Cnidium officinale, a traditional herb, has diverse beneficial pharmacological activities, such as anti-inflammatory, antioxidant, anticancer, and antiangiogenesis effects. However, the cellular and molecular mechanisms of apoptosis by C. officinale are poorly defined. The present study investigated the proapoptotic effects of water, ethanol, and methanol extract of C. officinale (WECO, EECO, and MECO, respectively) in human leukemia U937 cells. The antiproliferative activity of EECO was higher than that of WECO and MECO. The antiproliferative effect of EECO treatment in U937 cells was associated with the induction of apoptotic cell death, including increased populations of annexin-V positive cells, the formation of apoptotic bodies, DNA fragmentation, and increased numbers of cells with a loss of mitochondrial membrane potential (MMP, Δψm). EECO-induced apoptotic cell death was associated with upregulation of death receptor 4 (DR4) and down-regulation of cellular inhibitor of apoptosis protein-1 (cIAP-1), Bcl-2, and total Bid. The EECO treatment also induced the proteolytic activation of caspases (-3, -8, and -9), and degradation of caspase-3 substrate proteins, such as poly(ADP-ribose) polymerase (PARP), β-catenin, and phospholipase C-γ1 (PLCγ1). In addition, the EECO treatment effectively activated the adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK) signaling pathway. However, compound C, a specific inhibitor of AMPK, significantly reduced EECO-induced apoptosis. These results indicate that AMPK is a key regulator of apoptosis in response to EECO in human leukemia U937 cells.
The 5'-adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK) is a key part of a kinase-signaling cascade that acts to maintain energy homeostasis. The objective of this experiment was to investigate the possible effects of fasting and refeeding on the gene expression of hypothalamic AMPK, some appetitive regulating peptides and lipid metabolism related enzymes. Seven-day-old male broiler (Arbor Acres) chicks were allocated into three equal treatments: fed ad libitum (control); fasted for 24 h; fasted for 24 h and then refed for 24 h. Compared with the control, the hypothalamic gene expression of $AMPK{\alpha}2$, $AMPK{\beta}1$, $AMPK{\beta}2$, $AMPK{\gamma}1$, Ste20-related adaptor protein ${\beta}$ ($STRAD{\beta}$), mouse protein $25{\alpha}$ ($MO25{\alpha}$) and agouti-related peptide (AgRP) were increased after fasting for 24 h. No significant difference among treatments was observed in mRNA levels of $AMPK{\alpha}1$, $AMPK{\gamma}2$, LKB1 and neuropeptide Y (NPY). However, the expression of $MO25{\beta}$, pro-opiomelanocortin (POMC), corticotropin-releasing hormone (CRH), ghrelin, fatty acid synthase (FAS), acetyl-CoA carboxylase ${\alpha}$ ($ACC{\alpha}$), carnitine palmitoyltransferase 1 (CPT-1) and sterol regulatory element binding protein-1 (SREBP-1) were significantly decreased. The present results indicated that 24 h fasting altered gene expression of AMPK subunits, appetite regulation peptides and lipometabolism related factors in chick's hypothalamus; the hypothalamic FAS signaling pathway might be involved in the AMPK regulated energy homeostasis and/or appetite regulation in poultry.
Kim, Soo-Cheol;Han, Mi-Young;Kim, Hak-Jae;Jung, Kyung-Hee
The Korea Journal of Herbology
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v.22
no.2
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pp.155-161
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2007
Objectives: Evidences suggests that Ginkgo biloba, a widely used traditional medicine, shows a hypoglycemic effect. Thus, we investigatd the effect of G. biloba extract (GB) on glucose uptake in L6 rat skeletal muscle cells. Method : Effect of GB on glucose uptake and phosphatidylinositol (PI) 3-kinase activity were assessed using Glucose uptake assay and PI 3-kinase assay, respectively. Also, AMP-activated protein kinase (AMPK), p38 mitogen activated protein kinase (p38 MAPK) expression were identified by Western blot. Results : Glucose uptake assay revealed that GB increased glucose uptake about 2.5-fold compared to thecontrol. GB stimulated the activity of PI 3-kinase which is a major switch element on the glucose uptake pathway. About a 6.5-fold increase in activity of PI 3-kinase was observed with GB. We then assessed the activity of AMPK, another regulatory molecule on the glucose uptake pathway. The result was that GB increased the phosphorylation level of both AMPK ${\alpha}$l and ${\alpha}$2. The activity of p38 MAPK, a downstream mediator of AMPK, was also increased by CB. Conclusion : These results suggest that GB may stimulate glucose uptake through both PI 3-kinase and AMPK mediated pathways in L6 skeletal muscle cells thereby contributing to glucose homeostasis.
The ability of the total extract from Physalis angulata; three fractions after partitioning with n-hexane, ethyl acetate (TBE), and water; and four withanolides (compounds 1 - 4) to phosphorylate 5'-adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK) and acetyl-CoA carboxylase (ACC) in HepG2 cells was evaluated. The TBE fraction (50 ㎍/mL) activated p-ACC and p-AMPK expression most strongly. Compounds 1 - 4 (10 μM) upregulated p-ACC expression at different levels. Compound 4 induced the most significant changes in p-AMPK expression, followed by 1 and 2. Sterol regulatory element-binding proteins (SREBPs) play a functional role in the transcriptional regulation of the lipogenic pathway, including fatty acid synthase (FAS) and ACC. The effects of compounds 2 and 4 (10 μM) on FAS and SREBP-1c expression under high glucose conditions (30 mM) in HepG2 cells were evaluated further. Both dose-dependently inhibited FAS and SREBP-1c expression as well as lipid accumulation (1 - 10 μM) were compared to high-concentration glucose control, which upregulated FAS and SREBP-1c. These results suggest that compounds 2 and 4 upregulate AMPK, suppress FAS and SREBP-1c, and have potential effects on glucose and lipid metabolism.
Ji, Seon Young;Jeon, Keong Yoon;Jeong, Jin Woo;Hong, Su Hyun;Huh, Man Kyu;Choi, Yung Hyun;Park, Cheol
Journal of Life Science
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v.27
no.2
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pp.155-163
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2017
Mori Folium, the leaf of Morus alba, is a traditional medicinal herb that shows various pharmacological activities such as antiinflammatory, antidiabetic, antimelanogenesis, antioxidant, antibacterial, antiallergic, and immunomodulatory activities. However, the mechanisms of their inhibitory effects on adipocyte differentiation and adipogenesis remain poorly understood. In the present study, we investigated the inhibition of adipocyte differentiation and adipogenesis by ethanol extracts of Mori Folium (EEMF) in 3T3-L1 preadipocytes. Treatment with EEMF suppressed the terminal differentiation of 3T3-L1 preadipocytes in a dose-dependent manner, as confirmed by a decrease in the lipid droplet number and lipid content through Oil Red O staining. EEMF significantly reduced the accumulation of cellular triglyceride, which is associated with a significant inhibition of pro-adipogenic transcription factors, including sterol regulatory element-binding protein-1c (SREBP-1c), peroxisome proliferator-activated receptor-${\gamma}$ ($PPAR{\gamma}$), and CCAAT/enhancer-binding proteins ${\alpha}$ ($C/EBP{\alpha}$) and ${\beta}$ ($C/EBP{\beta}$). In addition, EEMF potentially downregulated the expression of adipocyte-specific genes, including adipocyte fatty acid binding protein (aP2) and leptin. Furthermore, EEMF treatment effectively increased the phosphorylation of the AMP-activated protein kinase (AMPK) and acetyl CoA carboxylase (ACC); however, treatment with a potent inhibitor of AMPK, compound C, significantly restored the EEMF-induced inhibition of pro-adipogenic transcription factors and adipocyte-specific genes. These results together indicate that EEMF has preeminent effects on the inhibition of adipogenesis through the AMPK signaling pathway, and further studies will be needed to identify the active compounds in Mori Folium.
In this study, we investigated the ability of luteolin, a plant derived flavonoid on hepatocarcinoma cell growth using HepG2 cell culture system. We found that luteolin increased the Smac/DIABLO releases, a mitochondrial protein that potentiates apoptosis. Luteolin also induced either transcriptional activity or expression of PPAR-gamma, a target of cancer growth that PPAR-gamma agonist sensitizes to apoptosis in certain cancer types. To find the possible upstream target molecules of PPAR-gamma activated by luteolin treatment, we used compound C, a specific inhibitor of AMP-activated protein kinase. Pre-treatment of Compound C significantly restored the activation or expression of PPAR-gamma stimulated by luteolin. This result indicated that AMPK signaling might be involved in the activation or expression of PPAR-gamma signaling pathway stimulated by luteolin. Moreover, we also found that luteolin inhibited the insulin-stimulated Akt phosphorylation as well as AICAR, a specific AMPK activator. These results propose that luteolin significantly induces cancer cell death through modulating survival signal pathways such as PPAR-gamma and Akt. AMPK signaling pathway may be an upstream regulator for survival signal pathways such as PPAR-gamma and Akt stimulated by luteolin.
Background: Fraxetin (7,8-dihydroxy-6-methoxy coumarin), a coumarin derivative, has been reported to possess antioxidative, anti-inflammatory and neuroprotective effects. A number of recent observations suggest that the induction of heme oxygenase-1 (HO-1) inhibits inflammation and tumorigenesis. In the present study, we determined the effect of fraxetin on HO-1 expression in HaCaT human keratinocytes and investigated its underlying molecular mechanisms. Methods: Reverse transcriptase-PCR and Western blot analysis were performed to detect HO-1 mRNA and protein expression, respectively. Cell viability was measured by the MTS test. The induction of intracellular reactive oxygen species (ROS) by fraxetin was evaluated by 2′,7′-dichlorofluorescin diacetate staining. Results: Fraxetin upregulated mRNA and protein expression of HO-1. Incubation with fraxetin induced the localization of nuclear factor-erythroid-2-related factor-2 (Nrf2) in the nucleus and increased the antioxidant response element-reporter gene activity. Fraxetin also induced the phosphorylation of Akt and AMP-activated protein kinase $(AMPK){\alpha}$ and diminished the expression of phosphatase and tensin homolog, a negative regulator of Akt. Pharmacological inhibition of Akt and $AMPK{\alpha}$ abrogated fraxetin-induced expression of HO-1 and nuclear localization of Nrf2. Furthermore, fraxetin generated ROS in a concentration-dependent manner. Conclusions: Fraxetin induces HO-1 expression through activation of Akt/Nrf2 or $AMPK{\alpha}/Nrf2$ pathway in HaCaT cells.
Type 2 diabetes occurs when there is an abnormality in the tissue's ability to absorb glucose. Glucose uptake and metabolism by insulin are the basic mechanisms that maintain blood sugar. Glucose uptake goes through various signaling steps initiated by the binding of insulin to receptors on the cell surface. In line with the foregoing, the purpose of this study was to investigate the effect of 2,7-phloroglucinol-6,6-bieckol (PHB), an active compound isolated from Ecklonia cava, on glucose uptake in 3T3-L1 adipocytes. Notably, PHB increased glucose uptake in a dose-dependent manner owing to the enhanced glucose transporter type 4 (GLUT4) expression in the plasma membrane of 3T3-L1 adipocytes. These effects of PHB were attributed to the phosphorylation of insulin receptor substrate-1 and protein kinase B (PKB or AKT), as well as to the phosphoinositide 3-kinase (PI3K) activation in the insulin signaling pathway. PHB also stimulated 5' AMP-activated protein kinase (AMPK) phosphorylation and activation. The phosphorylation and activation of the PI3K/AKT and AMPK pathways by PHB were identified using wortmannin (a PI3K inhibitor) and compound C (an AMPK inhibitor). In this study, we showed that PHB can increase glucose uptake in 3T3-L1 adipocytes by promoting GLUT4 translocation to the plasma membrane via the PI3K and AMPK pathways. The results indicate that PHB may help improve insulin sensitivity.
Lee, Yu Sung;Kim, Hong Jae;Jeong, Jin-Woo;Han, Min-Ho;Hong, Su Hyun;Choi, Yung Hyun;Park, Cheol
Journal of Life Science
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v.28
no.4
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pp.435-443
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2018
AMP-activated protein kinase (AMPK) functions as a metabolic master through regulating and restoring cellular energy balance. In skeletal muscle, AMPK increases myofibril protein degradation through the expression of muscle-specific ubiquitin ligases. Mori Folium, the leaf of Morus alba, is a traditional medicinal herb with various pharmacological functions; however, the effects associated with muscle atrophy have not been fully identified. In this study, we confirmed the effects of AMPK activation by examining the effects of 5-aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide (AICAR), an activator of AMPK, on the induction of atrophy and expression of atrophy-related genes in C2C12 myotubes. We also investigated the effects of the ethanol extract of Mori Folium (EEMF) on the recovery of AICAR-induced muscle atrophy in C2C12 myotubes. It was found that exposure to AICAR resulted in the stimulation of Forkhead box O3a (FOXO3a); an up-regulation of muscle-specific ubiquitin ligases such as Muscle Atrophy F-box (MAFbx)/atrogin-1 and muscle RING finger-1 (MuRF1), and a down-regulation of muscle-specific transcription factors, such as MyoD and myogenin; with the activation of AMPK. In addition, AICAR without cytotoxicity indicated a decrease in diameter of C2C12 myotubes. However, treatment with EEMF significantly suppressed AICAR-induced muscle atrophy of C2C12 myotubes in a dose-dependent manner as confirmed by a decrease in myotube diameter, which is associated with a reversed stimulation of FOXO3a by the inhibition of AMPK activation. These results indicate that the activation of AMPK by AICAR induces muscle atrophy, and EEMF has preeminent effects on the inhibition of AICAR-induced muscle atrophy through the AMPK signaling pathway.
Genistein is an active component of legumes and other related food shown to be associated with prevention of degenerative diseases such as cancer through inducing signaling pathways. Treatment of genistein resulted in the induction of apoptosis in the cultured cancer cells. This induction of apoptosis was demonstrated by the Tunel assay in these cells. Unveiling the potential of genistein in cytotoxicity via apoptosis when it is treated with estrogen can predict the therapeutic capability of genistein in breast cancers in the presence of endogenous estrogen. We have found that apoptosis induced by genistein treatment in the presence of estrogen is agonistic or antagonistic depending on the concentrations and treatment periods applied in MCF-7 breast cancer cells. For the suppression of cell survival, 24 hr of treatment was required to induce a synergistic agonistic response between estrogen and genistein at low concentrations of genistein. After this period, the agonistic pattern of genistein to estrogen disappeared. The decrement of COX-2 expression in MCF-7 cells treated with genistein was accompanied with the activation of AMPK only at a high concentration of genistein. This association between AMPK activation and down-regulation of COX-2 by genistein was dampened in the presence of estrogen. It was also demonstrated that genistein and estrogen regulate cell survival and apoptosis by modulating p53 and caspase-3 in the opposite direction. These results suggest that genistein has the potential to control breast cancer development, and co-treatment with estrogen can cause agonistic or antagonistic action on breast cancer cell control.
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