Background: Muscle wasting in sepsis is associated with increased proteolysis. Interleukin-15 (IL-15) has been characterized as an anabolic factor for skeletal muscles. Our study aims to investigate the role of IL-15 in sepsis-induced muscle atrophy and proteolysis. Methods: Mice were rendered septic either by cecal ligation and puncture or by intraperitoneal injection of lipopolysaccharide (LPS, 10 mg/kg i.p.). Expression of IL-15 mRNA and protein was determined by reverse transcriptase polymerase chain reaction and Western blot analysis in the control and septic limb muscles. C2C12 skeletal muscle cells were stimulated in vitro with either LPS or dexamethasone in the presence and absence of IL-15 and sampled at different time intervals (24, 48, or 72 hours). IL-15 ($10{\mu}g/kg$) was intraperitoneally administered 6 hours before sepsis induction and limb muscles were sampled after 24 hours of sepsis. Cathepsin L activity was determined to measure muscle proteolysis. Atrogin-1 and muscle-specific ring finger protein 1 (MuRF1) expressions in limb muscle protein lysates was analyzed. Results: IL-15 mRNA expression was significantly lower in the limb muscles of septic mice compared to that of controls. Cathepsin L activity in C2C12 cells was significantly lower in presence of IL-15, when compared to that observed with individual treatments of LPS or dexamethasone or tumor necrosis factor ${\alpha}$. Further, the limb muscles of mice pre-treated with IL-15 prior to sepsis induction showed a lower expression of atrogin-1 and MuRF1 than those not pre-treated. Conclusion: IL-15 may play a role in protection against sepsis-induced muscle wasting; thereby, serving as a potential therapeutic target for sepsis-induced skeletal muscle wasting and proteolysis.
The present study was designed to investigate the effects of calpain system on the formation of volatile flavor compounds in Hanwoo beef. In the first experiment (exp.1), Longissimus lumborum (LL) muscle samples were injected with solutions containing 50 mM $CaCl_2$ or 50 mM $ZnCl_2$ and 154 mM NaCl respectively, and aged for 7 d at $4^{\circ}C$. In the second experiment (exp.2), the ground LL muscle was incubated with the aforementioned solutions containing cathepsin inhibitor. The injection with $CaCl_2$ solution greatly elevated the calpain activity and concomitantly, significantly decreased the Warner-Bratzler shear force (p<0.05). The pH, meat color and cooking loss did not differ (p>0.05) between the treatment groups. A total of 51 volatile compounds were identified using the solid phase microextraction with gas chromatography (SPME-GC). Results on volatile analyses from the both experiments showed that the injection with calcium ions led to significant increase (p<0.05) concentrations of pyrazines and sulfuric compounds. These results coincide with a higher rate of protein degradation due to the $CaCl_2$ injection as compared to the control group. Significantly (p<0.05) higher levels of lipid oxidation derived-aldehydes were found in the samples with $ZnCl_2$. The exp.1 showed that cathepsin inhibitors had no effect on the formation of volatile flavor components after 7 d of aging. These results imply that the proteolytic activity of the calpain system is associated with generation of volatile compounds of chiller-aged beef, while the role of cathepsins is likely very limited.
Hong, Allen Eugene;Ryu, Min Sook;Kim, Seung Jun;Hwang, Seung Yong;Lim, In Kyoung
Molecules and Cells
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v.41
no.2
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pp.140-149
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2018
The $TIS21^{/BTG2/PC3}$ gene belongs to the antiproliferative gene (APRO) family and exhibits tumor suppressive activity. However, here we report that TIS21 controls lipid metabolism, rather than cell proliferation, under fasting condition. Using microarray analysis, whole gene expression changes were investigated in liver of TIS21 knockout (TIS21-KO) mice after 20 h fasting and compared with wild type (WT). Peroxisome proliferator-activated receptor alpha ($PPAR{\alpha}$) target gene expression was almost absent in contrast to increased lipid synthesis in the TIS21-KO mice compared to WT mice. Immunohistochemistry with hematoxylin and eosin staining revealed that lipid deposition was focal in the TIS21-KO liver as opposed to the diffuse and homogeneous pattern in the WT liver after 24 h starvation. In addition, cathepsin E expression was over 10 times higher in the TIS21-KO liver than that in the WT, as opposed to the significant reduction of thioltransferase in both adult and fetal livers. At present, we cannot account for the role of cathepsin E. However, downregulation of glutaredoxin 2 thioltransferase expression might affect hypoxic damage in the TIS21-KO liver. We suggest that the $TIS21^{/BTG2}$ gene might be essential to maintain energy metabolism and reducing power in the liver under fasting condition.
Objectives This study was performed to evaluate the effect of Pyrola japonica extract (NJ) and its principal constituent, homoarbutin (HA) on osteoclast differentiation and gene expression and bone resorption. The osteoclastogenesis and gene expression were determined in receptor activator of nuclear factor kappa B ligand (RANKL)-stimulated RAW264.7 cell. Methods In order to evaluate the effect of HA extracted from NJ on bone resorption, osteoclasts were used to be differentiated and formed by stimulating RAW264.7 cells with RANKL. Tartarate-resistant acid phosphatase (TRAP) (+) polynuclear osteoclast formation ability was evaluated, and differentiation control genes including cathepsin K, matrix metalloproteinases-9 (MMP-9), and TRAP in osteoclast differentiation were analyzed by real-time polymerase chain reaction (PCR). Immunoblotting was performed to measure the effect of mitogen-activated protein kinase (MAPK) factors on bone resorption, and the effect of osteoclasts on osteoclast differentiation was measured. Results Both NJ and high concentration of HA blocked RANKL-stimulated differentiation from RAW264.7 cell to TRAP-positive multinucleated cells. NJ reduced RANKL-induced expression of TRAP, cathepsin K. Both NJ and high concentration of HA inhibited RANKL-mediated expression of MMP-9, nuclear factor of activated T-cells, cytoplasmic 1, and cellular Jun-fos. NJ suppressed RANKL-stimulated expression of cyclooxygenase-2 (COX-2), inducible nitric oxide synthase, tumor necrosis factor-alpha, and levels of interleukins. Both NJ and HA decreased bone resorption in osteoclast-induced bone pit formation model. Conclusions These results suggest that NJ and HA blocked bone resorption by decreasing RANKL-mediated osteoclastogenesis through down-regulation of genes for osteoclast differentiation.
Purpose: We evaluated whether Spatholobus suberectus extract (SSE) can be used as a means of preventing and treating osteoporosis by measuring its effect on osteoclast differentiation, gene expression, and bone resorption. Methods: SSE was used to examine the effect on RAW 264.7 cells stimulated with RANKL to induce bone resorption. The inhibitory effect of TRAP formation and the expression of the bone resorption factors TRAP, cathepsin K, and MMP-9 during differentiation were measured. The effects on the differentiation-related factors NFATc and TRAIL and on the expression of OC-STAMP, DC-STAMP, ATP6v0d2, MITF, c-Fos, and inflammation-related factors were also evaluated. The effect on bone resorption was evaluated by culturing RANKL-treated osteoclasts on artificial bone fragments and observing the resulting resorption traces. The effect on bone damage in experimental animals was also measured. Results: SSE inhibited the differentiation of RANKL-stimulated osteoclasts into osteoclasts and suppressed the expression of cathepsin K, TRAP, MMP-9, NFATc1, TRAIL, MITF, OC-STAMP, DC-STAMP, ATP6v0d2, and c-Fos genes. Bone pore formation due to osteoclast action was also inhibited, and LPS-induced bone loss was suppressed in animal experiments. Conclusions: SSE could be useful for the prevention or treatment of osteoporosis by inhibiting osteoclast differentiation and bone resorption and suppressing bone loss induced in experimental animals. However, studies of larger populations are required.
Objectives : The aim of this study was to investigate whether the effects of extract from Saengkankunbi-tang and its composition that Artimisiae capillaris Herba, Crataegi Fructus, Alismatis Rhizoma, Hoelen and Raphani Semen could protect HepG2 cells from palmitic acid-induced lipotoxicity through lysosomal and mitochondrial pathways in an in vitro model. Methods : To examine the effects of the extracts from Saengkankunbi-tang and its composition that Artimisiae capillaris Herba, Crataegi Fructus, Alismatis Rhizoma, Hoelen and Raphani Semen on palmitic acid-induced lipotoxicity in HepG2 cells, we measured the contents of cell viability, cytotoxicity. Then to investigate the effects of the extract from Saengkankunbi-tang, Artimisiae capillaris Herba and Raphani Semen, we measured that triglyceride, reactive oxygen species, ATP levels, glutathione levels, cytochrome c and cathepsin B. Results : The extracts from Saengkankunbi-tang and its composition had a cell-protective function. The extracts from Saengkankunbi-tang, Artimisiae capillaris Herba and Raphani Semen controlled triglyceride over-accumulation in cells and reduced overproduction of reactive oxygen species. The extracts from Saengkankunbi-tang and Raphani Semen increased ATP and glutathione levels which had been decreased by lipotoxicity. The extracts from Saengkankunbi-tang, Artimisiae capillaris Herba and Raphani Semen reduced leakage of cytochrome c and the extracts from Saengkankunbi-tang and Raphani Semen reduced leakage of cathepsin B in lipotoxicity. Conclusions : These results show that the extracts from Saengkankunbi-tang and its composition that Artimisiae capillaris Herba and Raphani Semen have cell protective effects on palmitic acid-induced lipotoxicity through lysosomal and mitochondrial pathways.
The Trichinella spiralis novel cystatin (TsCstN) inhibits cathepsin L (CatL) activity and inflammation of macrophages during lipopolysaccharide (LPS) induction. To identify the protease inhibitory region, this study applied an in silico modeling approach to simulate truncation sites of TsCstN (Ts01), which created four truncated forms, including TsCstN∆1-39 (Ts02), TsCstN∆1-71 (Ts03), TsCstN∆1-20, ∆73-117 (Ts04), and TsCstN∆1-20, ∆42-117 (Ts05). The superimposition of these truncates modeled with AlphaFold Colab indicated that their structures were more akin to Ts01 than those modeled with I-TASSER. Moreover, Ts04 exhibited the closest resemblance to the structure of Ts01. The recombinant Ts01 (rTs01) and truncated proteins (rTs02, rTs03, and rTs04) were successfully expressed in a prokaryotic expression system while Ts05 was synthesized, with sizes of approximately 14, 12, 8, 10, and 2.5 kDa, respectively. When determining the inhibition of CatL activity, both rTs01 and rTs04 effectively reduced CatL activity in vitro. Thus, the combination of the α1 and L1 regions may be sufficient to inhibit CatL. This study provides comprehensive insights into TsCstN, particularly regarding its protein function and inhibitory domains against CatL.
Objectives: This study was performed to evaluate the effect of Samkieumgamibang (SKG) on osteoporosis. Methods: The osteoclastogenesis and gene expression were determined in RANKL-stimulated RAW 264.7 cell. And, osteoblastogenesis was also determined in rat calvarial cell. Results: SKG decreased the number of TRAP positive cell in osteoclast. It also decreased the expression of Cathepsin K, MMP-9, TRAP, c-fos, NAFTc1 and JNK1 in osteoclast. SKG increased the expression of iNOS in RANKL-stimulated in osteoclast. Otherwise, SKG inhibited TRAP activity in osteoclast. SKG increased cell proliferation, ALP activity, bone martix protein, collagen and nodule in osteoblast. Conclusions: It is concluded that SKG might decrease the bone resorption resulted from decrease of osteoclast differentiation and it's related gene expression. And, SKG might increase the bone formation resulted from increase of osteoblast function.
Acanthamoeba spp. are free-living protozoa that are opportunistic pathogens for humans. Cysteine proteases of Acanthamoeba have been partially characterized, but their biochemical and functional properties are not clearly understood yet. In this study, we isolated a gene encoding cysteine protease of A. castellanii (AcCP) and its biochemical and functional properties were analyzed. Sequence analysis of AcCP suggests that this enzyme is a typical cathepsin L family cysteine protease, which shares similar structural characteristics with other cathepsin L-like enzymes. The recombinant AcCP showed enzymatic activity in acidic conditions with an optimum at pH 4.0. The recombinant enzyme effectively hydrolyzed human proteins including hemoglobin, albumin, immunoglobuins A and G, and fibronectin at acidic pH. AcCP mainly localized in lysosomal compartment and its expression was observed in both trophozoites and cysts. AcCP was also identified in cultured medium of A. castellanii. Considering to lysosomal localization, secretion or release by trophozoites and continuous expression in trophozoites and cysts, the enzyme could be a multifunctional enzyme that plays important biological functions for nutrition, development and pathogenicity of A. castellanii. These results also imply that AcCP can be a promising target for development of chemotherapeutic drug for Acanthamoeba infections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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