The pro-apoptotic BCL-2 family protein BID activates BAK and/or BAX, which form oligomeric pores in the mitochondrial outer membrane. This results in the release of cytochrome c into the cytoplasm, initiating the apoptotic cascade. Here, we utilized liposomes encapsulating sulfo-rhodamine at a controlled temperature to improve upon a previously reported assay system with enhanced sensitivity and specificity for measuring membrane permeabilization by BID-dependent BAK activation. BAK activation was inhibited by BCL-$X_L$ protein but not by a mutant protein with impaired anti-apoptotic activity. With the assay system, we screened a chemical library and identified several compounds including trifluoperazine, a mitochondrial apoptosis-induced channel blocker. It inhibited BAK activation by direct binding to BAK and blocking the oligomerization of BAK.
Yun, Hye Sup;Bae, Young Hee;Lee, Yun Ji;Chang, Soo Chul;Kim, Seong-Ki;Li, Jianming;Nam, Kyoung Hee
Molecules and Cells
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v.27
no.2
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pp.183-190
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2009
The plasma membrane-localized BRASSINOSTEROID-INSENSITIVE1 (BRI1) and BRI1-ASSOCIATED KINASE1 (BAK1) are a well-known receptor pair involved in brassinosteroids (BR) signaling in Arabidposis. The formation of a receptor complex in response to BRs and the subsequent activation of cytoplasmic domain kinase activity share mechanistic characteristics with animal receptor kinases. Here, we demonstrate that BRI1 and BAK1 are BR-dependently phosphorylated, and that phosphorylated forms of the two proteins persist for different lengths of time. Mutations of either protein abolished phosphorylation of the counterpart protein, implying transphosphorylation of the receptor kinases. To investigate the specific amino acids critical for formation of the receptor complex and activation of BAK1 kinase activity, we expressed several versions of BAK1 in yeast and plants. L32E and L46E substitutions resulted in a loss of binding of BAK1 to BRI1, and threonine T455 was essential for the kinase activity of BAK1 in yeast. Transgenic bri1 mutant plants overexpressing BAK1(L46E) displayed reduced apical dominance and seed development. In addition, transgenic wild type plants overexpressing BAK1(T455A) lost the phosphorylation activity normally exhibited in response to BL, leading to semi-dwarfism. These results suggest that BAK1 is a critical component regulating the duration of BR efficacy, even though it cannot directly bind BRs in plants.
Kim, Ki Yun;Jang, Won Young;Lee, Ji Young;Jun, Do Youn;Ko, Jee Youn;Yun, Young Ho;Kim, Young Ho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.2
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pp.287-294
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2016
The effect of kaempferol (3,5,7,4-tetrahydroxyflavone), a flavonoid compound that was identified in barnyard millet (Echinochloa crus-galli var. frumentacea) grains, on G2-checkpoint and apoptotic pathways was investigated in human acute leukemia Jurkat T cell clones stably transfected with an empty vector (J/Neo) or a Bcl-xL expression vector (J/Bcl-xL). Exposure of J/Neo cells to kaempeferol caused cytotoxicity and activation of the ATM/ATR-Chk1/Chk2 pathway, activating the phosphorylation of p53 (Ser-15), inhibitory phosphorylation of Cdc25C (Ser-216), and inactivation of cyclin-dependent kinase 1 (Cdk1), with resultant G2-arrest of the cell cycle. Under these conditions, apoptotic events, including upregulation of Bak and PUMA levels, Bak activation, mitochondrial membrane potential (Δψm) loss, activation of caspase-9, -8, and -3, anti-poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) cleavage, and accumulation of apoptotic sub-G1 cells, were induced without accompanying necrosis. However, these apoptotic events, except for upregulation of Bak and PUMA levels, were completely abrogated in J/Bcl-xL cells overexpressing Bcl-xL, suggesting that the G2-arrest and the Bcl-xL-sensitive mitochondrial apoptotic events were induced, in parallel, as downstream events of the DNA-damage-mediated G2-checkpoint activation. Together these results demonstrate that kaempferol-mediated antitumor activity toward Jurkat T cells was attributable to G2-checkpoint activation, which caused not only G2-arrest of the cell cycle but also activating phosphorylation of p53 (Ser-15) and subsequent induction of mitochondria-dependent apoptotic events, including Bak and PUMA upregulation, Bak activation, Δψm loss, and caspase cascade activation.
Lee, Ji Young;Jee, Su Bean;Park, Won Young;Choi, Yu Jin;Kim, Bokyung;Kim, Yoon Hee;Jun, Do Youn;Kim, Young Ho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.24
no.12
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pp.1654-1663
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2014
To examine the effect of tumor suppressor protein p53 on the antitumor activity of 2-methoxyestradiol (2-MeO-$E_2$), 2-MeO-$E_2$-induced cell cycle changes and apoptotic events were compared between the human colon carcinoma cell lines HCT116 ($p53^{+/+}$) and HCT116 ($p53^{-/-}$). When both cell types were exposed to 2-MeO-$E_2$, a reduction in the cell viability and an enhancement in the proportions of $G_2/M$ cells and apoptotic sub-$G_1$ cells commonly occurred dose-dependently. These 2-MeO-$E_2$-induced cellular changes, except for $G_2/M$ arrest, appeared to be more apparent in the presence of p53. Immunofluorescence microscopic analysis using anti-${\alpha}$-tubulin and anti-lamin B2 antibodies revealed that after 2-MeO-$E_2$ treatment, impaired mitotic spindle network and prometaphase arrest occurred similarly in both cell types. Following 2-MeO-$E_2$ treatment, only HCT116 ($p53^{+/+}$) cells exhibited an enhancement in the levels of p53, p-p53 (Ser-15), $p21^{WAF1/CIP1}$, and Bax; however, the Bak level remained relatively constant in both cell types, and the Bcl-2 level decreased only in HCT116 ($p53^{+/+}$) cells. Additionally, mitochondrial apoptotic events, including the activation of Bak and Bax, loss of ${\Delta}{\psi}m$, activation of caspase-9 and -3, and cleavage of lamin A/C, were more dominantly induced in the presence of p53. The Bak-specific and Bax-specific siRNA approaches confirmed the necessity of both Bak and Bax activations for the 2-MeO-$E_2$-induced apoptosis in HCT116 cells. These results show that among 2-MeO-$E_2$-induced apoptotic events, including prometaphase arrest, up-regulation of Bax level, down-regulation of Bcl-2 level, activation of both Bak and Bax, and mitochondria-dependent caspase activation, the modulation of Bax and Bcl-2 levels is the target of the pro-apoptotic action of p53.
Lee, Ji Young;Jun, Do Youn;Kim, Ki Yun;Ha, Eun Ji;Woo, Mi Hee;Ko, Jee Youn;Yun, Young Ho;Oh, In-Seok;Kim, Young Ho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.27
no.1
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pp.197-205
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2017
Exposure of Jurkat T cell clone (J/Neo cells) to acacetin (5,7-dihydroxy-4'-methoxyflavone), which is present in barnyard millet (Echinochloa esculenta (A. Braun)) grains, caused cytotoxicity, enhancement of apoptotic $sub-G_1$ rate, Bak activation, loss of mitochondrial membrane potential (${\Delta}{\Psi}m$), activation of caspase-9 and caspase-3, degradation of poly(ADP-ribose) polymerase, and FITC-Annexin V-stainable phosphatidylserine exposure on the external surface of the cytoplasmic membrane without accompanying necrosis. These apoptotic responses were abrogated in Jurkat T cell clone (J/Bcl-xL) overexpressing Bcl-xL. Under the same conditions, cellular autophagic responses, including suppression of the Akt-mTOR pathway and p62/SQSTM1 down-regulation, were commonly detected in J/Neo and J/Bcl-xL cells; however, formation of acridine orange-stainable acidic vascular organelles, LC3-I/II conversion, and Beclin-1 phosphorylation (Ser-15) were detected only in J/Neo cells. Correspondingly, concomitant treatment with the autophagy inhibitor (3-methyladenine or LY294002) appeared to enhance acacetin-induced apoptotic responses, such as Bak activation, ${\Delta}{\Psi}m$ loss, activation of caspase-9 and caspase-3, and apoptotic $sub-G_1$ accumulation. This indicated that acacetin could induce apoptosis and cytoprotective autophagy in Jurkat T cells simultaneously. Together, these results demonstrate that acacetin induces not only apoptotic cell death via activation of Bak, loss of ${\Delta}{\Psi}m$, and activation of the mitochondrial caspase cascade, but also cytoprotective autophagy resulting from suppression of the Akt-mTOR pathway. Furthermore, pharmacologic inhibition of the autophagy pathway augments the activation of Bak and resultant mitochondrial damage-mediated apoptosis in Jurkat T cells.
To examine the antitumor effect of proso millet grains, whether proso millet grains exert apoptotic activity against human cancer cells was investigated. When the cytotoxicity of 80% ethanol (EtOH) extract of proso millet grains was tested against various cancer cells using MTT assay, more potent cytotoxicity was observed against human breast cancer MDA-MB-231 cells than against other cancer cells. When the EtOH extract was evaporated to dryness, dissolved in water, and then further fractionated by sequential extraction using four organic solvents (n-hexane, methylene chloride, ethyl acetate, and n-butanol), the BuOH fraction exhibited the highest cytotoxicity against MDA-MB-231 cells. Along with the cytotoxicity, TUNEL-positive apoptotic nucleosomal DNA fragmentation and several apoptotic responses including BAK/BAX activation, mitochondria membrane potential (Δψm) loss, mitochondrial cytochrome c release into the cytosol, activation of caspase-8/-9/-3, and degradation of poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) were detected. However, human normal mammary epithelial MCF-10A cells exhibited a significantly lesser extent of sensitivity compared to malignant MDA-MB-231 cells. Irrespective of Fas-associated death domain (FADD)-deficiency or caspase-8-deficiency, human T acute lymphoblastic leukemia Jurkat cells displayed similar sensitivities to the cytotoxicity of BuOH fraction, excluding an involvement of extrinsic apoptotic mechanism in the apoptosis induction. These results demonstrate that the cytotoxicity of BuOH fraction from proso millet grains against human breast cancer MDA-MB-231 cells is attributable to intrinsic apoptotic cell death resulting from BAK/BAX activation, and subsequent mediation of mitochondrial damage-dependent activation of caspase cascade.
Han, Cho Rong;Lee, Ji Young;Kim, Dongki;Kim, Hyo Young;Kim, Se Jin;Jang, Seokjoon;Kim, Yoon Hee;Jun, Do Youn;Kim, Young Ho
Journal of Life Science
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v.23
no.10
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pp.1230-1238
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2013
The regulatory effect of the tumor-suppressor protein p53 on the apoptogenic activity of $17{\alpha}$-estradiol ($17{\alpha}-E_2$) was compared between HCT116 ($p53^{+/+}$) and HCT116 ($p53^{-/-}$) cells. When the HCT116 ($p53^{+/+}$) and HCT116 ($p53^{-/-}$) cells were treated with $2.5{\sim}10{\mu}M$$17{\alpha}-E_2$ for 48 h or with $10{\mu}M$for various time periods, cytotoxicity and an apoptotic sub-$G_1$ peak were induced in the HCT116 ($p53^{+/+}$) cells in a dose- and time-dependent manner. However, the HCT116 ($p53^{-/-}$) cells were much less sensitive to the apoptotic effect of $17{\alpha}-E_2$. Although $17{\alpha}-E_2$ induced aberrant mitotic spindle organization and incomplete chromosome congregation at the equatorial plate, $G_2/M$ arrest was induced to a similar extent in both cell types. In addition, $17{\alpha}-E_2$-induced activation of Bak and Bax, ${\Delta}{\Psi}m$ loss, and PARP degradation were more dominant in the HCT116 ($p53^{+/+}$) than in the HCT116 ($p53^{-/-}$) cells. In accordance with enhancement of p53 phosphorylation (Ser-15) and p53 levels, p21 and Bax levels were elevated in the HCT116 ($p53^{+/+}$) cells treated with $17{\alpha}-E_2$. The HCT116 ($p53^{-/-}$) cells exhibited barely or undetectable levels of p21 and Bax, regardless of $17{\alpha}-E_2$ treatment. On the other hand, although the level of Bcl-2 was slightly lower in the HCT116 ($p53^{+/+}$) than in the HCT116 ($p53^{-/-}$) cells, it remained relatively constant after the $17{\alpha}-E_2$ treatment. Together, these results show that among the components of the $17{\alpha}-E_2$-induced apoptotic-signaling pathway, which proceeds through mitotic spindle defects causing mitotic arrest, subsequent activation of Bak and Bax and the mitochondria-dependent caspase cascade, leading to PARP degradation, $17{\alpha}-E_2$-induced activation of Bak and Bax is the upstream target of proapoptotic action of p53.
The apoptogenic effect of p-coumaric acid, a phenolic acid found in various edible plants, on human acute leukemia Jurkat T cells was investigated. Exposure of Jurkat T cells to p-coumaric acid (50-$150{\mu}M$) caused cytotoxicity and TdT-mediated dUTP nick-end labeling (TUNEL)-positive apoptotic DNA fragmentation along with Bak activation, ${\Delta}{\psi}m$ loss, activation of caspase-9, -3, -7, and -8, and PARP degradation in a dose-dependent manner. However,these apoptotic events were completely abrogated in Jurkat T cells overexpressing Bcl-2.Under these conditions, necrosis was not accompanied. Pretreatment of the cells with the pan-caspase inhibitor (z-VAD-fmk) could prevent p-coumaric acid-induced sub-$G_1$ peak representing apoptotic cells, whereas it failed to block ${\Delta}{\psi}m$ loss, indicating that the activation of caspase cascade was prerequisite for p-coumaric acid-induced apoptosis as a downstream event of ${\Delta}{\psi}m$ loss. FADD- and caspase-8-positive wild-type Jurkat T cell clone A3, FADD-deficient Jurkat T cell clone I2.1, and caspase-8-deficient Jurkat T cell clone I9.2 exhibited similar susceptibilities to the cytotoxicity of p-coumaric acid, excluding an involvement of Fas/FasL system in triggering the apoptosis. The apoptogenic activity of p-coumaric acid is more potent in malignant Jurkat T cells than in normal human peripheral T cells. Together, these results demonstrated that p-coumaric acid-induced apoptogenic activity in Jurkat T cellswas mediated by Bak activation, ${\Delta}{\psi}m$ loss, and subsequent activation of multiple caspases such as caspase-9, -3, -7, and-8, and PARP degradation, which could be regulated by anti-apoptotic protein Bcl-2.
A radiochemical separation scheme for the neutron activation analysis is developed for the determination of 28 elements in aluminum. The scheme is based on a group separation using ion-exchange resin and mineral exchanger. Present work has employed mineral acids and their partly organic mixture excluding HF as the media as well as common glass wares. For the determination, gamma-ray spectroscopy using $3"\times3"\;Nal(TI)$ detector and a single comparator method are used.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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