S-allylcysteine (SAC) is an aged garlic derived water soluble organosulfur compound and has been suggested to have anticarcinogenic activity against diverse types of cancer cells. This review summarizes the cellular signaling pathways and molecular mechanisms whereby SAC exerts its effects on cellular proliferation, apoptosis, cell cycle progression and metastasis based on the results from both in vitro and in vivo studies. SAC activates proapoptotic proteins including Bax and caspase-3, but suppresses antiapoptotic Bcl-2 family proteins to bring about cancer cell death through mitochondria-mediated intrinsic pathway. SAC also inhibits cellular proliferation by inducing cell cycle arrest in which SAC reduces expression and activation of NF-κB, cyclins, Cdks, PCNA and c-Jun, but elevates expression of cell cycle inhibitor proteins p16 and p21 through suppression of both PI3K/Akt/mTOR and MAPK/ERK signaling pathways. And, SAC inhibits invasion and metastasis of cancer cells by inducing suppression of both angiogenesis and epithelial-mesenchymal transition (EMT) through decreased cyclooxygenase (COX)-2 expression and increased E-cadherin expression which were then caused by suppression of inhibitory transcription factors Id-1 and SLUG from SAC-mediated inactivation of both MAPK/ERK and PI3K/Akt/mTOR/NF-κB signaling pathways. Furthermore, SAC prevents toxic compound-induced carcinogenesis by inducing antioxidant enzymes such as glutathione-s-transferase (GST). Thus, SAC can be considered as a potential chemotherapeutic agent for the prevention and treatment of cancer.
Kim, Hwi-gon;Kim, Jeong-Ho;Heo, Ji-An;Won, Yeong-Seon;Seo, Kwon-Il
Journal of Life Science
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v.31
no.3
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pp.321-329
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2021
This study examined the growth inhibitory effect of the methanol fraction of maesil (Prunus mume) extract (MMF) on LNCaP, PC-3, and RC-58T human prostate cancer cell lines. Among these cell lines, LNCaP was the most sensitive to the inhibitory effects of MMF. Observation of the morphology and apoptotic body formation in the LNCaP cells revealed morphological changes, nuclear damage, and condensation in response to MMF treatment. The suppressive effect of MMF was related to the intrinsic apoptosis pathway, as indicated by increased expression of the pro-apoptotic proteins Bax, capase-3, capase-9, and PARP and decreased expression of the anti-apoptotic protein Bcl-2. Combined treatment with MMF and the AIF inhibitor N-phenylmalemide (N-PM) indicated that MMF treatment alone had a significant growth suppression effect. The involvement of the extrinsic apoptosis pathway was also confirmed by increased expression of AIF and Endo G. The growth suppression effect of MMF was also significant when compared to the effects of a combination of the PI3K inhibitor LY294002 and MMF. The reduced expression of PI3K, p-Akt, and p-mTOR confirmed the involvement of the PI3K/Akt/ mTOR signaling pathway in regulating the anti-proliferative properties of MMF. In conclusion, the growth suppression effect of MMF in the LNCaP human prostate cancer cell line shows the possibility of using this natural product in functional foods.
Hyun Hwangbo;Min Yeong Kim;Seon Yeong Ji;Da Hye Kim;Beom Su Park;Seong Un Jeong;Jae Hyun Yoon;Tae Hee Kim;Gi-Young Kim;Yung Hyun Choi
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.33
no.12
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pp.1635-1647
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2023
Muscle atrophy, which is defined as a decrease in muscle mass and strength, is caused by an imbalance between the anabolism and catabolism of muscle proteins. Thus, modulating the homeostasis between muscle protein synthesis and degradation represents an efficient treatment approach for this condition. In the present study, the protective effects against muscle atrophy of ethanol extracts of Morus alba L. (MA) and Angelica keiskei Koidz. (AK) leaves and their mixtures (MIX) were evaluated in vitro and in vivo. Our results showed that MIX increased 5-aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide-induced C2C12 myotube thinning, and enhanced soleus and gastrocnemius muscle thickness compared to each extract alone in dexamethasone-induced muscle atrophy Sprague Dawley rats. In addition, although MA and AK substantially improved grip strength and histological changes for dexamethasone-induced muscle atrophy in vivo, the efficacy was superior in the MIX-treated group. Moreover, MIX further increased the expression levels of myogenic factors (MyoD and myogenin) and decreased the expression levels of E3 ubiquitin ligases (atrogin-1 and muscle-specific RING finger protein-1) in vitro and in vivo compared to the MA- and AK-alone treatment groups. Furthermore, MIX increased the levels of phosphorylated phosphoinositide 3-kinase (PI3K), protein kinase B (Akt), and mammalian target of rapamycin (mTOR) that were reduced by dexamethasone, and downregulated the expression of forkhead box O3 (FoxO3a) induced by dexamethasone. These results suggest that MIX has a protective effect against muscle atrophy by enhancing muscle protein anabolism through the activation of the PI3K/Akt/mTOR signaling pathway and attenuating catabolism through the inhibition of FoxO3a.
Aims: Mammalian target of rapamycin (mTOR) is master regulator of the PI3K/Akt/mTOR pathway and plays an important role in NSCLCs. Here we characterized mRNA and protein expression levels of mTOR and its functional associated molecules including PTEN, IGF-1R and 4EBP1 in surgically resected NSCLCs. Methods: Fifty-four patients with NSCLCs who underwent pulmonary resection were included in current study. mRNA levels of mTOR, PTEN, IGF-1R, and 4EBP1 were evaluated by RT-PCR and protein expression of mTOR, PTEN, and IGF-1R by immunohistochemistry (IHC). Association of expression of the relevant molecules with clinical characteristics, as well as correlations between mTOR and PTEN, 4EBP1 and IGF-1R were also assessed. Results: The results of RT-PCR showed that in NSCLCs, the expression level of mTOR increased, while PTEN, 4EBP1 and IGF-1R decreased. Statistical analysis indicated high IGF-1R expression was correlated with advanced clinical stage (stage III) and PTEN expression was reversely associated with tumor size (P=0.16). The results of IHC showed mTOR positive staining in 51.8% of cases, while IGF-1R positive staining was found in 83.3% and loss of PTEN in 46.3%. Protein expression of mTOR was correlated with its regulators, PTEN and IGF-1R, to some extent. Conclusions: Abnormal activation of mTOR signaling, high expression of IGF-1R, and loss of PTEN were observed in resected NSCLC specimens. The poor expression agreement of mTOR with its regulators, PTEN, and IGF-1R, implied that combination strategy of mTOR inhibitors with other targets hold significant potential for NSCLC treatment.
Resveratrol, a kind of phytochemical, is presented in grape skins. Resveratorl exerts antiproliferative, anti-cancer and pro-apoptotic activities in cancer cells. Mammalian target of rapamycin (mTOR) is a critical regulator of cellular growth and proliferation, and it is known to be a strategic target for anti-cancer therapeutic uses. mTOR is a major downstream of the PI3K/Akt pathway, which is activated in various cancer cells. It also plays an important role in the survival, proliferation and angiogenesis of cells. Cyclooxygenase-2 (COX-2) is an important protein that mediates inflammatory processes. It plays an important role in various tumors by affecting cell proliferation, mitosis, apoptosis and angiogenesis. In this study, we have investigated the effects of resveratrol on apoptosis through mTOR and COX-2 expression in MCF-7 breast cancer cells. The treatment of resveratrol with different concentrations inhibited proliferation of MCF-7. The data showed that resveratrol induced apoptotic cell death of cancer cells and decreased mTOR and COX-2 expression. These results suggest that resveratrol induces apoptosis of MCF-7 breast cancer cells by inhibiting mTOR and COX-2 expression.
In the United States, about 40,000 new cases of oral cancer are diagnosed each year and nearly 7,800 patients died from it in 2012. Omega-3 polyunsaturated fatty acids have been found to have anticancer effects in a variety of cancer cell lines and animal models, but their effect in oral cancer remains unclear. This study was designed to examine the effect of docosahexaenoic acid (DHA, a kind of omega-3 fatty acid) on oral cancer cells and the molecular mechanism of its action. We found that exposure of squamous cell carcinoma-4 (SCC-4) and squamous cell carcinoma-9 (SCC-9) human oral cancer cells to DHA induced growth inhibition in a dose- and time-dependent manner. Meanwhile, in addition to the elevated levels of apoptotic markers, such as cleaved PARP, subG1 portion and TUNEL-positive nuclei, DHA led to autophagic vesicle formation and an increase in autophagic flux, indicating the involvement of both apoptosis and autophagy in the inhibitory effects of DHA on oral cancer cells. Further experiments revealed that the apoptosis and autophagy induced by DHA were linked to inhibition of mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling by AKT inhibition and AMP-activated protein kinase (AMPK) activation in SCC-9 cells. Together, our results suggest that DHA induces apoptosis- and autophagy-associated cell death through the AMPK/AKT/mTOR signaling pathway in oral cancer cells. Thus, utilization of omega-3 fatty acids may represent a promising therapeutic approach for chemoprevention and treatment of human oral cancer.
Aims and Background: Ginsenoside Rh2, which exerts the potent anticancer action both in vitro and in vivo, is one of the most well characterized ginsenosides extracted from ginseng. Although its effects on cancer are significant, the underlying mechanisms remain unknown. In this study, we sought to elucidate possible links between ginsenoside Rh2 and phosphoglucose isomerase/autocrine motility factor (PGI/AMF). Methods: $KG1{\alpha}$, a leukemia cell line highly expressing PGI/AMF was assessed by western blot analysis and reverse transcription- PCR (RT-PCR) assay after transfection of a small interfering (si)-RNA to silence PGI/AMF. The effect of PGI/AMF on proliferation was measured by typan blue assay and antibody array. A cell counting kit (CCK)-8 and flow cytometry (FCM) were adopted to investigate the effects of Rh2 on PGI/AMF. The relationships between PGI/AMF and Rh2 associated with Akt, mTOR, Raptor, Rag were detected by western blot analysis. Results: KG1${\alpha}$ cells expressed PGI/AMF and its down-regulation significantly inhibited proliferation. The antibody array indicated that the probable mechanism was reduced expression of PARP, State1, SAPK/JNK and Erk1/2, while those of PRAS40 and p38 were up-regulated. Silencing of PGI/AMF enhanced the sensibility of $KG1{\alpha}$ to Rh2 by suppressing the expression of mTOR, Raptor and Akt. Conclusion: These results suggested that ginsenoside Rh2 suppressed the proliferation of $KG1{\alpha}$, the same as down-regulation of PGI/AMF. Down-regulation of PGI/AMF enhanced the pharmacological effects of ginsenoside Rh2 on KG1${\alpha}$ by reducing Akt/mTOR signaling.
Lian, Ji-Hu;Wang, Wei-Hua;Wang, Jia-Qiang;Zhang, Yu-Hong;Li, Yi
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.14
no.9
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pp.5017-5021
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2013
Objective: MicroRNAs (miRNAs) are a small class of non-coding, single-stranded RNAs with a critical role in genesis and maintenance of renal cancer mainly through binding to 3'-untranslated regions (3'UTR) of target mRNAs, which causes a block of translation and/or mRNA degradation. The aim of the present study was to investigate the potential effects of miR-122 in human renal cell carcinomas. Methods: The expression level of miR-122 was quantified by qRT-PCR. MTT, colony formation, invasion and migration assays were used to explore the potential functions of miR-122 in human renal cell carcinoma cells. Results: Cellular growth, invasion and migration in two A498 and 786-O cells were significantly increased after miR-122 transfection. Further experiments demonstrated that overexpression of miR-122 resulted in the increase of phospho-Akt (Ser473) and phospho-mTOR (Ser2448), then activation of mTOR targets, p70S6K and 4E-BP1. Conclusions: The up-regulation of miR-122 may play an important role in the progress of renal cancer through activating PI3K/Akt signal pathway and could be a potential molecular target for anti-cancer therapeutics.
The purpose of this study was to determine if heat shock proteins are involved in autophagy in skeletal muscle. We used the autophagy flux strategy, which is an LC3 II/p62 turnover assay conducted with and without an autophagy inhibitor, to determine whether 17-DMAG (an Hsp90 inhibitor/Hsp72 activator) stimulates autophagy in skeletal muscle. We treated C2C12 cells with 17-DMAG (500 nM) for 24 hr with and without the autophagy inhibitor (Bafilomycin A1, 200 ng/ml), and we injected C57BL/6 mice i.p. with 17-DMAG (10 mg/kg) daily for 7 days with and without colchicine as an autophagy inhibitor (0.4 mg/kg/day, administered on the last 2 days). C2C12 myotubes and tibialis anterior muscles were harvested for analysis of mTOR-dependent autophagy signaling pathway proteins and autophagic marker proteins (p62 and LC3 II) by Western blot analysis. The blots showed that 17-DMAG upregulated hsp72 and decreased Akt protein levels and S6 phosphorylation in C2C12 cells. However, an in vitro autophagic flux assay demonstrated that 17-DMAG did not increase LC3 II and p62 protein concentrations to a greater extent than Bafilomycin A1 treatment alone. Similarly, 17-DMAG increased Hsp72 protein levels and decreased the expression of Akt and the phosphorylation of S6 in mouse skeletal muscle. However, unlike the response seen in C2C12 myotubes, the p62 protein levels were significantly decreased in 17-DMAG-treated mouse skeletal muscle (~50%; p<0.05). The LC3 II protein levels in 17-DMAG-treated mice were increased ~2-fold more when degradation was inhibited by colchicine (p<0.01). This suggests that 17-DMAG stimulates basal autophagy in skeletal muscle but is not found in C2C12 myotubes.
Myofibrillogenesis regulator-1 (MR-1) is a novel protein involved in cellular proliferation, migration, inflammatory reaction and signal transduction. However, little information is available on the relationship between MR-1 expression and the progression of atherosclerosis. Here we report atheroprotective effects of silencing MR-1 in a model of Ang II-accelerated atherosclerosis, characterized by suppression focal adhesion kinase (FAK) and nuclear factor kappaB ($NF-{\kappa}B$) signaling pathway, and atherosclerotic lesion macrophage content. In this model, administration of the siRNA-MR-1 substantially attenuated Ang II-accelerated atherosclerosis with stabilization of atherosclerotic plaques and inhibited FAK, Akt, mammalian target of rapamycin (mTOR) and NF-kB activation, which was associated with suppression of inflammatory factor and atherogenic gene expression in the artery. In vitro studies demonstrated similar changes in Ang II-treated vascular smooth muscle cells (VSMCs) and macrophages: siRNA-MR-1 inhibited the expression levels of proinflammatory factor. These studies uncover crucial proinflammatory mechanisms of Ang II and highlight actions of silencing MR-1 to inhibit Ang II signaling, which is atheroprotective.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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