In many plant cells, the positions of chloroplasts change in response to changes in light conditions. In the epidermal cells of the aquatic angiosperm Vallisneria gigantea, the avoidance response of chloroplasts is induced specifically by irradiation with blue light of high intensity. Possible roles of actin cytoskeleton in the blue-light-induced avoidance response of chloroplasts were investigated by partial irradiation and phalloidin staining. We showed that the blue-light-dependent redistribution of chloroplasts was induced only in the limited area, where exposed to blue light, even in individual cells. In addition. in the exposed area, the configuration of actin filaments strikingly changed compared with that before the irradiation. Short and thick bundles of actin filaments surrounding the chloroplasts changed to much longer and thinner bundles with a more stretched array. In contrast, in the unexposed area, neither the distribution of chloroplasts nor the configuration of actin filaments exhibited any changes. Cytochalasin D and latrunculin B inhibited the avoidance response of chloroplasts concomitantly with the fragmentation of actin filaments. These results indicate that the reorganization of actin filaments plays a crucial role in the induction of avoidance response of chloroplasts.
Argon-plasma jet (Ar-PJ) is generated by ionizing Ar gas, and the resulting Ar-PJ consists of a mixture of neutral particles, positive ions, negative electrons, and various reactive species. Although Ar-PJ has been used in various biomedical applications, little is known about the biological effects on cells located near the plasma-exposed region. Here, we investigated the effects of the Ar-PJ on actin cytoskeleton of mouse embryonic fibroblasts (MEFs) in response to indirect as well as direct exposure to Ar-PJ. This Ar-PJ was generated at 500 mL/min of flow rate and 100 V electric power by our device mainly consisting of electrodes, dielectrics, and a high-voltage power supply. Because actin cytoskeleton is the key cellular machinery involved in cellular movement and is implicated in regulation of cancer metastasis and thus resulting in a highly desirable cancer therapeutic target, we examined the actin filament architectures in Ar-PJ-treated MEFs by staining with an actin-specific phalloidin labeled with fluorescent dye. Interestingly, the Ar-PJ treatment causes destabilization of actin filament architectures in the regions indirectly exposed to Ar-PJ, but no differences in MEFs treated with Ar gas alone and in untreated cell control, indicating that this phenomenon is a specific cellular response against Ar-PJ in the live cells, which are indirectly exposed to Ar-PJ. Collectively, our study raises the possibility that Ar-PJ may have potential as anti-cancer drug effect through direct destabilization of the actin cytoskeleton.
Kim, Mi-jee;Kim, Jinchul;Im, Jin-su;Kang, Inho;Ahn, Jeong Keun
BMB Reports
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제54권12호
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pp.614-619
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2021
Hepatitis B virus (HBV) infection is a major cause of hepatocellular carcinoma (HCC), which is a highly aggressive cancer. HBV X protein (HBx), one of four HBV gene products, plays pivotal roles in the development and metastasis of HCC. It has been reported that HBx induces liver cancer cell migration and reorganizes actin cytoskeleton, however the molecular basis for actin cytoskeleton reorganization remains obscure. In this study, we for the first time report that HBx promotes actin polymerization and liver cancer cell migration by regulating calcium modulated protein, calmodulin (CaM). HBx physically interacts with CaM to control the level of phosphorylated cofilin, an actin depolymerizing factor. Mechanistically, HBx interacts with CaM, liberates Hsp90 from its inhibitory partner CaM, and increases the activity of Hsp90, thus activating LIMK1/cofilin pathway. Interestingly, the interaction between HBx and CaM is calcium-dependent and requires the CaM binding motif on HBx. These results indicate that HBx modulates CaM which plays a regulatory role in Hsp90/LIMK1/cofilin pathway of actin reorganization, suggesting a new mechanism of HBV-induced HCC metastasis specifically derived by HBx.
The epothilones are a class of microtubule inhibitors that exhibit a strong antitumor activity. UTD2 is a novel epothilone analog generated by genetic manipulation of the polyketide biosynthetic gene cluster. This study investigated the effects of UTD2 on the actin cytoskeleton and its critical regulators, and the signaling pathways which are essential for cell motility, growth and survival in MCF-7 breast cancer cells. Results showed that UTD2 inhibited the cellular functions of actin cytoskeleton, such as wound-closure, migration and invasion, as well as adhesion. Our study further demonstrated that UTD2 suppressed Rac1 GTPase activation and reduced the activity of PAK1, which is a downstream effector of Rac1, while the activity of Cdc42 was not affected. Additionally, the phosphorylation of p38 and ERK were significantly inhibited, but the phosphorylation of JNK remained the same after UTD2 treatment. Moreover, UTD2 inhibited the activity and mRNA expression of MMP-2, which plays a key role in cell motility. UTD2 also reduced the phosphorylation of Akt, which is an important signaling kinase regulating the cell survival through Rac1. Furthermore, UTD2 interrupted the synergy between Rac1 and Raf in focus formation assays. Taken together, these results indicated that UTD2 exerted multiple effects on the actin cytoskeleton and signaling pathways associated with Rac1. This study provided novel insights into the molecular mechanism of the antineoplastic and antimetastatic activities of epothilones. Our findings also suggest that the signaling pathways regulated by Rac1 may be evaluated as biomarkers for the response to therapy in clinical trials of epothilones.
Background: Coinfection with avian leukosis virus subgroup J (ALV-J) and reticuloendotheliosis virus (REV) is common in chickens, and the molecular mechanism of the synergistic pathogenic effects of the coinfection is not clear. Exosomes have been identified as new players in the pathogenesis of retroviruses. The different functions of exosomes depend on their cargo components. Objectives: The aim of this study was to investigate the function of co-regulation differentially expressed proteins in exosomes on coinfection of ALV-J and REV. Methods: Here, viral replication in CEF cells infected with ALV-J, REV or both was detected by immunofluorescence microscopy. Then, we analyzed the exosomes isolated from supernatants of chicken embryo fibroblast (CEF) cells single infected and coinfected with ALV-J and REV by mass spectrometry. KEGG pathway enrichment analyzed the co-regulation differentially expressed proteins in exosomes. Next, we silenced and overexpressed tripartite motif containing 62 (TRIM62) to evaluate the effects of TRIM62 on viral replication and the expression levels of NCK-association proteins 1 (NCKAP1) and actin-related 2/3 complex subunit 5 (ARPC5) determined by quantitative reverse transcription polymerase chain reaction. Results: The results showed that coinfection of ALV-J and REV promoted the replication of each other. Thirty proteins, including TRIM62, NCK-association proteins 1 (NCKAP1, also known as Nap125), and Arp2/3-5, ARPC5, were identified. NCKAP1 and ARPC5 were involved in the actin cytoskeleton pathway. TRIM62 negatively regulated viral replication and that the inhibition of REV was more significant than that on ALV-J in CEF cells coinfected with TRIM62. In addition, TRIM62 decreased the expression of NCKAP1 and increased the expression of ARPC5 in coinfected CEF cells. Conclusions: Collectively, our results indicated that coinfection with ALV-J and REV competitively promoted each other's replication, the actin cytoskeleton played an important role in the coinfection mechanism, and TRIM62 regulated the actin cytoskeleton.
BAY11-7082 was initially found to be an anti-inflammatory drug with NF-${\kappa}B$ inhibitory property. In this study, we evaluated modulatory function of BAY11-7082 on U937 cell-cell adhesion induced by CD29 (${\beta}1$-integrins). BAY11-7082 strongly blocked functional activation of CD29 (${\beta}1$-integrins), as assessed by cell-cell adhesion assay. However, this compound did not block a simple activation of CD29, as assessed by cell-fibronectin adhesion assay. In particular, to understand molecular mechanism of BAY11-7082-mediated inhibition, the regulatory roles of CD29-induced actin cytoskeleton rearrangement under cell-cell adhesion and surface level of CD29 were examined using confocal and flow cytometic analysis. Interestingly, this compound strongly suppressed the molecular association of actin cytoskeleton with CD29 at cell-cell adhesion site. Moreover, BAY11-7082 also diminished surface levels of CD29 as well as its-associated adhesion molecule CD147, but not other adhesion molecules such as CD18 and CD43. Therefore, our data suggest that BAY11-7082 may be involved in regulating immune responses managed by CD29-mediated cell-cell adhesion.
Adhesion events of monocytes represent an important step in inflammatory responses induced by chemokines. The ${\beta}1$-integrin CD29 is a major adhesion molecule regulating leukocyte migration and extravasation. Although several adhesion molecules have been known as regulators of CD29, the molecular interactions between CD29 and its regulatory adhesion molecules (such as CD98 and CD147) have not been fully elucidated. Therefore, in this study, we examined whether these molecules are functionally, biochemically, and cell-biologically associated using monocytic U937 cells treated with aggregation-stimulating and blocking antibodies, as well as enzyme inhibitors. The surface levels of CD29, CD98, and CD147 (but not CD43, CD44, and CD82) were increased. The activation of CD29, CD98, and CD147 by ligation of them with aggregation-activating antibodies triggered the induction of cell-cell adhesion, and sensitivity to various enzyme inhibitors and aggregation-blocking antibodies was similar for CD29-, CD98-, and CD147-induced U937 cell aggregation. Molecular association between these molecules and the actin cytoskeleton was confirmed by confocal microscopy and immunoprecipitation. These results strongly suggest that CD29 might be modulated by its biochemical and cellular regulators, including CD98 and CD147, via the actin cytoskeleton.
Background: Fascin, an actin-bundling protein forming actin bundles including filopodia and stress fibers, is overexpressed in multiple human epithelial cancers including esophageal squamous cell carcinoma (ESCC). Previously we conducted a microarray experiment to analyze fascin knockdown by RNAi in ESCC. Method: In this study, the differentially expressed genes from mRNA expression profilomg of fascin knockdown were analyzed by multiple bioinformatics methods for a comprehensive understanding of the role of fascin. Results: Gene Ontology enrichment found terms associated with cytoskeleton organization, including cell adhesion, actin filament binding and actin cytoskeleton, which might be related to fascin function. Except GO categories, the differentially expressed genes were annotated by 45 functional categories from the Functional Annotation Chart of DAVID. Subpathway analysis showed thirty-nine pathways were disturbed by the differentially expressed genes, providing more detailed information than traditional pathway enrichment analysis. Two subpathways derivated from regulation of the actin cytoskeleton were shown. Promoter analysis results indicated distinguishing sequence patterns and transcription factors in response to the co-expression of downregulated or upregulated differentially expressed genes. MNB1A, c-ETS, GATA2 and Prrx2 potentially regulate the transcription of the downregulated gene set, while Arnt-Ahr, ZNF42, Ubx and TCF11-MafG might co-regulate the upregulated genes. Conclusions: This multiple bioinformatic analysis helps provide a comprehensive understanding of the roles of fascin after its knockdown in ESCC.
Actin filament is a major cytoskeleton in synapses and highly enriched in the presynaptic and postsynaptic compartments. Their roles in synaptic vesicle recycling and synaptogenesis have been extensively studied but functional evidence whether actin filaments are involved in these processes is as yet lacking. Dysfunction in synaptic vesicle recycling causes various diseases such as Alzheimer's disease, Schizophrenia, Bipolar disease, depression etc.
Lim, Hyoun-Sub;Lee, Mi Yeon;Moon, Jae Sun;Moon, Jung-Kyung;Yu, Yong-Man;Cho, In Sook;Bae, Hanhong;DeBoer, Matt;Ju, Hojong;Hammond, John;Jackson, Andrew O.
The Plant Pathology Journal
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제29권1호
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pp.17-30
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2013
Barley stripe mosaic virus (BSMV) induces massive actin filament thickening at the infection front of infected Nicotiana benthamiana leaves. To determine the mechanisms leading to actin remodeling, fluorescent protein fusions of the BSMV triple gene block (TGB) proteins were coexpressed in cells with the actin marker DsRed: Talin. TGB ectopic expression experiments revealed that TGB3 is a major elicitor of filament thickening, that TGB2 resulted in formation of intermediate DsRed:Talin filaments, and that TGB1 alone had no obvious effects on actin filament structure. Latrunculin B (LatB) treat-ments retarded BSMV cell-to-cell movement, disrupted actin filament organization, and dramatically decreased the proportion of paired TGB3 foci appearing at the cell wall (CW). BSMV infection of transgenic plants tagged with GFP-KDEL exhibited membrane proliferation and vesicle formation that were especially evident around the nucleus. Similar membrane proliferation occurred in plants expressing TGB2 and/or TGB3, and DsRed: Talin fluorescence in these plants colocalized with the ER vesicles. TGB3 also associated with the Golgi apparatus and overlapped with cortical vesicles appearing at the cell periphery. Brefeldin A treatments disrupted Golgi and also altered vesicles at the CW, but failed to interfere with TGB CW localization. Our results indicate that actin cytoskeleton interactions are important in BSMV cell-to-cell movement and for CW localization of TGB3.
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