Manganese is a naturally occurring element which is widespread in the environment. Also, manganese is an essential trace element and plays a key role in important biological reactions catalyzed by enzymes. However, exposure to high levels of manganese can cause toxicity in neurone and inhalation system, also damage in various tissues. We investigated the toxicity induced by manganese compound ($MnCl_2$) in cultured rat cardiomyocytes. Treatment of manganese to cultured cardiomyocyte led to cell death, reactive oxygen species (ROS) increase, and cytosolic caspase-3 activation. The ROS increase was related with the decreased level of glutathione. Expressions of ROS related genes such as heme oxygenase-1, thioredoxin reductase, and NADH quinone oxidase were significantly induced in manganese treated cells. These results suggest that manganese induce oxidative stress and apoptosis in cardiomyocytes, and may be the one of risk factors to cause heart dysfunction in vivo.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.44
no.2
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pp.200-207
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2015
Various natural products or their derivatives, mostly originating from plants, fungi, and bacteria, have been exploited as therapeutic drugs to treat various human diseases. In addition to previously explored organisms, research on natural compounds has now expanded into unexamined living organisms in order to identify novel bioactive substances. Here, we determined whether or not the larval form of the mealworm beetle Tenebrio molitor, a species of darkling beetle, contains cytotoxic substances that exclusively affect cancer cell viability. Ethanol extract and its solvent partitioned fractions, hexane and ethyl acetate fractions, showed anticancer effects against various human cancer cells derived from the prostate (PC3 and 22Rv1), cervix (HeLa), liver (PLC/PRF5, HepG2, Hep3B, and SK-HEP-1), colon (HCT116), lung (NCI-H460), breast (MDA-MB231), and ovary (SKOV3). Cell death induced by the fractions was a mix of apoptosis, necrosis, and autophagy. The hexane fraction was administered intraperitoneally to nude mice bearing a hepatocellular carcinoma SK-HEP-1 and showed inhibition of tumor growth in vivo. Therefore, we concluded that worm extracts contain cytotoxic substances, which can be enriched by proper fractionation protocols, and further separation and purification could lead to the identification of novel molecules to treat human cancers.
This study was conducted to examine whether the parthenogenetic mouse embryonic stem (P-mES) cells can differentiate into functional cardiomyocytes in vitro similar to (mES) cells. p-mES04 and IVF-derived mES03 cells were cultured by suspension culture for 4 days. The formed embryoid bodies (EBs) were treated with 0.75% dimethyl-sulfoxide (DMSO) for further 4 days (4-/4+), and then plated onto gelatin coated culture dish. The appearance of contracting cardiomyocytes from the P-mES04 and mES03 cells was examined for 30 days. The highest cumulative frequency was detected at days 13 (69.83%) and 22 (61.3%), respectively. By immunocytochemistry, beating P-mES04 cells were positively stained with muscle specific anti-sarcomeric a-actinin Ab and cardiac specific anti-cardiac troponin I Ab similar to contracted mES03 cells. When the expression of cardiac muscle-specific genes was analyzed by RT-PCR, beating P-mES04 cells were expressed cardiac specific L-type calcium channel, a1C, cardiac myosin heavy chain a, cardiac muscle heavy polypeptide $7{\beta}$, GATA binding protein 4 and atrial natriuretic factor, but not expressed skeletal muscle specific L-type calcium channel, a1S, which was similar to male adult heart cells and mES03-derived beating cardiomyocytes. The result demonstrates that the P-mES cells can be used as an alternative for the study on the characteristic analysis of in vitro cardiomyocyte differentiation from the ES cells.
Chang-Jun Luo;Tao Li;Hao-Liang Li;You Zhou;Lang Li
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.27
no.2
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pp.143-155
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2023
Percutaneous coronary intervention and acute coronary syndrome are both closely tied to the frequently occurring complication of coronary microembolization (CME). Resveratrol (RES) has been shown to have a substantial cardioprotective influence in a variety of cardiac diseases, though its function and potential mechanistic involvement in CME are still unclear. The forty Sprague-Dawley rats were divided into four groups randomly: CME, CME + RES (25 mg/kg), CME + RES (50 mg/kg), and sham (10 rats per group). The CME model was developed. Echocardiography, levels of myocardial injury markers in the serum, and histopathology of the myocardium were used to assess the function of the cardiac muscle. For the detection of the signaling of TLR4/MyD88/NF-κB along with the expression of pyroptosis-related molecules, ELISA, qRT-PCR, immunofluorescence, and Western blotting were used, among other techniques. The findings revealed that myocardial injury and pyroptosis occurred in the myocardium following CME, with a decreased function of cardiac, increased levels of serum myocardial injury markers, increased area of microinfarct, as well as a rise in the expression levels of pyroptosis-related molecules. In addition to this, pretreatment with resveratrol reduced the severity of myocardial injury after CME by improving cardiac dysfunction, decreasing serum myocardial injury markers, decreasing microinfarct area, and decreasing cardiomyocyte pyroptosis, primarily by blocking the signaling of TLR4/MyD88/NF-κB and also reducing the NLRP3 inflammasome activation. Resveratrol may be able to alleviate CME-induced myocardial pyroptosis and cardiac dysfunction by impeding the activation of NLRP3 inflammasome and the signaling pathway of TLR4/MyD88/NF-κB.
C-reactive protein (CRP) is an inflammatory marker and risk factor for atherosclerosis and cardiovascular diseases. However, the mechanism through which CRP induces myocardial damage remains unclear. This study aimed to determine how CRP damages cardiomyocytes via the change of mitochondrial dynamics and whether survivin, an anti-apoptotic protein, exerts a cardioprotective effect in this process. We treated H9c2 cardiomyocytes with CRP and found increased intracellular ROS production and shortened mitochondrial length. CRP treatment phosphorylated ERK1/2 and promoted increased expression, phosphorylation, and translocation of DRP1, a mitochondrial fission-related protein, from the cytoplasm to the mitochondria. The expression of mitophagy proteins PINK1 and PARK2 was also increased by CRP. YAP, a transcriptional regulator of PINK1 and PARK2, was also increased by CRP. Knockdown of YAP prevented CRP-induced increases in DRP1, PINK1, and PARK2. Furthermore, CRP-induced changes in the expression of DRP1 and increases in YAP, PINK1, and PARK2 were inhibited by ERK1/2 inhibition, suggesting that ERK1/2 signaling is involved in CRP-induced mitochondrial fission. We treated H9c2 cardiomyocytes with a recombinant TAT-survivin protein before CRP treatment, which reduced CRP-induced ROS accumulation and reduced mitochondrial fission. CRP-induced activation of ERK1/2 and increases in the expression and activity of YAP and its downstream mitochondrial proteins were inhibited by TAT-survivin. This study shows that mitochondrial fission occurs during CRP-induced cardiomyocyte damage and that the ERK1/2-YAP axis is involved in this process, and identifies that survivin alters these mechanisms to prevent CRP-induced mitochondrial damage.
Thus far, several in vivo biosensing platforms have been proposed to measure the mechanical contractility of cultured cardiomyocytes. However, the low sensitivity and screening rate of the developed sensors severely limit their practical applications. In addition, intensive research and development in cardiovascular disease demand a high-throughput drug-screening platform based on biomimetic engineering. To overcome the drawbacks of the current state-of-the-art methods, we propose a high-throughput drug-screening platform based on 16 functional high-sensitivity well plates. The proposed system simulates the physiological accuracy of the heart function in an in vitro environment. We fabricated 64 cantilevers using highly flexible and optically transparent silicone rubber and placed in 16 independent wells. Nanogrooves were imprinted on the surface of the cantilever to promote cell alignment and maturation. The adverse effects of the cardiovascular drugs on the cultured cardiomyocytes were systematically investigated. The 64 cantilevers demonstrated a highly reliable and reproducible mechanical contractility of the drug-treated cardiomyocytes. Real-time high-throughput screening and simultaneous evaluation of the cardiomyocyte mechanical contractility under multiple drugs verified that the proposed system could be used as an efficient drugtoxicity test platform.
Embryonic stem cells (ESCs), representing a population of undifferentiated pluripotent cells with both self-renewal and multilineage differentiation characteristics, are capable of spontaneous differentiation into cardiomyocytes. The present study sought to define the kinetic characterization of lactate dehydrogenase (LDH) and creatine kinase (CK) of ESC- and neonatal-derived cardiomyocytes. Spontaneously differentiated cardiomyocytes from embryoid bodies (EBs) derived from mouse ESC line (Royan B1) and neonatal cardiomyocytes were dispersed in a buffer solution. Enzymes were extracted by sonication and centrifugation for kinetic evaluation of LDH and CK with spectrophotometric methods. While a comparison between the kinetic properties of the LDH and CK of both groups revealed not only different Michaelis constants and optimum temperatures for LDH but also different Michaelis constants and optimum pH for CK, the pH profile of LDH and optimum temperature of CK were similar. In defining some kinetic properties of cardiac metabolic enzymes of ESC-derived cardiomyocytes, our results are expected to further facilitate the use of ESCs as an experimental model.
Severe hypertension (>180 mmHg) develops in spontaneously hypertensive rats (SHR) after 12 wk-old; however, it is not clear whether what kinds of molecular mechanism leads to altered cardiac performance following developmental stages in SHR. Also, although the effect of calcineurin (Cn) to promote cardiomyocyte hypertrophy in vivo and in vitro is established, its overall necessity as a hypertrophic mediator is currently an area of ongoing debate. Thus, we have examined i) body weight and blood pressure, ii) differences of expression and distribution of signaling molecules such as Cn, protein kinase B/Akt (PKB/Akt), and extracellular signal-regulated kinase (ERK) between SHR and their age-matched control Wistar-Kyoto (WKY) rats following developmental stages. In 16 wk-old SHR compared with WKY, 2-dimentional echocardiography showed cardiac enlargement and hypertrophy of left ventricle, significantly. Taken together, we suggest that Cn is associated with hereditary cardiac hypertrophy, the process being related to the molecular signaling mechanisms involving PKB/Akt and ERK.
The present study was carried out to determine the possible use of cTn-I in the cardiac myofibrillar architecture, as a potential target for in vivo radioimmunodetection of cardiac damage in a brain death pig model. Radioiodiantion of the anti-cTn-I 5F4 McAb was carried out by lactoperoxidase method. the percentage iodine incorporation achieved was 70-75%. The radioiodinated McAbs were purified on Sephadex G-25 column and characterised by Paper chromatography, Phast Gel electrophoresis and electroimmunoblotting. Radioiodinated anticTn-I 5F4 McAbs were employed alongside Pyrophosphate($Tc_{99m}$-PPi$) and $Thallium^{201}$ chloride($TI^{201}$) in 24 landrace pigs (brain-dead=18 & sham-operated=6). The percentage cardiac uptake of the radiolabelled antibody injected dose was significantly higher in the brain dead animals(0.196%) as compared to that of sham-operated animals (0.11%). Specific in vivo localization of radiolabelled McAbs in the infarcted cardiac tissue was confirmed by computer-aided reconstruction of 3-D images of the isolated heart. The preliminary results of the study revealed preferential uptake of radiolabelled antibody at the site of myocyte damage resulting from artificially induced brain death.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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