• Molecules and Cells
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• 제24권3호
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• pp.378-387
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• 2007

The Bcl-2 family of proteins interacts at the mitochondria to regulate apoptosis. However, the anti-apoptotic Bcl-2 and $Bcl-X_L$ are not completely localized to the mitochondria. In an attempt to generate Bcl-2 and $Bcl-X_L$ chimeras that are constitutively localized to the mitochondria, we substituted their C-terminal transmembrane tail or both the C-terminal transmembrane tail and the adjacent loop with the equivalent regions from Bak or Bax mutant (BaxS184V) as these regions determine the mitochondrial localization of Bak and Bax. The effects of these substitutions on subcellular localization and their activities were assessed following expression in HeLa and CHO K1 cells. The substitution of the C-terminal tail or the C-terminal tail and the adjacent loop of Bcl-2 with the equivalent regions from Bak or the Bax mutant resulted in its association with the mitochondria. This change in subcellular localization of Bcl-2 chimeras triggered cells to undergo apoptotic-like cell death. The localization of this Bcl-2 chimera to the mitochondria may be associated with the disruption of mitochondrial membrane potential. Unlike Bcl-2, the loop structure adjacent to the C-terminal tail in $Bcl-X_L$ is crucial for its localization. To localize the $Bcl-X_L$ chimeras to the mitochondria, the loop structure next to the C-terminal tail in $Bcl-X_L$ protein must remain intact and cannot be substituted by the loop from Bax or Bak. The chimeric $Bcl-X_L$ with both its C-terminal tail and the loop structure replaced by the equivalent regions of Bak or Bax mutant localized throughout the entire cytosol. The $Bcl-X_L$ chimeras that are targeted to the mitochondria and the wild type $Bcl-X_L$ provided same protection against cell death under several death inducing conditions.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제24권12호
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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.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제35권2호
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• pp.419-424
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• 2014

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.

• 생명과학회지
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• 제23권10호
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• pp.1230-1238
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• 2013

$17{\alpha}$-estradiol ($17{\alpha}-E_2$)의 에폽토시스 유도활성에 미치는 종양억제단백질 p53의 조절효과를 조사하고자, $17{\alpha}-E_2$에 의해 유도되는 에폽토시스 현상들을 인체 대장암 세포주 유래 클론인 HCT116 ($p53^{+/+}$) 및 HCT116 ($p53^{-/-}$) 세포에서 비교하였다. HCT116 ($p53^{+/+}$) 및 HCT116 ($p53^{-/-}$) 세포를 $17{\alpha}-E_2$ ($2.5{\sim}10{\mu}M$)로 처리하거나 혹은 HCT116 ($p53^{+/+}$) 및 HCT116 ($p53^{-/-}$) 세포를 $10{\mu}M$ $17{\alpha}-E_2$로 시간 별로 처리한 결과, HCT116 ($p53^{+/+}$)에 있어서는 세포독성과 에폽토시스-관련 sub-G1 peak의 비율은 처리농도와 시간에 의존적으로 나타났다. 그러나 HCT116 ($p53^{-/-}$) 세포의 경우는 이러한 현상이 미약하게 나타났다. $17{\alpha}-E_2$에 의해 유도되는 비정상적 유사분열방추사 형성, 중기판 염색체 배열의 미완성, 이에 따른 유사분열정지($G_2/M$ arrest) 등의 현상은 HCT116 ($p53^{+/+}$) 및 HCT116 ($p53^{-/-}$) 세포에서 유사한 수준으로 나타났다. 이에 반해, $17{\alpha}-E_2$에 의해 유도되는 Bak과 Bax의 활성화, 미토콘드리아의 막전위 상실(${\Delta}{\Psi}m$ loss), 그리고 PARP 분해 등의 현상은 HCT116 ($p53^{-/-}$) 세포에 비해 HCT116 ($p53^{+/+}$) 세포에서 훨씬 높은 수준으로 확인되었다. 아울러 $17{\alpha}-E_2$로 처리된 HCT116 ($p53^{+/+}$) 세포에서 확인되는 p53 (Ser-15)의 인산화 및 p53 수준의 증가와 일치하여, 세포 내의 p21및 Bax 수준도 현저히 증가하였다. 이때 $17{\alpha}-E_2$로 처리된 HCT116 ($p53^{-/-}$) 세포에서는 p21 및 Bax의 발현수준이 매우 낮았다. 한편, 에폽토시스 억제단백질인 Bcl-2 단백질 수준은 HCT116 ($p53^{-/-}$) 세포에 비해 HCT116 ($p53^{+/+}$) 세포에서 다소 낮았으나, 이러한 Bcl-2 단백질 수준은 $17{\alpha}-E_2$ 처리 후에도 크게 변화하지 않는 것으로 나타났다. 이러한 결과들은 $17{\alpha}-E_2$ 처리에 의해 유도되는 에폽토시스 유도 경로의 구성원들의 변화, 즉 비정상적 유사분열방추사 형성 및 이에 따른 유사분열정지($G_2/M$ arrest), 뒤이은 Bak 및 Bax의 활성화, 미토콘드리아의 막전위 상실, 그리고 이에 수반되는 caspase cascade 활성화 및 PARP 분해로 진행되는 에폽토시스 현상들 중에서, Bak 및 Bax의 활성화 단계가 종양억제단백질 p53의 에폽토시스 증진 활성에 의해 양성적으로 조절되는 작용 타켓임을 보여준다.

• Biomolecules & Therapeutics
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• 제22권6호
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• pp.519-524
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• 2014

We have previously shown that 2,4,3',5'-tetramethoxystilbene (TMS), a trans-stilbene analogue, induces apoptosis in human cancer cells. However, the detailed mechanisms of mitochondria-dependent apoptosis induced by TMS are not fully understood. In the present study, the possible roles of annexin A5 in TMS-mediated apoptosis were investigated in MCF7 human breast cancer cells. Quantitative real-time PCR analysis and Western blot analysis showed that the expression of annexin A5 was strongly increased in TMS-treated cells. TMS caused a strong translocation of annexin A5 from cytosol into mitochondria. Confocal laser scanning microscopic analysis clearly showed that TMS induced translocation of annexin A5 into mitochondria. TMS increased the expression and oligomerization of voltage-dependent anion channel (VDAC) 1, which may promote mitochondria-dependent apoptosis through disruption of mitochondrial membrane potential. When cells were treated with TMS, the levels of Bax, and Bak as well as annexin A5 were strongly enhanced. Moreover, we found that the cytosolic release of apoptogenic factors such as cytochrome c, or apoptosis-inducing factor (AIF) in mitochondria was markedly increased. Annexin A5 depletion by siRNA led to decreased proapoptotic factors such as Bax, Bak, and annexin A5. Taken together, our results indicate that annexin A5 may play an important role in TMS-mediated mitochondrial apoptosis through the regulation of proapoptotic proteins and VDAC1 expression.

• Radiation Oncology Journal
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• 제22권2호
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• pp.145-154
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• 2004

목적 : 인체 유방암 세포주인 MCF극에 새로운 CDCA합성유도체인 HS-1200을 방사선과 함께 처치하여 아포토시스 유도 활성 및 방사선 감작 효과를 관찰하고자 하였다. 대상 및 방법 : MCF-7 세포에 2$\~$8 Gy의 X-ray와 16$\mu$M 농도의 HS-1200을 처리한 세포들의 세포 생존 곡선을 clonogenic assay를 통하여 구하였다. 아포토시스 유도 확인은 8 Gy의 X-ray와 40$\mu$M 농도의 HS-1200을 전 처치하여 구한 agarose gel 전기영동 및 Hoechst staining을 이용하였다. 면역형광법을 이용한 cytochrome c, Bax 및 AIF들의 관찰과 미토콘드리아 막전위 측정을 시행하였다 Western blotting을 통한 PARP (poly (ADP-ribose) poly-merase) cleavage, Bax, Bcl-2, Bak 및 AIF 들의 발현을 관찰하였다. 결과 : 2$\~$8 Gy의 X-ray를 조사한 군(R)과 HS-1200 처리 후 2$\~$8 Gy의 X-ray를 조사 한 군(HR)의 세포 생존 곡선을 비교하니 HR군에서 세포 감작 효과를 관찰할 수 있었다. DNA ladder는 R군에서는 72시간재 관찰되는 반면에 HR 군에서는 24시간째 관찰되어 DNA 분절이 빠르게 진행됨을 알 수 있었고, PARP cleavage의 관찰에서도 R 군에 비해 24시간 빠르게 진행되었다. 면역 형광법을 이용한 실험에서도HR군이 R 근에 비하여 미토콘드리아 막전위($\Delta$$\psi$$_{m}$)의 급격한 감소, cytochrome의 다량 방출, Bax의 증가된 점상 변화 등이 관찰되었고, AIF의 변화는 뚜렷하지 않았다. Western blotting을 이용한 Bax, Bcl-2, Bak 및 AIF들의 발현을 관찰하였을 때 Bax 만 HR 군에서 시간대별로 증가되는 추세를 보인 반면 Bcl-2, Bak 및 AIF들의 발현은 특이한 차이를 발견할 수 없었다. 결론 : 인체 유방암 세포주(MCF-7)에서 새로운 담즙산 합성 유도체인 HS-1200은 방사선 조사에 의한 아포토시스의 유도를 감작시키는 사실을 관찰하였다. 아포토시스 유도감작 증가는 Bax/Bcl-2 분율의 상대적 증가로 기인한다고 생각한다. 상기 결과를 토대로 HS-1200의 항암 치료제로서의 역할에 관한 기초 자료로서의 유용성을 제시할 수 있었다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제49권3호
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• pp.283-288
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• 2021

본 연구에서는 굴피나무 잎 추출물로부터 사람 위암세포주인 AGS 세포에 대한 apoptosis가 유도되어 항암 활성을 가지는지를 확인하고자 한다. AGS 세포에 굴피나무 잎 추출물을 농도별(0, 50, 150, 200 ㎍/ml)로 처리하여 세포에서 나타나는 양상들을 확인하였다. MTS 측정으로 암세포 생존율을 확인한 결과 굴피나무 잎 추출물에 따라 농도의존적으로 세포에 독성을 보였으며, 이러한 세포 죽음이 apoptosis 유도에 의한 것인지를 annexin V/FITC-PI 염색을 통해 확인하였다. 그 결과, early apoptosis를 보이는 세포의 양상이 유의성 있게 증가하였다. 굴피나무 잎 추출물의 처리는 세포 주기에서 sub-G1기의 증가로 암세포가 더 이상 분열하지 못하고 증식이 억제됨을 보여준다. 내인성 경로에 관여하는 Bax, Bak, Bcl-2, Bcl-xL의 증감을 mRNA 수준에서 RT-PCR로 확인한 결과, Bax, Bak가 증가하고, Bcl-2, Bcl-xL이 감소를 동반하며 미토콘드리아를 통한 세포사멸의 신호전달 경로가 진행되고 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 종합하면 굴피나무 잎 추출물은 사람 위암세포에 대한 항암 활성을 가지는 효능적 가치가 있음에 가능성을 제시할 수 있을 것으로 생각되며, 추가적인 동물실험을 통한 인체적용시험의 효능 검증을 통해 의약품 개발 가능성을 확인해야 한다.

• 생명과학회지
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• 제33권1호
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• pp.15-24
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• 2023

잡곡 류에 속하는 기장(Panicum miliaceum L.)의 항암 효과를 알아보기 위해, 기장의 종자를 80% 에탄올(EtOH)로 추출하였으며, 이를 감압 농축하여 건조시키고 재차 물에 녹인 후 4가지 유기용매(헥산, 메틸렌크로라이드, 에틸아세테이트 및 부탄올)로 순차적으로 추출 분획하였다. 다양한 인간 암세포에 대하여 80% 에탄올 추출물의 세포독성을 조사한 결과, 인간 유방암 세포주 MDA-MB-231에 대한 세포독성 효과가 가장 강하게 나타났다. 또한 에탄올 추출물 유래 각 유기용매 분획들 중에서 세포독성이 가장 높게 나타난 부탄올 분획을 사용하여, 유방암 세포주 MDA-MB-231에 대한 아폽토시스성 세포사멸 유도 효과를 조사하였다. 그 결과로서, BAK/BAX 활성화, 미토콘드리아 막 전위(Δψm) 손실, 미토콘드리아 시토크롬 c 방출, 카스파아제-8/-9/-3의 활성화, PARP의 분해, 그리고 TUNEL-양성 아폽토시스성 DNA 단편화와 같은 아폽토시스 반응들이 검출되었다. 한편, 인간 급성백혈병 Jurkat T 세포의 A3 클론(야생형), I2.1 클론(FADD-결손형) 및 I9.2 클론(카스파아제-8 결손형)은 부탄올 분획의 세포독성에 대해 유사한 감수성을 나타내었는데, 이는 부탄올 분획의 아폽토시스 유도 활성에는 외인성 아폽토시스 기전이 관련되지 않음을 시사한다. 흥미롭게도, 인간 정상 유방 상피세포 MCF-10A는 유방암 MDA-MB-231세포에 비해 부탄올 분획의 세포독성에 대하여 훨씬 낮은 감수성를 보였다. 이러한 연구결과는 기장 종자 유래 부탄올 분획의 인간 유방암 세포주 MDA-MB-231에 미치는 세포독성효과는 BAK/BAX 활성화에 따른 미토콘드리아 외막 손상 및 시토크롬 c 방출, 이에 수반되는 카스파아제 활성화에 의해 매개됨을 보여준다.

• 한국식품영양과학회지
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• 제45권9호
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• pp.1257-1264
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• 2016

개똥쑥은 예로부터 항암, 항바이러스 및 항균의 효능을 지니는 것으로 알려져 왔지만 작용 기작에 대한 내용이 많이 알려지지 않았다. 본 연구에서는 AGS 인체 위암 세포를 대상으로 개똥쑥 추출물(AAE)에 의한 apoptosis 효과와 신호경로 연구를 시행하였다. AAE의 암세포 성장에 미치는 영향을 확인하기 위하여 AGS cell에 AAE를 처리하고 MTT assay와 LDH assay를 수행한 결과 AAE 농도 의존적으로 나타난 세포 성장 억제가 세포 손상에 의한 것임을 확인하였다. 또한, AAE에 의한 암세포 증식 억제 효과가 apoptosis에 의한 것인지 확인하기 위하여 Hoechst 33342 staining과 Annexin V-PI staining을 수행한 결과, Hoechst 33342 staining에서 apoptotic body와 세포질 응축이 농도 의존적으로 증가하는 것을 확인하였고, Annexin V-PI staining에서 apoptotic cells의 변화가 농도 의존적으로 증가함을 확인하였다. Western blotting의 결과 AAE가 농도 의존적으로 세포 생장에 관여하는 신호 단백질인 p-Akt, p-TSC2, p-mTOR, p-GSK-$3{\beta}$의 발현이 감소함을 확인하였고, anti-apoptotic 단백질인 Bcl-2의 발현이 억제됨으로써 proapoptotic 단백질인 Bax, Bak의 발현이 증가하는 일련의 신호경로를 조절할 수 있다는 것을 확인하였다. 미토콘드리아 막 전위의 탈분극 유도를 확인하기 위한 JC-1 assay 수행 결과, AAE 농도 의존적으로 미토콘드리아 막 전위의 탈분극이 유도됨을 확인하였다. 탈분극에 의한 caspase 활성을 확인하기 위해 caspase-3/7 activity assay를 수행한 결과, AAE 농도 의존적으로 caspase activity 증가를 확인하였다. 또한, apoptosis가 일어나는 일련의 신호경로를 확인하기 위해 apoptosis 상위 단백질인 Akt, mTOR, GSK-$3{\beta}$의 활성을 억제하는 LY294002, Rapamycin, BIO를 각각 AGS cell에 처리하고 세포증식에 미치는 영향과 신호 단백질의 발현 양상을 알아보기 위해 MTT assay, LDH assay, western blotting을 수행하였다. 그 결과 AAE와 LY294002, Rapamycin 처리군에서 세포증식 억제와 LDH 방출량 증가뿐만 아니라 세포 생장 신호 단백질인 p-mTOR, p-TSC2, p-Akt, p-GSK-$3{\beta}$의 발현이 감소하는 것을 확인하였고, Bcl-2의 발현이 억제됨으로써 Bax와 Bak의 발현을 증가시키는 신호경로를 조절할 수 있다는 것을 확인하였다. 따라서 AGS cell에 개똥쑥 추출물을 처리하였을 때 유도되는 apoptosis 효과는 Akt/mTOR/GSK-$3{\beta}$ 경로 활성 억제를 통해 Bcl-2 발현이 감소함에 따라 Bax, Bak를 활성화해 세포질로의 cytochrome C 유리에 따른 caspase 활성으로 이루어진다는 것을 알 수 있었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제29권10호
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• pp.1675-1681
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• 2019

Clostridium difficile toxin A is known to cause colonic epithelial cell apoptosis, which is considered the main causative event that triggers inflammatory responses in the colon, reflecting the concept that the essential role of epithelial cells in the colon is to form a physical barrier in the gut. We previously showed that toxin A-induced colonocyte apoptosis and subsequent inflammation were dependent on prostaglandin E2 ($PGE_2$) produced in response to toxin A stimulation. However, the molecular mechanism by which $PGE_2$ mediates cell apoptosis in toxin A-exposed colonocytes has remained unclear. Here, we sought to identify the signaling pathway involved in toxin A-induced, $PGE_2$-mediated colonocyte apoptosis. In non-transformed NCM460 human colonocytes, toxin A exposure strongly upregulated expression of Bak, which is known to form mitochondrial outer membrane pores, resulting in apoptosis. RT-PCR analyses revealed that this increase in Bak expression was attributable to toxin A-induced transcriptional upregulation. We also found that toxin A upregulation of Bak expression was dependent on $PGE_2$ production, and further showed that this effect was recapitulated by an Prostaglandin E2(PGE2) receptor-1 receptor agonist, but not by agonists of other EP receptors. Collectively, these results suggest that toxin A-induced cell apoptosis involves $PGE_2$-upregulation of Bak through the EP1 receptor.