Caspases play critical roles in the execution of apoptosis. Caspase-3 and caspase-7 are closely related in sequence as well as in substrate specificity. The two caspases have overlapping substrate specificities with special preference for the DEVD motif. However, they are targeted to different subcellular locations during apoptosis, implying the existence of substrates specific for one or other caspase. To identify new caspase-7 substrates, we digested cell lysates obtained from the caspase-3-deficient MCF-7 cell line with purified recombinant caspase-7, and analyzed spots that disappeared or decreased by 2-DE (we refer to this as the caspase-7 degradome). Several proteins with various cellular functions underwent caspase-7-dependent proteolysis. The substrates of capase-7 identified by the degradomic approach were rather different from those of caspase-3 (Proteomics, 4, 3429-3435, 2004). Among the candidate substrates, we confirmed that Valosin-containing protein (VCP) was cleaved by both capspase-7 and caspase-3 in vitro and during apoptosis. Cleavage occurred at both $DELD^{307}$ and $DELD^{580}$. The degradomic study yielded several candidate caspase-7 substrates and their further analysis should provide valuables clues to the functions of caspase-7 during apoptosis.
Cadmium is an ubiquitous toxic metal and chronic exposure to cadmium results in the accumulation of cadmium in the liver and kidneys. In contrast, acute exposure leads to damage mainly in the liver. Apoptosis induced by cadmium has been shown in many tissues in vivo and in cultured cells in vitro. However, the molecular mechanism of cadmium-induced apoptosis is not clear in hepatocyte. To investigate the induction of apoptosis in the hepatocyte, we used mouse hepatoma cell line, Hepalclc7 cells, and analysed the molecules that involved in cadmium-induced apoptosis. Cadmium induced the genomic DNA fragmentation, PARP cleavage, and activation of caspase-3 like protease. Caspase-9 cysteine protease was activated in a time-dependent manner but caspase-8 cysteine protease was not significantly activated in cadmium-treated Hepalclc7 cells. Cadmium also induced mitochondrial dysfunction including cytochrome c release from mitochondria, change oj mitochondrial membrane potential tranition, and tranlocation of Bax Protein into mitochondria. These results strong1y indicated that the signal Pathway of apoptotic death in cadmium-treated Hepalclc7 cells is modulated by caspase cascade via mitochondria.
Our previous study suggested that S-allylcysteine (SAC) inhibits the proliferation of the human cervical cancer cell line, HeLa, at least in part through the induction of apoptosis and cell cycle arrest. To further analyze the specific molecular mechanism(s) by which SAC mediates its antiproliferative effects, this study examined the role of SAC in regulating the protein expression of initiator caspase (caspase-9), effector caspases (caspase-3 and caspase-7), and poly-ADP-ribose polymerase (PARP) in HeLa. Western blot analysis showed that when cells were treated with 50 mM SAC for 48 hr, the expression of procaspase-3, -7, and -9 and PARP was reduced by 94%, 38%, 95%, and 64%, respectively, as compared to the untreated control. In contrast, the expression of caspase-3, -7, and -9 and cleaved-PARP was markedly increased by SAC treatment. The SAC-mediated changes in the expression of these proteins were correlated with the concomitant inhibition of cellular proliferation by SAC. The cell proliferation assay showed that HeLa treatment with more than 20 mM SAC for 6-48 hr resulted in both concentration- and time-dependent inhibition of cellular proliferation. These results indicate that the SAC-induced antiproliferative effect in HeLa may be mediated at least in part through the activation of caspase-9, followed by the activation of caspase-3 and caspase-7 as well as the inactivation of PARP, thus leading to cellular apoptosis.
Apoptotic signals are typically accompanied by activation of aspartate-specific cysteine proteases called caspases, and caspase-3 and -7 play crucial roles in the execution of apoptosis. Previously, using the proteomic approach, protein disulfide isomerase (PDI) was found to be a candidate substrate of caspase-7. This abundant 55 kDa protein introduces disulfide bonds into proteins (via its oxidase activity) and catalyzes the rearrangement of incorrect disulfide bonds (via its isomerase activity). PDI is abundant in the ER but is also found in non-ER locations. In this study we demonstrated that PDI is cleaved by caspase-3 and -7 in vitro. In addition, in vivo experiment showed that it is cleaved during etoposide-induced apoptosis in HL-60 cells. Subcellular fractionation showed that PDI was also present in the cytosol. Furthermore, only cytosolic PDI was clearly digested by caspase-3 and -7. It was also confirmed by confocal image analysis that PDI and caspase-7 partially co-localize in both resting and apoptotic MCF-7 cells. Overexpression of cytosolic PDI (ER retention sequence deleted) inhibited cell death after an apoptotic stimulus. These data indicate that cytosolic PDI is a substrate of caspase-3 and -7, and that it has an anti-apoptotic action.
Triglyceride (TG) accumulation causes macrophage cell death, which affects the development of atherosclerosis. Here, we examined whether caspase-2 is implicated in TG-induced macrophage cell death. We found that caspase-2 activity is increased in TG-treated THP-1 macrophages, and that inhibition of caspase-2 activity drastically inhibits TG-induced cell death. We previously reported that TG-induced macrophage cell death is triggered by caspase-1, and thus investigated the relationship between caspase-2 and caspase-1 in TG-induced macrophage cell death. Inhibition of caspase-2 activity decreased caspase-1 activity in TG-treated macrophages. However, caspase-1 inhibition did not affect caspase-2 activity, suggesting that caspase-2 is upstream of caspase-1. Furthermore, we found that TG induces activation of caspase-3, -7, -8, and -9, as well as cleavage of PARP. Inhibition of caspase-2 and -1 decreased TG-induced caspase-3, -7, -8, and -9 activation and PARP cleavage. Taken together, these results suggest that TG-induced macrophage cell death is mediated via the caspase-2/caspase-1/apoptotic caspases/PARP pathways.
Adult stem cell transplantation has been increased every year, because of the lack of organ donors for regenerative medicine. Therefore, development of reliable and safety cryopreservation and bio-baking method for stem cell therapy is urgently needed. The present study investigated safety of dimethyl sulfoxide (DMSO) such as common cryoprotectant on porcine bone marrow derived mesenchymal stem cells (pBM-MSCs) by evaluating the activation of Caspase-3 and -7, apoptosis related important signal pathway. pBM-MSCs used for the present study were isolated density gradient method by Ficoll-Paque Plus and cultured in A-DMEM supplemented 10% FBS at $38.5^{\circ}C$ in 5% $CO_2$ incubator. pBM-MSCs were cryopreserved in A-DMEM supplemented either with 5%, 10% or 20% DMSO by cooling rate at $-1^{\circ}C$/min in a Kryo 360 (planner 300, Middlesex, UK) and kept into $LN_2$. Survival rate of cells after thawing did not differ between 5% and 10% DMSO but was lowest in 20% DMSO by 0.4% trypan blue exclusion. Activation of Caspase-3 and -7 by Vybrant FAM Caspase-3 and -7 Assay Assay Kit (Molecular probes, Inc.OR, USA) was analyzed with a flow cytometer. Both of cryopreserved and control groups (fresh pBM-MSCs) were observed after the activation of Caspase-3 and -7. The activation did not differ between 5% and 10% DMSO, but was observed highest in 20% DMSO. Therefore 5% DMSO can be possibly used for cell cryopreservation instead of 10% DMSO.
EphA7 has been implicated in the regulation of apoptotic cell death in neural epithelial cells. In this report, we provide evidence that EphA7 interacts with caspase-8 to induce apoptotic cell signaling. First, a pull-down assay using biotinylated ephrinA5-Fc showed that EphA7 co-precipitated with wild type caspase-8 or catalytically inactive caspase-8 mutant. Second, co-transfection of EphA7 with caspase-8 significantly increased the number of cleaved caspase-3 positive apoptotic cells under an experimental condition where transfection of EphA7 or caspase-8 alone did not affect cell viability or apoptosis. EphA4 also had a causative role in inducing apoptotic cell death with caspase-8, whereas EphA8 did not. Third, caspase-8 catalytic activity was essential for the apoptotic signaling cascade, whereas tyrosine kinase activity of the EphA4 receptor was not. Interestingly, we found that kinase-inactive EphA4 was well co-localized at the plasma membrane with catalytically inactive caspase-8, suggesting that an interaction between these mutant proteins was more stable. Finally, we observed that the extracellular region of the EphA7 receptor was critical for interacting with caspase-8, whereas the cytoplasmic region of EphA7 was not. Therefore, we propose that Eph receptors physically associate with a transmembrane protein to form an apoptotic signaling complex and that this unidentified receptor-like protein acts as a biochemical linker between the Eph receptor and caspase-8.
Kim, Eun-Sook;Yoo, Sung-Eun;Yi, Kyu-Yang;Lee, Sun-Kyung;Noh, Jae-Sung;Jung, Yong-Sam;Kim, Eun-Hee;Jeong, Nak-Chul
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.23
no.7
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pp.1003-1010
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2002
Caspase 3, a member of cysteine protease family, is well known as a major apoptosis effector and is involved in cell death as a result of ischemic diseases such as stroke and myocardial infarction, therefore the inhibition of caspase 3 may protect those apoptotic cell damages. During the high-throughput screening of the compounds from the Korea Chemical Bank, berberine derivatives (A and B), an isoquinoline alkaloid, have been identified as potential inhibitors for caspase 3. Based on this finding we carried out molecular modeling study to identify the pharmacophoric elements of berberine structure which interact with a substrate-recognition binding site of caspase 3 and came up with several novel scaffolds. In this report, we will discuss the molecular modeling, syntheses and the enzyme inhibitory activities of these novel compounds.
I evaluated the protective effect of N-methyl-D-aspartate (NMDA)/glycine receptor antagonist, 7-chlorokinurenic acid (CKA) on cultured mouse astrocytes damaged by ischemia-like condition (ILC). The protective effect of CKA was assessed by cell viability, lactate dehydrogenase (LDH) activity, superoxide dismutase (SOD)-like activity and lipid peroxidation. To examine the effect of CKA on the cell apoptosis, the expression and the activity of caspase 3 were assessed by Western blotting. CKA increased the cell viability decreased by ILC. CKA also decreased the LDH activity and antioxidative effects such as SOD-like activity and inhibitory activity of lipid peroxidation. In addition, CKA suppressed the expression of caspase 3 associated with apoptosis, and increased the cell viability by the decrease of caspase 3 activity as like the caspase 3 inhibitor, Av-DVED-MED. From these results, these results suggest that ILS induces cell cytotoxicity in cultured astrocytes and CKA, NMDA/glycine receptor antagonist, is effective on the prevention of the cytotoxicity due to ILS by the antioxidative effect and the inhibition of apoptosis.
Caspases, a family of cysteinyl aspartate-specific proteases plays a central role in the regulation and the execution of apoptotic cell death. Activation of caspases-3 stimulates a signaling pathway that ultimately leads to the death of the cell. Hence, caspase-3 has been proven to be an effective target for reducing the amount of cellular and tissue damage. In this work, comparative molecular field analysis (CoMFA) was performed on a series of 3, 4-dihydropyrimidoindolones derivatives which are inhibitors of caspase-3. The best predictions were obtained for CoMFA model ($q^2=0.676$, $r^2=0.990$). The predictive ability of test set ($r^2_{pred}$) was 0.688. Statistical parameters from the generated QSAR models indicated the data is well fitted and have high predictive ability. Our theoretical results could be useful to design novel and more potent caspase-3 derivatives.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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