Streptozotocin (STZ)-induced murine models of type 1 diabetes have been used to examine ER stress during pancreatic ${\beta}$-cell apoptosis, as this ER stress plays important roles in the pathogenesis and development of the disease. However, the mechanisms linking type 1 diabetes to the ER stress-modulating anti-diabetic signaling pathway remain to be addressed, though it was recently established that ERK5 (Extracellular-signal-regulated kinase 5) contributes to the pathogeneses of diabetic complications. This study was undertaken to explore the mechanism whereby ERK5 inhibition instigates pancreatic ${\beta}$-cell apoptosis via an ER stress-dependent signaling pathway. STZ-induced diabetic WT and CHOP deficient mice were i.p. injected every 2 days for 6 days under BIX02189 (a specific ERK5 inhibitor) treatment in order to evaluate the role of ERK5. Hyperglycemia was exacerbated by co-treating C57BL/6J mice with STZ and BIX02189 as compared with mice administered with STZ alone. In addition, immunoblotting data revealed that ERK5 inhibition activated the unfolded protein response pathway accompanying apoptotic events, such as, PARP-1 and caspase-3 cleavage. Interestingly, ERK5 inhibition-induced exacerbation of pancreatic ${\beta}$-cell apoptosis was inhibited in CHOP deficient mice. Moreover, transduction of adenovirus encoding an active mutant form of $MEK5{\alpha}$, an upstream kinase of ERK5, inhibited STZ-induced unfolded protein responses and ${\beta}$-cell apoptosis. These results suggest that ERK5 protects against STZ-induced pancreatic ${\beta}$-cell apoptosis and hyperglycemia by interrupting the ER stress-mediated apoptotic pathway.
Shin, Jong-Il;Jeon, Yong-Joon;Lee, Sol;Lee, Yoon Gyeong;Kim, Ji Beom;Lee, Kyungho
Molecules and Cells
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제42권3호
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pp.252-261
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2019
The omega-3 fatty acid docosahexaenoic acid (DHA) is known to induce apoptosis and cell cycle arrest via the induction of reactive oxygen species (ROS) production and endoplasmic reticulum (ER) stress in many types of cancers. However, the roles of DHA in drug-resistant cancer cells have not been elucidated. In this study, we investigated the effects of DHA in cisplatin-resistant gastric cancer SNU-601/cis2 cells. DHA was found to induce ROS-dependent apoptosis in these cells. The inositol 1,4,5-triphosphate receptor ($IP_3R$) blocker 2-aminoethyl diphenylboninate (2-APB) reduced DHA-induced ROS production, consequently reducing apoptosis. We also found that G-protein-coupled receptor 120 (GPR120), a receptor of long-chain fatty acids, is expressed in SNU-601/cis2 cells, and the knockdown of GPR120 using specific shRNAs alleviated DHA-mediated ROS production and apoptosis. GPR120 knockdown reduced the expression of ER stress response genes, similar to the case for the pre-treatment of the cells with N-acetyl-L-cysteine (NAC), an ROS scavenger, or 2-APB. Indeed, the knockdown of C/EBP homologous protein (CHOP), a transcription factor that functions under ER stress conditions, markedly reduced DHA-mediated apoptosis, indicating that CHOP plays an essential role in the anti-cancer activity of DHA. These results suggest that GPR120 mediates DHA-induced apoptosis by regulating $IP_3R$, ROS, and ER stress levels in cisplatin-resistant cancer cells, and that GPR120 is an effective chemotherapeutic target for cisplatin resistance.
Lee, So-Rok;Hwang, Hye-Jeong;Yoon, Ju-Gyeong;Bae, Eu-Young;Goo, Kyo-Suk;Cho, Sang-Joon;Cho, Jin Ah
Nutrition Research and Practice
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제13권2호
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pp.95-104
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2019
BACKGROUND/OBJECTIVES: Inflammatory Bowel Disease (IBD) has rapidly escalated in Asia (including Korea) due to increasing westernized diet patterns subsequent to industrialization. Factors associated with endoplasmic reticulum (ER) stress are demonstrated to be one of the major causes of IBD. This study was conducted to investigate the effect of Lycium barbarum (L. barbarum) on ER stress. MATERIALS/METHODS: Mouse embryonic fibroblast (MEF) cell line and polarized Caco-2 human intestinal epithelial cells were treated with crude extract of the L. chinense fruit (LF). Paracellular permeability was measured to examine the effect of tight junction (TJ) integrity. The regulatory pathways of ER stress were evaluated in MEF knockout (KO) cell lines by qPCR for interleukin (IL) 6, IL8 and XBP1 spliced form (XBP1s). Immunoglobulin binding protein (BiP), XBP1s and CCAAT/enhancer-binding homologous protein (CHOP) expressions were measured by RT-PCR. Scanning Ion Conductance Microscopy (SICM) at high resolution was applied to observe morphological changes after treatments. RESULTS: Exposure to LF extract strengthened the TJ, both in the presence and absence of inflammation. In polarized Caco-2 pretreated with LF, induction in the expression of proinflammatory marker IL8 was not significant, whereas ER stress marker XBP1s expression was significantly increased. In wild type (wt) MEF cells, IL6, CHOP and XBP1 spliced form were dose-dependently induced when exposed to $12.5-50{\mu}g/mL$ extract. However, absence of XBP1 or $IRE1{\alpha}$ in MEF cells abolished this effect. CONCLUSION: Results of this study show that LF treatment enhances the barrier function and reduces inflammation and ER stress in an $IRE1{\alpha}$-XBP1-dependent manner. These results suggest the preventive effect of LF on healthy intestine, and the possibility of reducing the degree of inflammatory symptoms in IBD patients.
Piao, Mei Jing;Han, Xia;Kang, Kyoung Ah;Fernando, Pincha Devage Sameera Madushan;Herath, Herath Mudiyanselage Udari Lakmini;Hyun, Jin Won
Biomolecules & Therapeutics
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제30권3호
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pp.265-273
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2022
Resistance to chemotherapeutic drugs is a significant problem in the treatment of colorectal cancer, resulting in low response rates and decreased survival. Recent studies have shown that shikonin, a naphthoquinone derivative, promotes apoptosis in colon cancer cells and cisplatin-resistant ovarian cells, raising the possibility that this compound may be effective in drug-resistant colorectal cancer. The aim of this study was to characterize the molecular mechanisms underpinning shikonin-induced apoptosis, with a focus on endoplasmic reticulum (ER) stress, in a 5-fluorouracil-resistant colorectal cancer cell line, SNU-C5/5-FUR. Our results showed that shikonin significantly increased the proportion of sub-G1 cells and DNA fragmentation and that shikonin-induced apoptosis is mediated by mitochondrial Ca2+ accumulation. Shikonin treatment also increased the expression of ER-related proteins, such as glucose regulatory protein 78 (GRP78), phospho-protein kinase RNA-like ER kinase (PERK), phospho-eukaryotic initiation factor 2 (eIF2α), phospho-phosphoinositol-requiring protein-1 (IRE1), spliced X-box-binding protein-1 (XBP-1), cleaved caspase-12, and C/EBP-homologous protein (CHOP). In addition, siRNA-mediated knockdown of CHOP attenuated shikonin-induced apoptosis, as did the ER stress inhibitor TUDCA. These data suggest that ER stress is a key factor mediating the cytotoxic effect of shikonin in SNU-C5/5-FUR cells. Our findings provide an evidence for a mechanism in which ER stress leads to apoptosis in shikonin-treated SNU-C5/5-FUR cells. Our study provides evidence to support further investigations on shikonin as a therapeutic option for 5-fluorouracil-resistant colorectal cancer.
The electrical and rheological properties pertaining to the electrorheological (ER) behavior of chitosan derivatives, chitosan, chitosan ammonium salt and chitosan phosphate suspensions in silicone oil were investigated. Chitosan derivative suspensions showed a typical ER response (Bingham flow behavior) upon application of an electric field. However, chitosan phosphate suspension exhibited an excellent shear yield stress compared with chitosan and chitosan ammonium salt suspensions. The difference in behavior results from the difference in the conductivity of the disperse phases due to the difference of their polarizability. The shear stress for the chitosan, chitosan ammonium salt and chitosan phosphate suspensions exhibited a linear dependence on the volume fraction of particles and 1.18 ,1.41 and 1.67 powers of the electric field. On the basis of the experimental results, the newly synthesized chitosan derivative suspensions found to be an ER fluid.
The electrical and rheological properties pertaining to the electrorheological (ER) behavior of chitosan derivatives, chitosan, chitosan ammonium salt and chitosan phosphated suspensions in silicone oil were investigated. Chitosan derivative suspensions showed a typical ER response (Bingham flow behavior) upon application of an electric field. However, chitosan phosphate suspension exhibited an excellent shear yield stress compared with chitosan and chitosan ammonium salt suspensions. The difference in behavior results from the difference in the conductivity of the disperse phases due to the difference of their polarizability. The shear stress for the chitosan, chitosan ammonium salt and chitosan phosphate suspensions exhibited a linear dependence on the volume fraction of particles and 1.18, 1.41 and 1.67 powers of the electric field. On athe basis of the experimental results, the newly synthesized chitosan dervative suspensions found to be an ER fluid.
Background: Extended endoplasmic reticulum (ER) stress may initiate apoptotic pathways in cancer cells, and ER stress has been reported to possibly increase tumor death in cancer therapy. We previously reported that caspase-8 played an important role in compound K-induced apoptosis via activation of caspase-3 directly or indirectly through Bid cleavage, cytochrome c release, and caspase-9 activation in HL-60 human leukemia cells. The mechanisms leading to apoptosis in A549 and SK-MES-1 human lung cancer cells and the role of ER stress have not yet been understood. Methods: The apoptotic effects of compound K were analyzed using flow cytometry, and the changes in protein levels were determined using Western blot analysis. The intracellular calcium levels were monitored by staining with Fura-2/AM and Fluo-3/AM. Results: Compound K-induced ER stress was confirmed through increased phosphorylation of $eIF2{\alpha}$ and protein levels of GRP78/BiP, XBP-1S, and $IRE1{\alpha}$ in human lung cancer cells. Moreover, compound-K led to the accumulation of intracellular calcium and an increase in m-calpain activities that were both significantly inhibited by pretreatment either with BAPTA-AM (an intracellular $Ca^{2+}$ chelator) or dantrolene (an RyR channel antagonist). These results were correlated with the outcome that compound K induced ER stress-related apoptosis through caspase-12, as z-ATAD-fmk (a specific inhibitor of caspase-12) partially ameliorated this effect. Interestingly, 4-PBA (ER stress inhibitor) dramatically improved the compound K-induced apoptosis. Conclusion: Cell survival and intracellular $Ca^{2+}$ homeostasis during ER stress in human lung cancer cells are important factors in the induction of the compound K-induced apoptotic pathway.
한국윤활학회 2002년도 proceedings of the second asia international conference on tribology
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pp.345-346
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2002
The electrical and rheological properties of a chitosan malonate suspension in silicone oil was investigated by varying the electric fields, volume fractions of particles, and shear rates, respectively. The chitosan malonate susepnsion showed a typical electrorheological (ER) response caused by the polarizability of an amide polar group and shear yield stress due to the formation of multiple chains upon application of an electric field. The shear stress for the suspension exhibited a linear dependence on the volume fraction and an electric field power of 1.88. On the basis of the results, the newly synthesized chitosan malonate suspension was found to be an anhydrous ER fluid.
Ferritin heavy chain 1 (FTH1) is an ubiquitous and highly conserved protein which plays a major role in iron homeostasis. The expression of FTH1 was specifically enhanced under various condition of endoplasmic reticulum (ER) stresses drugs such as Brefeldin A (BFA), DTT (Dithiothreitol), calcium ionophore A23187 and tunicamycin. We firstly report here that ER-stress induces up-regulated expression of FTH1 in FRTL-5 culture thyrocytes.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제5권2호
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pp.32-38
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2004
The electrorheological(ER) fluid has been used to the ultraprecision polishing of single crystal silicon as new polishing slurry whose properties such as yield stress and particle structure changed with the application of an electric field. In this work, it is aimed to find the effective parameters in the ER fluid on material removal in the polishing system whose structure is similar to that of the simple hydrodynamic bearing. The generated pressure in the gap between a moving wall and a workpiece, as well as the electric field-induced stress of the mixture of ER fluid-abrasives, is evaluated experimentally, and their influence on the polishing of single crystal silicon is analyzed. Moreover, the behavior of abrasive and ER particles is described.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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