Histone deacetylases (HDACs) are enzymes involved in the remodelling of chromatin, and have a key role in the epigenetic regulation of gene expression. Histone deacetylase (HDAC) inhibitors are emerging as an exciting new class of potential anti-cancer agents. In recent years, a number of structurally diverse HDAC inhibitors have been identifi ed and these HDAC inhibitors induce growth arrest, differentiation and/or apoptosis of cancer cells in vitro and in vivo. However, the underlying molecular mechanisms remain unclear. This study aimed at investigating the anti-tumor activity of various HDAC inhibitors, IN-2001, using T47D human breast cancer cells. Moreover, the possible mechanism by which HDAC inhibitors exhibit anti-tumor activity was also explored. In estrogen receptor positive T47D cells, IN-2001, HDAC inhibitor showed anti-proliferative effects in dose-and time-dependent manner. In T47D human breast cancer cells showed anti-tumor activity of IN-2001 and the growth inhibitory effects of IN-2001 were related to the cell cycle arrest and induction of apoptosis. Flow cytometry studies revealed that IN-2001 showed accumulation of cells at $G_2$/M phase. At the same time, IN-2001 treatment time-dependently increased sub-$G_1$ population, representing apoptotic cells. IN-2001-mediated cell cycle arrest was associated with induction of cdk inhibitor expression. In T47D cells, IN-2001 as well as other HDAC inhibitors treatment significantly increased $p21^{WAF1}$ and $p27^{KIP1}$ expression. In addition, thymidylate synthase, an essential enzyme for DNA replication and repair, was down-regulated by IN-2001 and other HDAC inhibitors in the T47D human breast cancer cells. In summary, IN-2001 with a higher potency than other HDAC inhibitors induced growth inhibition, cell cycle arrest, and eventual apoptosis in human breast cancer possibly through modulation of cell cycle and apoptosis regulatory proteins, such as cdk inhibitors, cyclins, and thymidylate synthase.
Objectives: In recent years, a number of structurally diverse Histone deacetylase (HDAC) inhibitors have been identified and these HDAC inhibitors induce growth arrest, differentiation and/or apoptosis of cancer cells in vitro and in vivo. This study aimed at investigating the antitumor activity of newly synthesized HDAC inhibitor, 3-(4-dimethylamino phenyl)-N-hydroxy-2-propenamide (IN-2001) using human breast cancer cells. Methods: We have synthesized a new HDAC inhibitor, IN-2001, and cell proliferation inhibition assay with this chemical in estrogen receptor-positive human breast cancer MCF-7 cells. Cell cycle analysis on MCF-7 cells treated with IN-2001 was carried out by flow cytometry and gene expression was measured by RT-PCR. Results: In MCF-7 cells IN-2001 showed remarkable anti-proliferative effects in a dose- and time-dependent manner. In MCF-7 cells, IN-2001 showed a more potent growth inhibitory effect than that of suberoylanilide hydroxamic acid. These growth inhibitory effects were related to the cell cycle arrest and induction of apoptosis. IN-2001 showed accumulation of cells at $G_2$/M phase and of the sub-$G_1$ population in a time-dependent manner, representing apoptotic cells. IN-2001-mediated cell cycle arrest was associated with HDAC inhibitor-mediated induction of CDK inhibitor expression. In MCF-7 cells, IN-2001 significantly increased $p21^{WAF1}$ expression. Conclusions: In summary, cyclin-dependent kinase (CDK) induced growth inhibition, possibly through modulation of cell cycle and apoptosis regulatory proteins, such as CDK inhibitors, and cyclins. Taken together, these results provide an insight into the utility of HDAC inhibitors as a novel chemotherapeutic regime for hormone-sensitive and insensitive breast cancer.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Myocardial infarction (MI) is caused by extensive myocardial damage attributed to the occlusion of coronary arteries. Our previous study in a rat model of ischemia/reperfusion (I/R) demonstrated that administration of arabinoxylan (AX), comprising arabinose and xylose, protects against myocardial injury. In this study, we undertook to investigate whether psyllium seed husk (PSH), a safe dietary fiber containing a high level of AX (> 50%), also imparts protection against myocardial injury in the same rat model. MATERIALS/METHODS: Rats were fed diets supplemented with PSH (1, 10, or 100 mg/kg/d) for 3 d. The rats were then subjected to 30 min ischemia through ligation of the left anterior descending coronary artery, followed by 3 h reperfusion through release of the ligation. The hearts were harvested and cut into four slices. To assess infarct size (IS), an index representing heart damage, the slices were stained with 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC). To elucidate underlying mechanisms, Western blotting was performed for the slices. RESULTS: Supplementation with 10 or 100 mg/kg/d of PSH significantly reduces the IS. PSH supplementation (100 mg/kg/d) tends to reduce caspase-3 generation and increase BCL-2/BAX ratio. PSH supplementation also upregulates the expression of nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (NRF2), and its target genes including antioxidant enzymes such as glutathione S-transferase mu 2 (GSTM2) and superoxide dismutase 2 (SOD2). PSH supplementation upregulates some sirtuins ($NAD^+$-dependent deacetylases) including SIRT5 (a mitochondrial sirtuin) and SIRT6 and SIRT7 (nuclear sirtuins). Finally, PSH supplementation upregulates the expression of protein kinase A (PKA), and increases phosphorylated cAMP response element-binding protein (CREB) (pCREB), a target protein of PKA. CONCLUSIONS: The results from this study indicate that PSH consumption reduces myocardial I/R injury in rats by inhibiting the apoptotic cascades through modulation of gene expression of several genes located upstream of apoptosis. Therefore, we believe that PSH can be developed as a functional food that would be beneficial in the prevention of MI.
4-Methylsulfinyl-3-butenyl isothiocyanate (MTBITC) found in the radish (Raphanus sativus L.), is a wellknown anticancer agent. In this study, the mechanisms of the MTBITC induction of cell apoptosis in human A549 lung cancer cells were investigated. Our PI staining results showed that MTBITC treatment significantly increased the apoptotic sub-G1 fraction in a dose-dependent manner. The mechanism of apoptosis induced by MTBITC was investigated by testing the change of mitochondrial membrane potential (${\Delta}{\Psi}m$), the expression of mRNAs of apoptosis-related genes by RT-PCR, and the activities of caspase-3 and -9 by caspase colorimetric assay. MTBITC treatment decreased mitochondrial membrane potential by down-regulating the rate of Bcl-2/Bax and Bcl-xL/Bax, and activation of caspase-3 and -9. Therefore, mitochondrial pathway and Bcl-2 gene family could be involved in the mechanisms of A549 cell apoptosis induced by MTBITC.
Yang Zhang;Jiulong Ma;Shan Liu;Chen Chen;Qi Li;Meng Qin;Liqun Ren
Journal of Ginseng Research
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제47권1호
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pp.106-116
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2023
Background: Pirarubicin (THP) is an anthracycline antibiotic used to treat various malignancies in humans. The clinical usefulness of THP is unfortunately limited by its dose-related cardiotoxicity. Ginsenoside F1 (GF1) is a metabolite formed when the ginsenosides Re and Rg1 are hydrolyzed. However, the protective effects and underlying mechanisms of GF1 on THP-induced cardiotoxicity remain unclear. Methods: We investigated the anti-apoptotic and anti-oxidative stress effects of GF1 on an in vitro model, using H9c2 cells stimulated by THP, plus trigonelline or AKT inhibitor imidazoquinoxaline (IMQ), as well as an in vivo model using THP-induced cardiotoxicity in rats. Using an enzyme-linked immunosorbent test, the levels of malondialdehyde (MDA), brain natriuretic peptide (BNP), creatine kinase (CK-MB), cardiac troponin (c-TnT), lactate dehydrogenase (LDH), superoxide dismutase (SOD) and glutathione (GSH) were determined. Nuclear factor (erythroid-derived2)-like 2 (Nrf2) and the expression of Nrf2 target genes, including heme oxygenase-1 (HO-1), glutathione-S-transferase (Gst), glutamate-cysteine ligase modifier subunit (GCLM), and expression levels of AKT/Bcl-2 signaling pathway proteins were detected using Western blot analysis. Results: THP-induced myocardial histopathological damage, electrocardiogram (ECG) abnormalities, and cardiac dysfunction were reduced in vivo by GF1. GF1 also decreased MDA, BNP, CK-MB, c-TnT, and LDH levels in the serum, while raising SOD and GSH levels. GF1 boosted Nrf2 nuclear translocation and Nrf2 target gene expression, including HO-1, Gst, and GCLM. Furthermore, GF1 regulated apoptosis by activating AKT/Bcl-2 signaling pathways. Employing Nrf2 inhibitor trigonelline and AKT inhibitor IMQ revealed that GF1 lacked antioxidant and anti-apoptotic effects. Conclusion: In conclusion, GF1 was found to alleviate THP-induced cardiotoxicity via modulating Nrf2 and AKT/Bcl-2 signaling pathways, ultimately alleviating myocardial oxidative stress and apoptosis.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Oxidative stress is a fundamental neurodegenerative disease trigger that damages and decimates nerve cells. Neurodegenerative diseases are chronic central nervous system disorders that progress and result from neuronal degradation and loss. Recent studies have extensively focused on neurodegenerative disease treatment and prevention using dietary compounds. Heseperetin is an aglycone hesperidin form with various physiological activities, such as anti-inflammation, antioxidant, and antitumor. However, few studies have considered hesperetin's neuroprotective effects and mechanisms; thus, our study investigated this in hydrogen peroxide (H2O2)-treated SH-SY5Y cells. MATERIALS/METHODS: SH-SY5Y cells were treated with H2O2 (400 µM) in hesperetin absence or presence (10-40 µM) for 24 h. Three-(4,5-Dimethyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide assays detected cell viability, and 4',6-diamidino-2-phenylindole staining allowed us to observe nuclear morphology changes such as chromatin condensation and apoptotic nuclei. Reactive oxygen species (ROS) detection assays measured intracellular ROS production; Griess reaction assays assessed nitric oxide (NO) production. Western blotting and quantitative polymerase chain reactions quantified corresponding mRNA and proteins. RESULTS: Subsequent experiments utilized various non-toxic hesperetin concentrations, establishing that hesperetin notably decreased intracellular ROS and NO production in H2O2-treated SH-SY5Y cells (P < 0.05). Furthermore, hesperetin inhibited H2O2-induced inflammation-related gene expression, including interluekin-6, tumor necrosis factor-α, and nuclear factor kappa B (NF-κB) p65 activation. In addition, hesperetin inhibited NF-κB translocation into H2O2-treated SH-SY5Y cell nuclei and suppressed mitogen-activated protein kinase protein expression, an essential apoptotic cell death regulator. Various apoptosis hallmarks, including shrinkage and nuclear condensation in H2O2-treated cells, were suppressed dose-dependently. Additionally, hesperetin treatment down-regulated Bax/Bcl-2 expression ratios and activated AMP-activated protein kinase-mammalian target of rapamycin autophagy pathways. CONCLUSION: These results substantiate that hesperetin activates autophagy and inhibits apoptosis and inflammation. Hesperetin is a potentially potent dietary agent that reduces neurodegenerative disease onset, progression, and prevention.
본 연구에서는 Sprague Dawley종 수컷 쥐에서 DHM로 대장암을 유발시킨 후 식이에 첨가한 n-3 RUFA 함량에 따라 대장의 암화과정에 어떤영향을 미치는지 생화학적인 기전을 검토하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1) 식이에 n-3 RUFA를 6.2 mmole 첨가하여 먹인 경우에는 COX-2의 mRNA와 단백질의 발현 및 TBX2와 PGE2 합성이 유의하게 감소 되었으며, 이에 따라 세포증식도 억제되었다. 그러나 n-3 RUFA를 12.4 mmole 첨가한 식이로 사육한 경우에는 오히려 COX-2의 mRNA와 단백질의 발현 및 $TXB_2$ 와 $PGE_2$ 합성이 대조군 보다도 더 많이 증가되었고 세포증식도 대조군과 같은 수준으로 증가하여 암화과정을 촉진하였다. 2) 식이에 n-3 PUFA를 6.2 mmole 첨가한 경우 대장 점막의 인지질의 지방산조성중 arachidonic 함량은 유의하게 낮았고, EPA와 DHA 함량은 유의하게 높았으며 n-3 PUFA를 12.4 mmole 첨가한 경우에는 EPA와 DHA 함량은 2배 이상 유의하게 더 높았다. 3) 대장 상피세포의 apoptosis는 식이에 n-3 PUFA를 첨가한 함량과는 관계없이 대조군에 비해 유의하게 약 34$\sim$$42\%$ 증가하였다. 4) 식이에 n-3 PUFA를 6.2 mmole 첨가하였을 때 Bax의 mRNA와 단백질 발현은 각각 유의하게 증가되었으나 n-3 PUFA를 12.4mmole 첨가한 경우에는 유의하게 감소되었다. 반면에Bcl-2의 mRNA와 단백질 발현은 n-3 PUFA 6.2 mmole 첨가한 경우에는 오히려 증가하였다. 총괄해서 본 연구결과에 의하면 항암효과가 있가도 알려진 n-3 PUFA는 식이에 첨가한 함량에 따라 암화과정에 미치는 효과가 다르게 나타났다, 그러므로 앞으로 대장의 암화과정을 억제시키는 n-3 PUFA의 적절량 또는 섭취의 한계치를 정하는 연구가 필요하다고 본다.
Objective: To investigate the effect of down-regulation of Sentrin/SUMO-specific protease 1 (SENP1) expression on the apoptosis of human Burkitt lymphoma cells (Daudi cells) and potential mechanisms. Methods: Short hairpin RNA (shRNA) targeting SENP1 was designed and synthesized and then cloned into a lentiviral vector. A lentiviral packaging plasmid was used to transfect Daudi cells (sh-SENP1-Daudi group). Daudi cells without transfection (Daudi group) and Daudi cells transfected with blank plasmid (sh-NC-Daudi group) served as control groups. Flow cytometry was performed to screen GFP positive cells and semiquantitative PCR and Western blot assays were employed to detect the inference efficiency. The morphology of cells was observed under a microscope before and after transfection. Fluorescence quantitative PCR and Western blot assays were conducted to measure the mRNA and protein expression of apoptosis related molecules (caspase-3, 8 and 9). After treatment with $COCl_2$ for 24 h, the mRNA and protein expression of hypoxia inducible factor -$1{\alpha}$ (HIF-$1{\alpha}$) was determined. Results: Sequencing showed the expression vectors of shRNA targeting SENP1 to be successfully constructed. Following screening of GFP positive cells by FCM, semiqualitative PCR showed the interference efficiency was $79.2{\pm}0.026%$. At 48 h after transfection, the Daudi cells became shrunken, had irregular edges and presented apoptotic bodies. Western blot assay revealed increase in expression of caspase-3, 8 and 9 with prolongation of transfection (P<0.05). Following hypoxia treatment, mRNA expression of HIF-$1{\alpha}$ remained unchanged in three groups (P>0.05) but the protein expression of HIF-$1{\alpha}$ markedly increased (P<0.05). However, in the sh-SENP1-Daudi group, the protein expression of HIF-$1{\alpha}$ remained unchanged Conclusion: SENP1-shRNA can efficiently inhibit SENP1 expression in Daudi cells. SENP1 inhibition may promote cell apoptosis. These findings suggest that SENP1 may serve as an important target in the gene therapy of Burkitts lymphoma.
Nitric oxide(NO) has been known to play important roles in numerous physiologic processes including neurotransmission, vasorelaxation, and cellular apoptosis. Using a mouse cDNA gene chip, we examined expression patterns and time course of NO-dependent genes in mouse macrophage RAW264.7 cells. Genes shown to be upregulated more than two fold or at least at two serial time points were further selected and validated by RT-PCR. Finally, 81 selected genes were classified by function as signaling, apoptosis, inflammation, transcription, translation, ionic homeostasis and metabolism. Among those, genes related with signaling, apoptosis and inflammation, such as guanylate cyclase 1, soluble, alpha3(Gucy1a3); protein kinase C, alpha($Pkc{\alpha}$); lymphocyte protein tyrosine kinase(Lck); BCL2/adenovirus E1B 19 kDa-interacting protein(Bnip3); apoptotic protease activating factor 1(Apaf1); X-linked inhibitor of apoptosis(Xiap); cyclin G1(Ccng1); chemokine(C-C motif) ligand 4(Ccl4); B cell translocation gene 2, anti-proliferative(Btg2); lysozyme 2(Lyz2); secreted phosphoprotein 1(Spp1); heme oxygenase(decycling) 1(Hmox1); CD14 antigen(Cd14); and granulin(Grn) may play important roles in NO-dependent responses in murine macrophages.
NF-E2-related factor 2 (Nrf2), a basic leucine zipper transcription factor, has recently received a great deal of attention as an important molecule that enhances antioxidative defenses and induces resistance to chemotherapy or radiotherapy. In this study, we investigated the apoptosis-inducing and Nrf2- upregulating effects of quercetin on malignant mesothelioma (MM) MSTO-211H and H2452 cells. Quercetin treatment inhibited cell growth and led to upregulation of Nrf2 at both the mRNA and protein levels without altering the ubiquitination and extending the half-life of the Nrf2 protein. Following treatment with quercetin, analyses of the nuclear level of Nrf2, Nrf2 antioxidant response element-binding assay, Nrf2 promoter-luc assay, and RT-PCR toward the Nrf2-regulated gene, heme oxygenase-1, demonstrated that the induced Nrf2 is transcriptionally active. Knockdown of Nrf2 expression with siRNA enhanced cytotoxicity due to the induction of apoptosis, as evidenced by an increase in the level of proapoptotic Bax, a decrease in the level of antiapoptotic Bcl-2 with enhanced cleavage of caspase-3 and PARP proteins, the appearance of a sub-$G_0/G_1$ peak in the flow cytometric assay, and increased percentage of apoptotic propensities in the annexin V binding assay. Effective reversal of apoptosis was observed following pretreatment with the pan-caspase inhibitor Z-VAD. Moreover, Nrf2 knockdown exhibited increased sensitivity to the anticancer drug, cisplatin, presumably by potentiating the oxidative stress induced by cisplatin. Collectively, our data demonstrate the importance of Nrf2 in cytoprotection, survival, and drug resistance with implications for the potential significance of targeting Nrf2 as a promising strategy for overcoming resistance to chemotherapeutics in MM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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