The mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway controls intestinal epithelial barrier permeability by regulating tight junctions (TJs) and epithelial cells damage. Heme oxygenase-1 (HO-1) and carbon monoxide (CO) protect the intestinal epithelial barrier function, but the molecular mechanism is not yet clarified. MAPK activation and barrier permeability were studied using monolayers of Caco-2 cells treated with tissue necrosis factor α (TNF-α) transfected with FUGW-HO-1 or pLKO.1-sh-HO-1 plasmid. Intestinal mucosal barrier permeability and MAPK activation were also investigated using carbon tetrachloride (CCl4) administration with CoPP (a HO-1 inducer), ZnPP (a HO-1 inhibitor), CO releasing molecule 2 (CORM-2), or inactived-CORM-2-treated wild-type mice and mice with HO-1 deficiency in intestinal epithelial cells. TNF-α increased epithelial TJ disruption and cleaved caspase-3 expression, induced ERK, p38, and JNK phosphorylation. In addition, HO-1 blocked TNF-α-induced increase in epithelial TJs disruption, cleaved caspase-3 expression, as well as ERK, p38, and JNK phosphorylation in an HO-1-dependent manner. CoPP and CORM-2 directly ameliorated intestinal mucosal injury, attenuated TJ disruption and cleaved caspase-3 expression, and inhibited epithelial ERK, p38, and JNK phosphorylation after chronic CCl4 injection. Conversely, ZnPP completely reversed these effects. Furthermore, mice with intestinal epithelial HO-1 deficient exhibited a robust increase in mucosal TJs disruption, cleaved caspase-3 expression, and MAPKs activation as compared to the control group mice. These data demonstrated that HO-1-dependent MAPK signaling inhibition preserves the intestinal mucosal barrier integrity by abrogating TJ dysregulation and epithelial cell damage. The differential targeting of gut HO-1-MAPK axis leads to improved intestinal disease therapy.
Jeong, Ji Eun;Park, Jae Hyun;Kim, Chun Soo;Lee, Sang Lak;Chung, Hai Lee;Kim, Woo Taek;Lee, Eun Joo
Clinical and Experimental Pediatrics
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v.60
no.6
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pp.181-188
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2017
Purpose: Hypoxic-ischemic encephalopathy is a significant cause of neonatal morbidity and mortality. Erythropoietin (EPO) is emerging as a therapeutic candidate for neuroprotection. Therefore, this study was designed to determine the neuroprotective role of recombinant human EPO (rHuEPO) and the possible mechanisms by which mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway including extracellular signal-regulated kinase (ERK1/2), JNK, and p38 MAPK is modulated in cultured cortical neuronal cells and astrocytes. Methods: Primary neuronal cells and astrocytes were prepared from cortices of ICR mouse embryos and divided into the normoxic, hypoxia (H), and hypoxia-pretreated with EPO (H+EPO) groups. The phosphorylation of MAPK pathway was quantified using western blot, and the apoptosis was assessed by caspase-3 measurement and terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling assay. Results: All MAPK pathway signals were activated by hypoxia in the neuronal cells and astrocytes (P<0.05). In the neuronal cells, phosphorylation of ERK-1/-2 and apoptosis were significantly decreased in the H+EPO group at 15 hours after hypoxia (P<0.05). In the astrocytes, phosphorylation of ERK-1/-2, p38 MAPK, and apoptosis was reduced in the H+EPO group at 15 hours after hypoxia (P<0.05). Conclusion: Pretreatment with rHuEPO exerts neuroprotective effects against hypoxic injury reducing apoptosis by caspase-dependent mechanisms. Pathologic, persistent ERK activation after hypoxic injury may be attenuateed by pretreatment with EPO supporting that EPO may regulate apoptosis by affecting ERK pathways.
Fucosyltransferase IV (FUT4) has been implicated in cell adhesion, motility, and tumor progression in human epidermoid carcinoma A431 cells. We previously reported that it promotes cell proliferation through the ERK/MAPK and PI3K/Akt signaling pathways; however, the molecular mechanisms underlying FUT4-induced cell invasion remain unknown. In this study we determined the effect of FUT4 on expression of matrix metalloproteinase (MMP)-12 induced by EGF in A431 cells. Treatment with EGF resulted in an alteration of cell morphology and induced an increase in the expression of MMP-12. EGF induced nuclear translocation of nuclear factor kB (NF-${\kappa}B$) and resulted in phosphorylation of $IkB{\alpha}$ in a time-dependent manner. In addition, ERK1/2 and p38 MAPK were shown to play a crucial role in mediating EGF-induced NF-${\kappa}B$ translocation and phosphorylation of $I{\kappa}B{\alpha}$ when treated with the MAPK inhibitors, PD98059 and SB203580, which resulted in increased MMP-12 expression. Importantly, we showed that FUT4 up-regulated EGF-induced MMP-12 expression by promoting the phosphorylation of ERK1/2 and p38 MAPK, thereby inducing phosphorylation/degradation of $I{\kappa}B{\alpha}$, NF-${\kappa}B$ activation. Base on our data, we propose that FUT4 up-regulates expression of MMP-12 via a MAPK-NF-${\kappa}B$-dependent mechanism.
Park, Young Jae;Lee, Jong Min;Shin, Soon Young;Kim, Young Ho
BMB Reports
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v.47
no.12
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pp.685-690
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2014
The Ras/Raf/MEK/Erk signaling pathway is important for regulation of cell growth, proliferation, differentiation, survival, and apoptosis in response to a variety of extracellular stimuli. Lack of Erk MAPK activation is observed in several cancer cells despite active activation of Ras. However, little is known about the modulation of Erk1/2 activity by active Ras. Here, we show that overexpression of active H-Ras (H-RasG12R) in NIH3T3 fibroblasts impaired FGF2-induced Erk1/2 phosphorylation, as compared to wild-type cells. Northern blot analysis revealed that prolonged expression of active Ras increased MAP kinase phosphatase 3 (MKP3) mRNA expression, a negative regulator of Erk MAPK. Inhibition of the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)/Akt pathway abrogated active Ras-induced up-regulation of MKP3 expression, leading to the rescue of Erk1/2 phosphorylation. Our results demonstrated that the Ras/Raf/MEK/Erk signaling cascade is negatively regulated by the PI3K/Aktdependent transcriptional activation of the MKP3 gene.
Kim, Yong Hyun;Yoon, Hyoung Kyu;Kim, Chi Hong;Ahn, Joong Hyun;Kwon, Soon Seog;Kim, Young Kyoon;Kim, Kwan Hyoung;Moon, Hwa Sik;Park, Sung Hak;Song, Jeong Sup;Cho, Kyung Sook
Tuberculosis and Respiratory Diseases
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v.58
no.6
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pp.590-599
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2005
Object : Cigarette smoking is a major cause of mucus hypersecretion, which is a pathophysiological feature of many inflammatory airway diseases. Mucins, which are an important part of the airway mucus, are synthesized from the Muc gene in airway epithelial cells. However, the signaling pathways for cigarette smoke-induced mucin synthesis are unknown. The aim of this study was to determine the signal pathway for smoking induced Muc5ac gene expression. Methods : A549 cells were cultured and transiently transfected with the Muc5ac promoter fragment. These cells were stimulated with 5% cigarette smoke extract (CSE) alone or with CSE after a pretreatment with various signal transduction pathway inhibitors (AG1478, PD98059 and SB203580). The Muc5ac promoter activity was examined using the luciferase reporter system, and the level of phosphorylated EGFR, ERK1/2, p38 MAPK and JNK were all examined using Western blot analysis. Muc5ac mRNA expression was also examined using reverse transcriptase polymerase chain reactions (RT-PCR). Results : 1. The peak level of luciferase activity of the Muc5ac promoter was observed at 5% concentration and after 3 hours of incubation with the CSE. The level of EGFR phosphorylation and the luciferase activity of the transfected cells caused by the CSE were significantly suppressed by AG1478 or PD98059 (P<0.01). 2. CSE phosphorylated ERK1/2 or p38 MAPK but not JNK. The Muc5ac mRNA expression level was increased by the CSE but that was suppressed by PD98059 or AG1478. 3. The CSE-induced phosphorylation of ERK1/2 was blocked by PD98059 and that of p38 MAPK was blocked by either PD98059 or SB203580. Either PD98059 or SB203580 suppressed the luciferase activity of the transfected cells (P<0.0001). Conclusion : The Muc5ac mRNA expression level was increased by the CSE. The increased CSE-induced transcriptional activity was mediated via EGF receptor activation, which led to ERK1/2 and p38 MAPK phosphorylation.
Background: Healthy individuals who develop nontuberculous mycobacteria (NTM) lung disease are likely to have specific susceptibility factors which can lead to a NTM infection. The aim of the present study was to investigate the mechanism underlying innate immune responses, including the role of mitogen-activated protein kinase (MAPK), in Mycobacterium abscessus lung disease. Methods: Extracellular signal-regulated kinase (ERK1/2) and p38 MAPK expression in monocytes from peripheral blood mononuclear cells were measured by Western blot analysis after stimulation by Mycobacterium avium in five patients with M. abscessus lung disease and seven healthy controls. A M. avium-induced cytokine assay was performed after inhibition of ERK1/2 and p38 MAPK pathways. Results: Mycobacterium avium induced p38 and ERK1/2 expression in monocytes from healthy controls and subsequently upregulated tumor necrosis factor (TNF)-${\alpha}$, interleukin (IL)-6, and IL-10 production. In monocytes from patients with M. abscessus lung disease, however, induction of p38 and ERK1/2 expression, and the production of TNF-${\alpha}$, IL-6, and IL-10 were significantly lower. Conclusion: Decreased activity of MAPK and cytokine secretion in monocytes from patients with M. abscessus lung disease may provide an explanation regarding host susceptibility to these uncommon infections.
Kim Ji-Young;Ahn Myoung-Hee;Song Hyun-Ouk;Choi Jong-Hak;Ryu Jae-Sook;Min Duk-Young;Cho Myung-Hwan
Parasites, Hosts and Diseases
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v.44
no.3
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pp.197-207
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2006
This experiment focused on MAPK activation in host cell invasion and replication of T. gondii, as well as the expression of CC chemokines, MCP-1 and $MIP-1\alpha$, and enzyme, COX-2/prostaglandin $E_2(PGE_2)$ in infected cells via western blot, $[^3H]-uracil$ incorporation assay, ELISA and RT-PCR. The phosphorylation of ERK1/2 and p38 in infected HeLa cells was detected at 1 hr and/or 6 hr postinfection (PI). Tachyzoite proliferation was reduced by p38 or JNK MAPK inhibitors. MCP-1 secretion was enhanced in infected peritoneal macrophages at 6 hr PI. $MIP-1\alpha$ mRNA was increased in macrophages at 18 hr PI. MCP-1 and $MIP-1\alpha$ were reduced after treatment with inhibitors of ERK1/2 and JNK MAPKs. COX-2 mRNA gradually increased in infected RAW 264.7 cells and the secretion of COX-2 peaked at 6 hr PI. The inhibitor of JNK suppressed COX-2 expression. $PGE_2$ from infected RAW 264.7 cells was increased and synthesis was suppressed by PD98059, SB203580, and SP600125. In this study, the activation of p38, JNK and/or ERK1/2 MAPKs occurred during the invasion and proliferation of T. gondii tachyzoites in HeLa cells. Also, increased secretion and expression of MCP-1, $MIP-1\alpha$, COX-2 and $PGE_2$ were detected in infected macrophages, and appeared to occur via MAPK signaling pathways.
Periodontopathogens including Porphyromonas gingivalis interact with host periodontal cells and the excessive subsequent host responses contribute a major part to the development of periodontal diseases. Cyclooxygenase(COX)-2-synthesized $PGE_2$ has detrimental activities in terms of periodontal pathogenesis. The present study investigated induction of COX-2 expression by P. gingivalis in human monocytic THP-1 cells. Live P. gingivalis increased expression of COX-2, but not that of COX-1, which was demonstrated at both mRNA and protein levels. Elevated levels of $PGE_2$ were released from P. gingivalis-infected THP-1 cells. Pharma-cological inhibition of p38 mitogen-activated protein kinase(MAPK) and extracellular signal-regulated kinase(ERK) substantially attenuated P. gingivalis-induced COX-2 mRNA expression. Indeed, activation of p38 MAPK and ERK was observed in P. gingivalis-infected THP-1 cells. Also, P. gingivalis induced activation of nuclear $factor-{\kappa}B\;(NF-{\kappa}B)$ which is an important transcription factor for COX-2. These results suggest that COX-2 expression is up regulated in P. gingivalis-infected monocytic cells, at least in part, via p38 MAPK, ERK, and $NF-{\kappa}B$.
To elucidate the mechanism underlying the embryotropic effect of extracellular matrix(ECM) on the preimplantation development of mammalian embryos, the involvement of mitogen-activated protein kinase(MAPK) downstream the integrin signaling was examined in mouse blastocysts. Blastocysts were cultured in the presence of growth factor-reduced(GFR) Matrigel(0.5%, v/v). MAPK activity was measured by in vitro phosphorylation of myelin basic protein by the Erk1/2 antibody immunoprecipitates of embryonic extract following the Matrigei treatment. MAPK activity of the early blastocysts rapidly increased within 10 min fo1lowing the Matrigel treatment. When the embryos were cultured for 12 h in the presence of Matrigel, the MAPK activity was significantly higher than that ot the control embryos. PD098059, a MAPK kinase(MEK) inhibitor, attenuated the effect of Matrigel on the change in MAPK activity. Taken together, it suggested that the embryotropic effect of ECM proteins might be mediated by the activation of MAPK cascade.
In this study, the roles of the p38 MAPK, ERK1/2 and JNK signaling pathway in IGF-I-induced AR induction and activation were examined. C2C12 cells were treated with IGF-I in the absence or presence of various inhibitors of p38 MAPK (SB203580), ERK1/2 (PD98059), and JNK (SP600125). Inhibition of the MAPK pathway with SB203580, PD98059, or SP600125 significantly decreased IGF-I-induced AR phosphorylation and total AR protein expression. IGF-I-induced nuclear fraction of total AR and phosphorylated AR were significantly inhibited by SB203580, PD98059, or SP600125. Furthermore, IGF-I-induced AR mRNA and skeletal ${\alpha}-actin$ mRNA were blocked by those inhibitors in dose-dependent manner. Confocal images showed that IGF-I-induced AR nuclear translocation from cytosol was significantly blocked by SB203580, PD98059, or SP600125, suggesting that the MAPK pathway regulates IGF-I-induced AR nuclear localization in skeletal muscle cells. The present results suggest that the MAPK pathways are required for the ligand-independent activation of AR by IGF-I in C2C12 skeletal muscle cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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