-4-carboxamide-1-${\beta}$-4-ribofuranoside (AICAR), an AMPK activator, decreased CSE-induced IL-8 production while Compound C, an AMPK inhibitor, increased it, as did pretreatment with an $AMPK{\alpha}1$-specific small interfering RNA. Conclusion: $AMPK{\alpha}1$-deficient mice have increased susceptibility to lung inflammation and emphysema when exposed to cigarette smoke, and AMPK appears to reduce lung inflammation and emphysema by lowering IL-8 production.
Increased oxidative stress by abnormal mitochondrial function can damage cell signal transduction and gene expression, and induce insulin resistance or diabetes. Autophagy, however, improve insulin resistance by clearance of malfunctioning mitochondria. Exercise also recovers the muscle dysfunction and degeneration by activating mitochondrial biogenesis. As it seems that exercise and autophagy might act as an orchestrated network to induce mitochondrial biogenesis, we investigated whether autophagy is involved in AMPK signal pathway stimulated by exercise or AICAR to increase mitochondrial biogenesis. And it showed that PGC-1 and mtTFA, but not autophagy marker LC3 mRNA expression were significantly increased by 6 hr of acute exercise. On the other hand, PGC-1 and mtTFA mRNA expression were upregulated by AICAR treatment to C2C12 myotube. However these genes were not inhibited by LC3 siRNA transfection. These results provide the evidence that autopahgy affects on mitochondrial biogenesis through different signal pathway from AMPK signal transduction.
Muscle atrophy, known as a sarcopenia, is defined as a loss of muscle mass resulting from a reduction in the muscle fiber area or density due to a decrease in muscle protein synthesis and an increase in protein breakdown. Schisandrae fructus (SF) extract of the fruits of Schisandra chinensis (Turcz) Baillon has been used as a tonic in traditional medicine for thousands of years. Although a great deal of work has been carried out on the therapeutic potential of SF, its pharmacological mechanisms of action in muscle diseases actions remain unclear. In the present study, we investigated the inhibitory effects of SF ethanol extracts on the production of muscle atrophy factors in C2C12 myotubes stimulated with 5-aminoimidazole-4-carboxamide-ribonucleotide (AICAR), an AMP-activated kinase (AMPK) activator, and sought to determine the underlying mechanisms of action. AICAR upregulated atrophy-related ubiquitin ligase muscle RING finger-1 (MuRF-1) and stimulated the levels of the forkhead box O3a (FoxO3a) transcription factor in the C2C12 myotubes. SF supplementation effectively and concentration- dependently counteracted AICAR-induced muscle cell atrophy and reversed the increased expression of MuRF-1 and FoxO3a. Our study demonstrates that SF can reverse the muscle cell atrophy caused by AICAR through regulation of the AMPK and FoxO3a signaling pathways, followed by inhibition of MuRF-1.
Park, Song-Yi;Hwang, Jin-Taek;Lee, Yun-Kyoung;Kim, Young-Min;Park, Ock-Jin
Journal of Life Science
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v.19
no.4
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pp.423-428
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2009
Selenium was investigated using human origin preadipocytes to see whether it possesses preventive or therapeutic effects for obesity. Unveiling the potential of selenium in the reduction of adipogenesis can help predict the therapeutic capabilities of selenium in obesity. In the present study, the molecular mechanism of the inhibition of adipogenesis by selenium was explored to unravel the involvement of the AMP-activated protein kinase. There is emerging evidence that AMPK, a sensor of cellular energy status, is a possible molecular target of controlling adipocyte differentiation on the basis of discovery that AMPK is responsible for the major metabolic responses to exercise, and integration of nutritional and hormonal signals to modulate feeding behavior or energy expenditure in the hypothalamus. Treatment of selenium resulted in inhibition of the adipocyte differentiation process and induction of mature apoptosis in 3T3-L1 adipocytes. We hypothesized that selenium may exert anti-adipogenic potential though modulating AMPK. We have found that selenium significantly activated AMPK and phosphorylated its substrate acetyl-CoA carboxylase ($ACC-serine^{79}$) during the inhibitory process of adipocytes. Also, the inhibition process of adipocyte differentiation by selenium was comparable to either reveratrol or a synthetic AMPK activator, AICAR (5-aminoimidazole-4-carboxamide-1-${\beta}$-D-ribofuranoside). To evaluate the involvement of AMPK in anti-lipogensis, we applied AICAR and Compound C, an AMPK inhibitor, to 3T3-L1-adipocytes and found that AMPK is required for the adipocyte differentiation blocking process. These results suggest that selenium has a potential to control adipogenesis and that this effect is mediated by AMPK, an essential kinase for both inhibition of adipocyte differentiation and apoptosis of mature adipocytes.
Park, Chang-Seok;Kim, Jae-Hwan;Oh, Young-Kyoon;Kim, Kyoung-Hoon;Choi, Chang-Weon;Cho, Eun-Seok;Jeong, Yong-Dae;Park, Sung-Kwon
Journal of Animal Science and Technology
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v.54
no.5
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pp.369-373
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2012
AMP-activated protein kinase (AMPK) maintains energy homeostasis in skeletal muscle. Nonetheless, its functional role on protein synthesis with different nutrient availability has not been elucidated. Therefore, the purpose of this study is to examine the effect of AMPK activity on protein content in C2C12 myotubes incubated with low (5 mM; LG) or high (25 mM; HG) glucose media. LG stimulated (p<0.05) AMPK and acetyl CoA carboxylase (ACC) activity compare to those in HG group. Total protein content was higher in myotubes cultured with HG than in those cultured with LG and further increased by AICAR (5-amino-1-${\beta}$-D-ribofuranosyl-imidazole-4-carboxamide). Myotubes cultured with HG showed 7.5% lower UbFL (Ubiquitin Firefly Luciferase)-to-SV40 (Simian virus40) ratio compared to those in LG. Glucose level did not change the phosphorylation level of mammalian target of rapamycin (mTOR). Interestingly, administration of AICAR significantly increased phosphorylation level of mTOR in myotubes cultured with LG but not in those with HG. Overall, this data indicate that AMPK activity and protein turnover are finely regulated in response to different glucose concentration.
Li, Qiong;Li, Zhongwen;Lou, Aihua;Wang, Zhenyu;Zhang, Dequan;Shen, Qingwu W.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.30
no.6
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pp.857-864
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2017
Objective: The purpose of this study was to investigate the influence of AMP-activated protein kinase (AMPK) activation on protein acetylation and glycolysis in postmortem muscle to better understand the mechanism by which AMPK regulates postmortem glycolysis and meat quality. Methods: A total of 32 mice were randomly assigned to four groups and intraperitoneally injected with 5-Aminoimidazole-4-carboxamide1-${\beta}$-D-ribofuranoside (AICAR, a specific activator of AMPK), AICAR and histone acetyltransferase inhibitor II, or AICAR, Trichostatin A (TSA, an inhibitor of histone deacetylase I and II) and Nicotinamide (NAM, an inhibitor of the Sirt family deacetylases). After mice were euthanized, the Longissimus dorsi muscle was collected at 0 h, 45 min, and 24 h postmortem. AMPK activity, protein acetylation and glycolysis in postmortem muscle were measured. Results: Activation of AMPK by AICAR significantly increased glycolysis in postmortem muscle. At the same time, it increased the total acetylated proteins in muscle 45 min postmortem. Inhibition of protein acetylation by histone acetyltransferase inhibitors reduced AMPK activation induced increase in the total acetylated proteins and glycolytic rate in muscle early postmortem, while histone deacetylase inhibitors further promoted protein acetylation and glycolysis. Several bands of proteins were detected to be differentially acetylated in muscle with different glycolytic rates. Conclusion: Protein acetylation plays an important regulatory role in postmortem glycolysis. As AMPK mediates the effects of pre-slaughter stress on postmortem glycolysis, protein acetylation is likely a mechanism by which antemortem stress influenced postmortem metabolism and meat quality though the exact mechanism is to be elucidated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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