Boo, Sun-Jin;Piao, Mei Jing;Kang, Kyoung Ah;Zhen, Ao Xuan;Fernando, Pincha Devage Sameera Madushan;Herath, Herath Mudiyanselage Udari Lakmini;Lee, Seung Joo;Song, Seung Eun;Hyun, Jin Won
Biomolecules & Therapeutics
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v.30
no.5
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pp.447-454
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2022
Few studies have evaluated the role of autophagy in the development of oxaliplatin (OXT) resistance in colon cancer cells. In this study, we compared the role of autophagy between SNU-C5 colon cancer cells and OXT-resistant SNU-C5 (SNU-C5/OXTR) cells. At the same concentration of OXT, the cytotoxicity of OXT or apoptosis was significantly reduced in SNU-C5/OXTR cells compared with that in SNU-C5 cells. Compared with SNU-C5 cells, SNU-C5/OXTR cells exhibited low levels of autophagy. The expression level of important autophagy proteins, such as autophagy-related protein 5 (Atg5), beclin-1, Atg7, microtubule-associated proteins 1A/1B light chain 3B I (LC3-I), and LC3-II, was significantly lower in SNU-C5/OXTR cells than that in SNU-C5 cells. The expression level of the autophagy-essential protein p62 was also lower in SNU-C5/OXTR cells than in SNU-C5 cells. In SNU-C5/OXTR cells, the production of intracellular reactive oxygen species (ROS) was significantly higher than that in SNU-C5 cells, and treatment with the ROS scavenger N-acetylcysteine restored the reduced autophagy levels. Furthermore, the expression of antioxidant-related nuclear factor erythroid 2-related factor 2 transcription factor, heme oxygenase-1, and Cu/Zn superoxide dismutase were also significantly increased in SNU-C5/OXTR cells. These findings suggest that autophagy is significantly reduced in SNU-C5/OXTR cells compared with SNU-C5 cells, which may be related to the production of ROS in OXT-resistant cells.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Morusin, a marker component of Morus alba L., possesses anti-cancer activity. The objective of this study was to determine autophagy-inducing effect of morusin in non-small cell lung cancer (NSCLC) cells and investigate the underlying mechanism. SUBJECTS/METHODS: Autophagy induction and the expression of autophagy-related proteins were analyzed by LC3 immunofluorescence and western blot, respectively. The role of autophagy and AMP-activated protein kinase (AMPK) was determined by treating NSCLC cells with bafilomycin A1, an autophagy inhibitor, and compound C, an AMPK inhibitor. Cytotoxicity and apoptosis induction were determined by MTT assay, trypan blue exclusion assay, annexin V-propidium iodide (PI) double staining assay, and cell cycle analysis. RESULTS: Morusin increased the formation of LC3 puncta in the cytoplasm and upregulated the expression of autophagy-related 5 (Atg5), Atg12, beclin-1, and LC3II in NSCLC cells, demonstrating that morusin could induce autophagy. Treatment with bafilomycin A1 markedly reduced cell viability but increased proportions of sub-G1 phase cells and annexin V-positive cells in H460 cells. These results indicate that morusin can trigger autophagy in NSCLC cells as a defense mechanism against morusin-induced apoptosis. Furthermore, we found that AMPK and its downstream acetyl-CoA carboxylase (ACC) were phosphorylated, while mammalian target of rapamycin (mTOR) and its downstream p70S6 kinase (p70S6K) were dephosphorylated by morusin. Morusin-induced apoptosis was significantly increased by treatment with compound C in H460 cells. These results suggest that morusin-induced AMPK activation could protect NSCLC cells from apoptosis probably by inducing autophagy. CONCLUSIONS: Our findings suggest that combination treatment with morusin and autophagy inhibitor or AMPK inhibitor might enhance the clinical efficacy of morusin for NSCLC.
Zhang, Lijun;Park, Jeoung Yun;Zhao, Dong;Kwon, Hak Cheol;Yang, Hyun Ok
Biomolecules & Therapeutics
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v.29
no.6
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pp.615-629
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2021
An active compound, triterpene saponin, astersaponin I (AKNS-2) was isolated from Aster koraiensis Nakai (AKNS) and the autophagy activation and neuroprotective effect was investigated on in vitro and in vivo Parkinson's disease (PD) models. The autophagy-regulating effect of AKNS-2 was monitored by analyzing the expression of autophagy-related protein markers in SH-SY5Y cells using Western blot and fluorescent protein quenching assays. The neuroprotection of AKNS-2 was tested by using a 1-methyl-4-phenyl-2,3-dihydropyridium ion (MPP+)-induced in vitro PD model in SH-SY5Y cells and an MPTP-induced in vivo PD model in mice. The compound-treated SH-SY5Y cells not only showed enhanced microtubule-associated protein 1A/1B-light chain 3-II (LC3-II) and decreased sequestosome 1 (p62) expression but also showed increased phosphorylated extracellular signal-regulated kinases (p-Erk), phosphorylated AMP-activated protein kinase (p-AMPK) and phosphorylated unc-51-like kinase (p-ULK) and decreased phosphorylated mammalian target of rapamycin (p-mTOR) expression. AKNS-2-activated autophagy could be inhibited by the Erk inhibitor U0126 and by AMPK siRNA. In the MPP+-induced in vitro PD model, AKNS-2 reversed the reduced cell viability and tyrosine hydroxylase (TH) levels and reduced the induced α-synuclein level. In an MPTP-induced in vivo PD model, AKNS-2 improved mice behavioral performance, and it restored dopamine synthesis and TH and α-synuclein expression in mouse brain tissues. Consistently, AKNS-2 also modulated the expressions of autophagy related markers in mouse brain tissue. Thus, AKNS-2 upregulates autophagy by activating the Erk/mTOR and AMPK/mTOR pathways. AKNS-2 exerts its neuroprotective effect through autophagy activation and may serve as a potential candidate for PD therapy.
N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors are ionic glutamine receptors involved in brain development and functions such as learning and memory formation. NMDA receptor inhibition is associated with autophagy activation. In this study, we investigated whether the NMDA receptor antagonists, memantine and ifenprodil, induce autophagy in human retinal pigment epithelial cells (ARPE-19) to remove N-retinylidene-N-retinylethanolamine (A2E), an intracellular lipofuscin component. Fluorometric analysis using labeled A2E (A2E-BDP) and confocal microscopic examination revealed that low concentrations of NMDA receptor antagonists, which did not induce cytotoxicity, significantly reduced A2E accumulation in ARPE-19 cells. In addition, memantine and ifenprodil activated autophagy in ARPE-19 cells as measured by microtubule-associated protein 1A/1B-light chain3-II formation and phosphorylated p62 protein levels. Further, to understand the correlation between memantine- and ifenprodil-mediated A2E degradation and autophagy, autophagy-related 5 (ATG5) was depleted using RNA interference. Memantine and ifenprodil failed to degrade A2E in ARPE-19 cells lacking ATG5. Taken together, our study indicates that the NMDA receptor antagonists, memantine and ifenprodil, can remove A2E accumulated in cells via autophagy activation in ARPE-19 cells.
Tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) has no effect on normal cells, but selectively can induce apoptosis in tumor cells. Gartanin, a xanthone compound in mangosteen, has been shown to inhibit cancer cell growth by arresting the cell cycle and inducing autophage. In this study, we revealed that gartanin can sensitize TRAIL-induced human liver cancer cell death. We also found that gartanin enhances DR5 expression, a death receptor for TRAIL. This effect appears to be related to CHOP activation associated with the response of endoplasmic reticulum stress. Gartanin treatment also inhibited p62 protein expression and cleaved LC3 to activate autophagy flux, which is related with TRAIL-induced cell death. Pretreatment with autophagy flux inhibitor, LY294002, inhibited gartanin-induced DR5 expression. In summary, our results reveal that the combined treatment of gartanin and TRAIL can be a valuable tool for cancer treatment.
We hypothesized that inflammation affects number and activity of osteoclasts (OCs) via enhancing autophagy. Lipopolysaccharide (LPS) induced autophagy, osteoclastogenesis, and cytoplasmic reactive oxygen species (ROS) in bone marrow-derived macrophages that were pre-stimulated with receptor activator of nuclear $factor-{\kappa}B$ ligand. An autophagy inhibitor, 3-methyladenine (3-MA) decreased LPS-induced OC formation and bone resorption, indicating that autophagy is responsible for increasing number and activity of OCs upon LPS stimulus. Knockdown of autophagy-related protein 7 attenuated the effect of LPS on OC-specific genes, supporting a role of LPS as an autophagy inducer in OC. Removal of ROS decreased LPS-induced OC formation as well as autophagy. However, 3-MA did not affect LPS-induced ROS levels, suggesting that ROS act upstream of phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate 3-kinase in LPS-induced autophagy. Our results suggest the possible use of autophagy inhibitors targeting OCs to reduce inflammatory bone loss.
Po, Wah Wah;Choi, Won Seok;Khing, Tin Myo;Lee, Ji-Yun;Lee, Jong Hyuk;Bang, Joon Seok;Min, Young Sil;Jeong, Ji Hoon;Sohn, Uy Dong
Biomolecules & Therapeutics
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v.30
no.4
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pp.348-359
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2022
Gastric adenocarcinoma is among the top causes of cancer-related death and is one of the most commonly diagnosed carcinomas worldwide. Benzyl isothiocyanate (BITC) has been reported to inhibit the gastric cancer metastasis. In our previous study, BITC induced apoptosis in AGS cells. The purpose of the present study was to investigate the effect of BITC on autophagy mechanism in AGS cells. First, the AGS cells were treated with 5, 10, or 15 μM BITC for 24 h, followed by an analysis of the autophagy mechanism. The expression level of autophagy proteins involved in different steps of autophagy, such as LC3B, p62/SQSTM1, Atg5-Atg12, Beclin1, p-mTOR/mTOR ratio, and class III PI3K was measured in the BITC-treated cells. Lysosomal function was investigated using cathepsin activity and Bafilomycin A1, an autophagy degradation stage inhibitor. Methods including qPCR, western blotting, and immunocytochemistry were employed to detect the protein expression levels. Acridine orange staining and omnicathepsin assay were conducted to analyze the lysosomal function. siRNA transfection was performed to knock down the LC3B gene. BITC reduced the level of autophagy protein such as Beclin 1, class III PI3K, and Atg5-Atg12. BITC also induced lysosomal dysfunction which was shown as reducing cathepsin activity, protein level of cathepsin, and enlargement of acidic vesicle. Overall, the results showed that the BITC-induced AGS cell death mechanism also comprises the inhibition of the cytoprotective autophagy at both initiation and degradation steps.
Objective: Pork is an important source of animal protein in many countries. Subtle physiochemical changes occur during pork postmortem aging. The changes of apoptosis and autophagy in pork at 6 h to 72 h after slaughter were studied to provide evidence for pork quality. Methods: In this article, morphological changes of postmortem pork was observed through Hematoxylin-eosin staining, apoptotic nuclei were observed by TdT-mediated dUTP nick end labeling assay, protein related to apoptosis and autophagy expressions were tested by western blot and LC3 level were expressed according to immunofluorescence assay. Results: In this study, we found the occurrence of apoptosis in postmortem pork, and the process was characterized by nucleus condensation and fragmentation, formation of apoptotic bodies, increase in apoptosis-related Bax/Bcl-2 levels, and activation of caspases. Autophagy reached its peak between 24 and 48 h after slaughter, accompanied by the formation of autophagosomes on the cell membrane and expression of autophagy-related proteins beclin-1, P62, LC3-I, LC3-II, and ATG5. Conclusion: Obvious apoptosis was observed at 12 h and autophagy reached its peak at 48 h. The present work provides the evidence for the occurrence of apoptosis and autophagy during postmortem aging of pork. In conclusion, the apoptosis and autophagy of muscle cells discovered in this study have important implications for pork in the meat industry.
Sarcopenia is an age-related, progressive skeletal muscle disorder involving the loss of muscle mass and strength. Previous studies have shown that γ-aminobutyric acid (GABA) from fermented oysters aids in regulatory T cells (Tregs) cell expansion and function by enhancing autophagy, and concomitantly mediate muscle regeneration by modulating muscle inflammation and satellite cell function. The fermentation process of oysters not only increases the GABA content but also enhances the content of branched amino acids and free amino acids that aid the level of protein absorption and muscle strength, mass, and repair. In this study, the effect of GABA-enriched fermented sarco oyster extract (FSO) on reduced muscle mass and functions via Treg modulation and enhanced autophagy in aged mice was investigated. Results showed that FSO enhanced the expression of autophagy markers (autophagy-related gene 5 [ATG5] and GABA receptor-associated protein [GABARAP]), forkhead box protein 3 (FoxP3) expression, and levels of anti-inflammatory cytokines (interleukin [IL]-10 and transforming growth factor [TGF]-β) secreted by Tregs while reducing pro-inflammatory cytokine levels (IL-17A and interferon [IFN]-γ). Furthermore, FSO increased the expression of IL-33 and its receptor IL-1 receptor-like 1 (ST2); well-known signaling pathways that increase amphiregulin (Areg) secretion and expression of myogenesis markers (myogenic factor 5, myoblast determination protein 1, and myogenin). Muscle mass and function were also enhanced via FSO. Overall, the current study suggests that FSO increased autophagy, which enhanced Treg accumulation and function, decreased muscle inflammation, and increased satellite cell function for muscle regeneration and therefore could decrease the loss of muscle mass and function with aging.
Autophagy-related protein 8 (Atg8) is an essential component of autophagy formation and encystment of cystforming parasites, and some protozoa, such as, Acanthamoeba, Entamoeba, and Dictyostelium, have been reported to possess a type of Atg8. In this study, an isoform of Atg8 was identified and characterized in Acanthamoeba castellanii (AcAtg8b). AcAtg8b protein was found to encode 132 amino acids and to be longer than AcAtg8 protein, which encoded 117 amino acids. Real-time PCR analysis showed high expression levels of AcAtg8b and AcAtg8 during encystation. Fluorescence microscopy demonstrated that AcAtg8b is involved in the formation of the autophagosomal membrane. Chemically synthesized siRNA against AcAtg8b reduced the encystation efficiency of Acanthamoeba, confirming that AcAtg8b, like AcAtg8, is an essential component of cyst formation in Acanthamoeba. Our findings suggest that Acanthamoeba has doubled the number of Atg8 gene copies to ensure the successful encystation for survival when 1 copy is lost. These 2 types of Atg8 identified in Acanthamoeba provide important information regarding autophagy formation, encystation mechanism, and survival of primitive, cyst-forming protozoan parasites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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