Park, Hyun-Jin;Jin, Soojung;Oh, You Na;Yun, Seung-Geun;Lee, Ji-Young;Kwon, Hyun Ju;Kim, Byung Woo
Journal of Life Science
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v.23
no.9
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pp.1109-1117
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2013
Induction of G1 Arrest by Methanol Extract of Lycopus lucidus in Human Lung Adenocarcinoma A549 Cells Lycopus lucidus, a herbaceous perennial, is used as a traditional remedy in East Asia, including China and Korea. It has been reported that L. lucidus has anti-allergic effects, inhibitory effects on cholesterol acyltransferase in high glucose-induced vascular inflammation, and anti-proliferative effects in human breast cancer cells. However, the molecular mechanisms of the anti-cancer effects of L. lucidus have not yet been fully determined. In this study, we evaluated the anti-cancer effect and the mechanism of action of L. lucidus in human lung adenocarcinoma A549 cells using methanol extracts of L. lucidus (MELL). MELL treatment showed cytotoxic activity in a dose-dependent manner and induced G1 arrest in A549 cells. The induction of G1 arrest by MELL was associated with the up-regulation of phospho-CHK2 and the down-regulation of Cdc25A phosphatase. In addition, MELL treatment induced decreased expression of G1/S transition-related proteins, including CDK2, CDK4, CDK6, cyclin D1 and cyclin E. MELL also regulated the mRNA expression of CDK2 and cyclin E. On the other hand, the expression of p53 and the cyclin-dependent kinase inhibitor p21 was not induced by MELL. Collectively, these results suggest that MELL may exert an anti-cancer effect by cell cycle arrest at G1 phase through the ATM/CHK2/Cdc25A/CDK2 pathway in A549 cells.
Regulation of cell proliferation is a complex process involving the regulated expression and /or modification of discrete gene products. which control transition between different stages of the cycle. The purpose of this short review is to provide an overview of somatic cell cycle events and their controls. Cycline have appeared as major positive regulators in this network, because their association to the cyclin-dependent kinases(Cdks) allows the subsequent activation on the Cdk/cyclin complexes and their catalatic activity. In mammalian cells, early to mid G1 progression and late G1 progression leading to S phase entry are directed by D-type cyclins-Cdk4, 6 and cyclin E-Cdk 2 both of which can phosphorylate the retinoblastoma protein (pRB). pRB is a transcriptional repressor which, in its unphosphorylated state, binds to members of the E2F transcription factor family and blocks E2F-dependent transcription of genes controlling the G1 to S phase transition an subsequent DNA synthesis. Cyclin A is produced in late G1 and expressed during S and G2 phae, and expression of B-type cyclins is typically maximal during the G2 to M phase transition and it controls the passage through M phase. They primarily associate with the activate Cdk2, and Cdc2, respectively. On the other hand, the Cdk inhibitors negatively control the activity of C아/cyclin complex by coordinating internal and/or external signals and impending proliferation at several key checkpoints. These current and further findings will provide novel approaches to understanding and treating major diseases.
1 The present work was performed to investigate the effects of ginsenoside Rh2 on proliferation, cell cycle-regulation and differentiation of human leukemia HL-60 cells as well as the underlying mechanisms for these effects. 2 Ginsenoside Rh2 potently inhibited the proliferation of HL-60 cells in both a dose- and time-dependent manner with an $IC_{50}$, $20{\mu}M$. 3 DNA flow-cytometry indicated that ginsenoside Rh2 markedly induced a $G_1$ phase arrest of HL-60 cells. 4 Among the $G_1$ phase cell cycle-related proteins, the levels of cyclin-dependent kinase(CDK)4, 6 and cyclin D1, cyclin D2, cyclin D3 were reduced by ginsenoside Rh2, whereas the steadystate levels of CDK2 and cyclin E were unaffected. 5 The protein levels of a CDK inhibitor p16, $p21^{CIP1/WAF1}$ and $p27^{KIP1}$ were markedly increased by ginsenoside Rh2. 6 Ginsenoside Rh2 markedly enhanced the binding of $p21^{CIP1/WAF1}$ and $p27^{KIP1}$ with CDK2 and CDK6, resulting in the reduced activity of both kinases and the hypophosphorylation of Rb protein. 7 We furthermore suggest that ginsenoside Rh2 is a potent inducer of the differentiation of HL-60 cells, based on observations such as a reduction of the nitroblue tetrazolium level, an increase in the esterase activities and phagocytic activity, morphology changes, and the expression of CD11b, CD14, CD64 and CD66b surface antigens. 8 In conclusion, the onset of ginsenoside Rh2-induced the $G_0/G_1$ arrest of HL-60 cells prior to the differentiation is linked to a sharp up-regulation of the $p21^{CIP1/WAF1}$ level and a decrease in the CDK2, CDK4 and CDK6 activities. This is the first report demonstrating that ginsenoside Rh2 potently inhibits the proliferation of human promyelocytic HL-60 cells via the $G_1$ phase cell cycle arrest and differentiation induction.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.22
no.5
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pp.1250-1255
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2008
Onchungeum(OCE), a herbal formula, has been used for treatment of anemia, discharging blood and skin diseases. In the previous study, we investigated the anti-cancer effect of OCE by G1 arrest of the cell cycle in human hepatocarcinoma cells, Hep3B cells. In this study, it was examined that the difference of anti-proliferative mechanisms by change in the ratio of OCE composition (OCE I) in Hep3B cells. Treatment of OCE I exhibited a relatively strong anti-proliferative activity and caused various morphological changes such as membrane shrinkage and cell floating. In addition, OCE-I arrests the cell cycle at G1 phase, which was associated with the down-regulation of cyclin D1 and Cdk6 expressions. The G1 arrest was also associated with the induction of Cdk inhibitors p27 and p21. Moreover, both p21 and p27 were detected by immunoprecipitation with anti-Cdk4 and anti-Cdk2 antibodies in OCE I-treated cells but in case of OCE, p21 did not make any complexes with Cdk4 and Cdk2. These results suggest that the change in the ratio of OCE composition might induce different mechanisms in anti-cancer efficacy of OCE, which may confer characteristic principles in oriental medical formula.
The effects of a green tea extract (GTE) were examined using the MCF-7 human breast cancer cell line. Cell viability assays using 3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assays revealed that GTE had a significant cytotoxic effect on MCF-7 cells, depending on the concentration of GTE. Western blotting of p53 and its related proteins, p21/cip1 and CDK2, after GTE treatment revealed that a significant and concentration dependent increase in p53 protein in response to GTE. The levels of p21/cip1 proteins were also increased at low GTE concentrations were significantly increased even at the highest GTE concentrations. However, the level of CDK2 was significantly decreased by treatment with high concentrations of GTE. These results indicate that treatment with GTE increased the p53 level in MCF-7 cells, and this activation of p53 markedly elevated the levels of p21/cip1proteins, which, in turn, inhibited CDK2 expression in the MCF-7 cells. The inhibition of CDK2 expression might then affect cell cycle progression. Subsequent FACS analysis indicated that GTE treatment the gradually increased progression of the MCF-7 to the G1 phase. These results clearly demonstrate that the anti-tumor effect of GTE in MCF-7 cells is regulated by p53 arrest of the MCF-7 cells at the G1 stage of cell cycle.
Proceedings of the Korean Society of Applied Pharmacology
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2006.04a
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pp.95-105
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2006
Alzheimer's disease (AD) is an irreversible, progressive brain disorder that is characterized by dementia. Amounts of p25 and cdk5 kinase activity are specifically upregulated in AD patient's brain samples. Considerable evidence now points importance of p25/cdk5 in generation of A$\beta$ peptides and hyperphosphorylation of tau linking amyloid plaques and neurofibrillary tangles, two major pathological hallmarks of AD. We demonstrated that P25/CDK5 phosphorylates BACE1, the first step protease to produce A$\beta$. P25/CDK5 inhibitors to reduce BACE1 phosphorylation and the secretion of A$\beta$ are screened through in silica, in vitro, and cell-based assays. Out of 4.3 million chemicals we finally selected two compounds to have IC50 of 10 microM in cell-based assays. The inhibitors block Tau phosphrorylation as well as BACE1 phosphorylation. In conclusion P25 should be one of the best targets for AD therapeutics.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.17
no.1
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pp.157-164
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2003
Cervi Parvum Cornu(CPC) is that the young horn of deer family and has been traditionally used as a medicine in Eastern. The purpose of present study was to investigate the effects of CPC on cell cycle progression and its molecular mechanism in human periodontal ligament cells (HPOLC). In cell proliferation assay, 1 ng/ml, 10 ng/ml, 100 ng/ml, 1 ㎍/ml and 10 ㎍/ml of CPC were used, all treatment groups increased the cell growth. Maximal cell proliferation was observed in cells exposed to 100 ng/ml of CPC at 4 day, and 10 ng/ml and 100 ng/ml of CPC at 6 days. S phase was increased and G1 phase was decreased in the group treated with 100 ng/ml of CPC in cell cycle analysis. The protein levels of cyclin D1 were not changed, but the levels of cyclin E, cdk 2, cdk 4 and cdk 6 were increased. The protein levels of p21, pRb were decreased as compared to that of control group, but the levels of p53 was not changed in the cells both treated with CPC Md untreated. These results suggested that CPC increases the cell proliferation and cell cycle progression in HPDLC, which is linked to an increased cellular levels of cyclin E, cdk 2, cdk 4 and cdk 6, and decreased the levels of p53, p21.
Retinoic acid (RA) and dibutyryl cyclic AMP (dbcAMP) induce the differentiation of the multipotent embryonic carcinoma cell line, F9 cells, into parietal endoderm like cell. The F9 cells are highly proliferative doubling approximately 12 hourse. S Phase is predominant, lasting 10 hours and G2/M phase occupies most of the remaining cycle (2 hours) and G1 phase is nearly non-existent. In this study, we showed the effect of RA and dbcAMPon the cell cycle associated molecules (especially around G1 phase) during F9 cell differentiation. Differentiation of F9 cells was induced by the combined addition of RA ($10^{-7}M$) and dbcAMP (0.5mM), and cells were harvested daily up to 4 days. Flow cytometric analysis showed the prolongation of G1 phase around 30 hours after induction. Western blot analysis revealed that the amount of cyclin D1 and cdk2 were increased at day 4. However, histone H1 kinase activity of cdk2 was decreased. These data strongly suggest that RA and dbcAMP induce the growth arrest of F9 cells at G1 phase by decreasing the activity of cdk2, although they have increased the protein contents of cyclin D1 and cdk2. The reason for the discrepancy between the H1 kinase activity and protein contents are not clear yet.
Human prostate cancer is the second most frequently diagnosed cancer worldwide, and its incidence rate continues to increase. Advanced prostate cancer is more difficult to treat than early forms due to its chemotherapy resistance. There is need for more effective agents that can inhibit the progression of advanced prostate cancer. Demethoxyfumitremorgin C (DMFTC) was isolated from the fermentation extract of the marine fungus Aspergillus fumigatus. Antiproliferative activity of DMFTC against human prostate cancer PC3 cells was examined through cell cycle analysis by flow cytometry, the fluorescent nuclear imaging analysis with propidium iodide (PI), and proteins expression related to cell cycle arrest and apoptosis were investigated via Western blotting. DMFTC inhibited PC3 cells growth through G1 phase cell cycle arrest and apoptosis induction. It activated the tumor suppressor p53 and the Cdk inhibitor p21, which regulate the cell progression into the G1 phase. Additionally, PI-positive late apoptotic non-viable cells were increased and the expression levels of the G1-positive downstream regulators cyclin D, cyclin E, Cdk2, and Cdk4 were decreased by DMFTC treatment. These results suggest that DMFTC induces G1 arrest and apoptosis induction through regulation of p53/p21-dependent cyclin-Cdk complexes, and it may be a useful therapeutic agent for the treatment of human advanced prostate cancer.
Retinoic acid plays an important role in the regulation of cell growth and differentiation. In our present study, we evaluated the effects of all-trans retinoic acid (RA) on cell proliferation and on the cell cycle regulation of human gingival fibroblasts (HGFs). Cell proliferation was assessed using the MTT assay. Cell cycle analysis was performed by flow cytometry, and cell cycle regulatory proteins were determined by western blot. Cell proliferation was increased in the presence of a 0.1 nM to 1 ${\mu}M$ RA dose range, and maximal growth stimulation was observed in cells exposed to 1 nM of RA. Exposure of HGFs to 1 nM of RA resulted in an augmented cell cycle progression. To elucidate the molecular mechanisms underlying cell cycle regulation by RA, we measured the intracellular levels of major cell cycle regulatory proteins. The levels of cyclin E and cyclin-dependent kinase (CDK) 2 were found to be increased in HGFs following 1 nM of RA treatment. However, the levels of cyclin D, CDK 4, and CDK 6 were unchanged under these conditions. Also after exposure to 1 nM of RA, the protein levels of $p21^{WAF1/CIP1}$ and $p16^{INK4A}$ were decreased in HGFs compared with the control group, but the levels of p53 and pRb were similar between treated and untreated cells. These results suggest that RA increases cell proliferation and cell cycle progression in HGFs via increased cellular levels of cyclin E and CDK 2, and decreased cellular levels of $p21^{WAF1/CIP1}$ and $p16^{INK4A}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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