Avian embryos at high altitude are independent of maternal protection against hypoxia, which is contrary to mammals. It is well known that chronic hypoxic exposure at key points can significantly impact on avian development. Tibetan Chicken, a Chinese indigenous breed, living in Tibetan areas with an altitude of 2.2 to 4.1 thousand meters, has an adaptive mechanism to hypoxia. In the present study, fertilized eggs of Tibetan Chicken were incubated under 13% and 21% oxygen concentration. Two lowland chicken breeds, Shouguang Chicken, an indigenous chicken breed in Shandong Province of China, and Dwarf Recessive White Chicken, an imported breed in Beijing, were used as control groups. The embryo mass and some organs such as brain, heart, liver, stomach and eye weight in the three species were measured at Hamburger-Hamilton stage 39, 41, 43 and 45 under hypoxic and normal conditions. The results showed that in hypoxia Tibetan Chicken significantly differed from the two lowland chicken breeds in embryo mass at Hamburger-Hamilton stage 41, 43 and 45 (p<0.01). In particular, Dwarf Recessive White Chicken and Shouguang Chicken showed retarded growth in hypoxic incubation (p<0.01), whereas Tibetan Chicken showed no significant difference between hypoxic and normal conditions (p>0.05). In addition, heart and the other organs showed different susceptibility to hypoxia at the studied stages. In conclusion, chronic hypoxia induced a change in the embryo development of the three different species and Tibetan Chicken showed adaptation to hypoxia. Of note, the embryo developmental physiology of Tibetan Chicken in response to hypoxia will shed light on the process of physiological acclimation or evolutionary adaptation as well as the study of clinical disease.
Objective : The purpose of this study was to investigate the prenatal hypoxic effect on the fetal brain development. Methods : We used the guinea pig chronic placental insufficiency model to investigate the effect of hypoxia on fetal brain development. We ligated unilateral uterine artery at 30-32 days of gestation (dg : with term defined as -67 dg). At 50 dg, 60 dg, fetuses were sacrificed and assigned to either the growth-restricted (GR) or control (no ligation) group. After fixation, dissection, and sectioning of cerebral tissue from these animals, immunohistochemistry was performed with NeuN antibody, which is a mature neuronal marker in the cerebral cortex. Results : The number of NeuN-immunoreactive (IR) cells in the cerebral cortex did not differ between the GR and control groups at 50 dg. However, the number of NeuN-IR cells was lesser in GR fetuses than in controls at 60 dg (p<0.05). Conclusion : These findings show that chronic prenatal hypoxia affect the number of neuron in the cerebral cortex of guinea pig fetus at 60 dg. The approach used in this study is helpful for extending our understanding of neurogenesis in the cerebral cortex, and the findings may be useful for elucidating the brain injury caused by prenatal hypoxia.
The airway epithelium is the first place, where a defense mechanism is initiated against environmental stimuli. Mucociliary transport (MCT), which is the defense mechanism of the airway and the role of airway epithelium as mechanical barriers are essential in innate immunity. To maintain normal physiologic function, normal oxygenation is critical for the production of energy for optimal cellular functions. Several pathologic conditions are associated with a decrease in oxygen tension in airway epithelium and chronic sinusitis is one of the airway diseases, which is associated with the hypoxic condition, a potent inflammatory stimulant. We have observed the overexpression of the hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1), an essential factor for oxygen homeostasis, in the epithelium of sinus mucosa in sinusitis patients. In a series of previous reports, we have found hypoxia-induced mucus hyperproduction, especially by MUC5AC hyperproduction, disruption of epithelial barrier function by the production of VEGF, and down-regulation of junctional proteins such as ZO-1 and E-cadherin. Furthermore, hypoxia-induced inflammation by HMGB1 translocation into the cytoplasm results in the release of IL-8 through a ROS-dependent mechanism in upper airway epithelium. In this mini-review, we briefly introduce and summarize current progress in the pathogenesis of sinusitis related to hypoxia. The investigation of hypoxia-related pathophysiology in airway epithelium will suggest new insights on airway inflammatory diseases, such as rhinosinusitis for clinical application and drug development.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is involved in not only cancer development and metastasis but also non-cancerous conditions. Hypoxia is one of the proposed critical factors contributing to formation of chronic rhinosinusitis or nasal polyposis. Wheatgrass (Triticum aestivum) has antioxidant, anti-aging, and anti-inflammatory effects. In this study, we analyzed whether wheatgrass has an inhibitory effect on the EMT process in airway epithelial cells. MATERIALS/METHODS: A549 human lung adenocarcinoma cells were incubated in hypoxic conditions ($CO_2$ 5%/$O_2$ 1%) for 24 h in the presence of different concentrations of wheatgrass extract (50, 75, 100, and $150{\mu}g/mL$) and changes in expression of epithelial or mesenchymal markers were evaluated by immunoblotting and immunofluorescence. Accordingly, associated EMT-related transcriptional factors, Snail and Smad, were also evaluated. RESULTS: Hypoxia increased expression of N-cadherin and reduced expression of E-cadherin. Mechanistically, E-cadherin levels were recovered during hypoxia by silencing hypoxia inducible factor (HIF)-$1{\alpha}$ or administering wheatgrass extract. Wheatgrass inhibited the hypoxia-mediated EMT by reducing the expression of phosphorylated Smad3 (pSmad3) and Snail. It suppressed the hypoxia-mediated EMT processes of airway epithelial cells via HIF-$1{\alpha}$ and the pSmad3 signaling pathway. CONCLUSION: These results suggest that wheatgrass has potential as a therapeutic or supplementary agent for HIF-1-related diseases.
Cho, Moon Kyun;Kwon, Sun Bum;Kim, Chul Han;Lee, Yoon-Jin;Nam, Hae-Seon;Lee, Sang-Han
Archives of Plastic Surgery
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v.41
no.3
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pp.248-252
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2014
Background Patients with diabetes mellitus often have a difficult life, suffering from foot ulceration or amputation. Diabetes is characterized by chronic inflammation, and one of the features of inflammation is hypoxia. Recently, it has been reported that KAI1 is a hypoxia target gene. There is no published research on hypoxia-related KAI1 protein levels in human diabetic skin. Therefore, we have investigated the expression of KAI1 protein in diabetic skin tissue in vivo. Methods The expression of KAI1 protein was evaluated by western blotting in 6 diabetic skin tissue samples and 6 normal skin samples. Immunohistochemical staining was carried out to identify KAI1 expression. Results The western blotting revealed significantly increased expression of the KAI1 protein in diabetic skin tissues as compared to normal skin tissues. Immunohistochemical examination demonstrated that KAI1 was expressed in all diabetic skin tissues with moderate-to-strong positivity and weakly expressed in normal skin tissues. Conclusions Our data suggest that a high expression of the KAI1 protein can be observed in diabetic skin tissue. To the best of our knowledge, this is the first report suggesting that KAI1 protein expression in diabetic skin tissues may be associated with chronic inflammatory states and hypoxia.
Background: As the major pathophysiological feature of obstructive sleep apnea (OSA), chronic intermittent hypoxia (CIH) is vital for the occurrence of cardiovascular complications. The activation of calpain-1 mediates the production of endothelial reactive oxygen species (ROS) and impairs nitric oxide (NO) bioavailability, resulting in vascular endothelial dysfunction (VED). Ginsenoside Rg1 is thought to against endothelial cell dysfunction, but the potential mechanism of CIH-induced VED remains unclear. Methods: C57BL/6 mice and human coronary artery endothelial cells (HCAECs) were exposed to CIH following knockout or overexpression of calpain-1. The effect of ginsenoside Rg1 on VED, oxidative stress, mitochondrial dysfunction, and the expression levels of calpain-1, PP2A and p-eNOS were detected both in vivo and in vitro. Results: CIH promoted VED, oxidative stress and mitochondrial dysfunction accompanied by enhanced levels of calpain-1 and PP2A and reduced levels of p-eNOS in mice and cellular levels. Ginsenoside Rg1, calpain-1 knockout, OKA, NAC and TEMPOL treatment protected against CIH-induced VED, oxidative stress and mitochondrial dysfunction, which is likely concomitant with the downregulated protein expression of calpain-1 and PP2A and the upregulation of p-eNOS in mice and cellular levels. Calpain-1 overexpression increased the expression of PP2A, reduced the level of p-eNOS, and accelerated the occurrence and development of VED, oxidative stress and mitochondrial dysfunction in HCAECs exposed to CIH. Moreover, scavengers of O2·-, H2O2, complex I or mitoKATP abolished CIH-induced impairment in endothelial-dependent relaxation. Conclusion: Ginsenoside Rg1 may alleviate CIH-induced vascular endothelial dysfunction by suppressing the formation of mitochondrial reactive oxygen species through the calpain-1 pathway.
Chronic myeloid leukemia (CML) has a markedly improved prognosis with the use of breakpoint cluster region-abelson 1 (BCR-ABL1) tyrosine kinase inhibitors (BCR-ABL1 TKIs). However, approximately 40% of patients are resistant or intolerant to BCR-ABL1 TKIs. Hypoxia-inducible factor 1α (HIF-1α) is a hypoxia response factor that has been reported to be highly expressed in CML patients, making it a therapeutic target for BCR-ABL1 TKI-sensitive CML and BCR-ABL1 TKI-resistant CML. In this study, we examined whether HIF-1α inhibitors induce cell death in CML cells and BCR-ABL1 TKI-resistant CML cells. We found that echinomycin and PX-478 induced cell death in BCR-ABL1 TKIs sensitive and resistant CML cells at similar concentrations while the cell sensitivity was not affected with imatinib or dasatinib in BCR-ABL1 TKIs resistant CML cells. In addition, echinomycin and PX-478 inhibited the c-Jun N-terminal kinase (JNK), Akt, and extracellular-regulated protein kinase 1/2 (ERK1/2) activation via suppression of BCR-ABL1 and Met expression in BCR-ABL1 sensitive and resistant CML cells. Moreover, treatment with HIF-1α siRNA induced cell death by inhibiting BCR-ABL1 and Met expression and activation of JNK, Akt, and ERK1/2 in BCR-ABL1 TKIs sensitive and resistant CML cells. These results indicated that HIF-1α regulates BCR-ABL and Met expression and is involved in cell survival in CML cells, suggesting that HIF-1α inhibitors induce cell death in BCR-ABL1 TKIs sensitive and resistant CML cells and therefore HIF-1α inhibitors are potential candidates for CML treatment.
Acute hypoxia induces contraction of pulmonary artery (PA) to protect ventilation/perfusion mismatch in lungs. As for the cellular mechanism of hypoxic pulmonary vasoconstriction (HPV), hypoxic inhibition of voltage-gated $K^+$ channel (Kv) in PA smooth muscle cell (PASMC) has been suggested. In addition, our recent study showed that thromboxane $A_2$ ($TXA_2$) and hypoxia-activated nonselective cation channel ($I_{NSC}$) is also essential for HPV. However, it is not well understood whether HPV is maintained in the animals exposed to ambient hypoxia for two days (2d-H). Specifically, the associated electrophysiological changes in PASMCs have not been studied. Here we investigate the effects of 2d-H on HPV in isolated ventilated/perfused lungs (V/P lungs) from rats. HPV was almost abolished without structural remodeling of PA in 2d-H rats, and the lost HPV was not recovered by Kv inhibitor, 4-aminopyridine. Patch clamp study showed that the hypoxic inhibition of Kv current in PASMC was similar between 2d-H and control. In contrast, hypoxia and $TXA_2$-activated $I_{NSC}$ was not observed in PASMCs of 2d-H. From above results, it is suggested that the decreased $I_{NSC}$ might be the primary functional cause of HPV disappearance in the relatively early period (2 d) of hypoxia.
Cells can resist and even recover from stress induced by acute hypoxia, whereas chronic hypoxia often leads to irreversible damage and eventually death. Although little is known about the response(s) to acute hypoxia in neuronal cells, alterations in ion channel activity could be preferential. This study aimed to elucidate which channel type is involved in the response to acute hypoxia in rat pheochromocytomal (PC12) cells as a neuronal cell model. Using perfusing solution saturated with 95% $N_2$ and 5% $CO_2$, induction of cell hypoxia was confirmed based on increased intracellular $Ca^{2+}$ with diminished oxygen content in the perfusate. During acute hypoxia, one channel type with a conductance of about 30 pS (2.5 pA at -80 mV) was activated within the first 2~3 min following onset of hypoxia and was long-lived for more than 300 ms with high open probability ($P_o$, up to 0.8). This channel was permeable to $Na^+$ ions, but not to $K^+$, $Ca^+$, and $Cl^-$ ions, and was sensitively blocked by amiloride (200 nM). These characteristics and behaviors were quite similar to those of epithelial sodium channel (ENaC). RT-PCR and Western blot analyses confirmed that ENaC channel was endogenously expressed in PC12 cells. Taken together, a 30-pS ENaC-like channel was activated in response to acute hypoxia in PC12 cells. This is the first evidence of an acute hypoxia-activated $Na^+$ channel that can contribute to depolarization of the cell.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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