As sessile organisms, plants are exposed to persistently changing stresses and have to be able to interpret and respond to them. The stresses, drought, salinity, chemicals, cold and hot temperatures, and various pathogen attacks have interconnected effects on plants, resulting in the disruption of protein homeostasis. Maintenance of proteins in their functional native conformations and preventing aggregation of non-native proteins are important for cell survival under stress. Heat shock proteins (HSPs) functioning as molecular chaperones are the key components responsible for protein folding, assembly, translocation, and degradation under stress conditions and in many normal cellular processes. Plants respond to pathogen invasion using two different innate immune responses mediated by pattern recognition receptors (PRRs) or resistance (R) proteins. HSPs play an indispensable role as molecular chaperones in the quality control of plasma membrane-resident PRRs and intracellular R proteins against potential invaders. Here, we specifically discuss the functional involvement of cytosolic and endoplasmic reticulum (ER) HSPs/chaperones in plant immunity to obtain an integrated understanding of the immune responses in plant cells.
The microalga Chlamydomonas reinhardtii accumulates triacylglycerols (TAGs) in lipid droplets under stress conditions, such as nitrogen starvation. TAG biosynthesis occurs mainly at the endoplasmic reticulum (ER) and requires fatty acid (FA) substrates supplied from chloroplasts. How FAs are transferred from chloroplast to ER in microalgae was unknown. We previously reported that an Arabidopsis thaliana ATP-binding cassette (ABC) transporter, AtABCA9, facilitates FA transport at the ER during seed development. Here we identified a gene homologous to AtABCA9 in the C. reinhardtii genome, which we named CrABCA2. Under nitrogen deprivation conditions, CrABCA2 expression was upregulated, and the CrABCA2 protein level also increased. CrABCA2 knockdown lines accumulated less TAGs and CrABCA2 overexpression lines accumulated more TAGs than their untransformed parental lines. Transmission electron microscopy showed that CrABCA2 was localized in swollen ER. These results suggest that CrABCA2 transports substrates for TAG biosynthesis to the ER during nitrogen starvation. Our study provides a potential tool for increasing lipid production in microalgae.
We have investigated the expression of early growth response protein 1 (EGR1) in INS-1 pancreatic β-cells treated with Allomyrina dichotoma hemolymph. The Korean rhinoceros beetle, A. dichotoma (Coleoptera: Scarabaeidae), is important in the insect industry for medical applications. We have already established a method for purification of A. dichotoma hemolymph that can be used in many experiments. EGR1 is reported as a multifunctional transcription factor that is implicated in virus infections. EGR1 has therefore been revealed as a major mediator and regulator in the physiological and pathological conditions of several cell and tissue types. New findings in this study are that A. dichotoma hemolymph, which promotes a dose- and time-dependent upregulation of EGR1 gene expression, shows an enhancement of this gene expression when combined with hypothermia or endoplasmic reticulum (ER) stress. These results suggest that A. dichotoma hemolymph may provide clues to EGR1-associated disease therapies involving gene regulation of EGR1.
Alcohol consumption increases the risk of type 2 diabetes. However, its effects on prediabetes or early diabetes have not been studied. We investigated endoplasmic reticulum (ER) stress in the pancreas and liver resulting from chronic alcohol consumption in the prediabetes and early stages of diabetes. We separated Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty (OLETF) rats, a type-2 diabetic animal model, into two groups based on diabetic stage: prediabetes and early diabetes were defined as occurrence between the ages of 11 to 16 weeks and 17 to 22 weeks, respectively. The experimental group received an ethanol-containing liquid diet for 6 weeks. An intraperitoneal glucose tolerance test was conducted after 16 and 22 weeks for the prediabetic and early diabetes groups, respectively. There were no significant differences in body weight between the control and ethanol groups. Fasting and 120-min glucose levels were lower and higher, respectively, in the ethanol group than in the control group. In prediabetes rats, alcohol induced significant expression of ER stress markers in the pancreas; however, alcohol did not affect the liver. In early diabetes rats, alcohol significantly increased most ER stress-marker levels in both the pancreas and liver. These results indicate that chronic alcohol consumption increased the risk of diabetes in prediabetic and early diabetic OLETF rats; the pancreas was more susceptible to damage than was the liver in the early diabetic stages, and the adaptive and proapoptotic pathway of ER stress may play key roles in the development and progression of diabetes affected by chronic alcohol ingestion.
Background: Effective strategies are dramatically needed to prevent and improve the recovery from myocardial ischemia and reperfusion (I/R) injury. Direct interactions between the mitochondria and endoplasmic reticulum (ER) during heart diseases have been recently investigated. This study was designed to explore the cardioprotective effects of gypenoside XVII (GP-17) against I/R injury. The roles of ER stress, mitochondrial injury, and their crosstalk within I/R injury and in GP-17einduced cardioprotection are also explored. Methods: Cardiac contractility function was recorded in Langendorff-perfused rat hearts. The effects of GP-17 on mitochondrial function including mitochondrial permeability transition pore opening, reactive oxygen species production, and respiratory function were determined using fluorescence detection kits on mitochondria isolated from the rat hearts. H9c2 cardiomyocytes were used to explore the effects of GP-17 on hypoxia/reoxygenation. Results: We found that GP-17 inhibits myocardial apoptosis, reduces cardiac dysfunction, and improves contractile recovery in rat hearts. Our results also demonstrate that apoptosis induced by I/R is predominantly mediated by ER stress and associated with mitochondrial injury. Moreover, the cardioprotective effects of GP-17 are controlled by the PI3K/AKT and P38 signaling pathways. Conclusion: GP-17 inhibits I/R-induced mitochondrial injury by delaying the onset of ER stress through the PI3K/AKT and P38 signaling pathways.
Airborne particulate matter (PM) is an environmentally hazardous pollutant that originates from various sources. PM is comprised of solid particles and liquid droplets of diverse composition and size. Hazardous chemical compositions of PM include elemental and organic carbon, organic compounds, biological compounds and metals. Upon acute and chronic PM exposure, toxic contaminants enter and accumulate within physiological systems and prompt cell structure changes accompanied with intracellular endoplasmic reticulum stress, mitochondrial dysfunction, oxidative stress, inflammation, lipid accumulation, and cell cycle arrest. Ultimately, these cellular response leads to the development of key characteristics of aging. In addition, PM internalization enhances autophagy reflux and lysosomal dysfunction, which is involved in cell aging. Previous studies have emphasized a positive association between PM and increased mortality or decreased lifespan, although these are evidenced mostly by observational studies. Direct evidence of the link between PM and aging is still limited. This review evaluates the evidence from not only observational studies but also in vitro and in vivo evidence of PM on aging progression and age-related diseases development. This evidence is based on age-associated cellular changes including endoplasmic reticulum stress, mitochondrial dysfunction, oxidative stress, inflammation, adipose accumulation, autophagy, which strengthen the association between PM exposure and aging. Understanding the underlying cellular responses under PM may allow for the development of new therapeutic targets for PM-induced aging.
Noh, Yoohun;Cheon, Seungui;Kim, In Hye;Kim, Inyong;Lee, Seung-Ah;Kim, Do-Hee;Jeong, Yoonhwa
BMB Reports
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v.51
no.8
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pp.400-405
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2018
Chronic stress induces neuronal cell death, which can cause nervous system disorders including Parkinson's disease and Alzheimer's disease. In this study, we evaluated the neuroprotective effects of Clematis terniflora extract (CTE) against corticosterone-induced apoptosis in rat pheochromocytoma (PC12) cells, and also investigated the underlying molecular mechanisms. At concentrations of 300 and $500{\mu}g/ml$, CTE significantly decreased apoptotic cell death and mitochondrial damage induced by $200{\mu}M$ corticosterone. CTE decreased the expression levels of endoplasmic reticulum (ER) stress proteins GRP78, GADD153, and mitochondrial damage-related protein BAD, suggesting that it downregulates ER stress evoked by corticosterone. Furthermore, our results suggested that these protective effects were mediated by the upregulation of p-AKT and p-ERK1/2, which are involved in cell survival signaling. Collectively, our results indicate that CTE can lessen neural damage caused by chronic stress.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.24
no.6
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pp.1004-1011
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2010
This study was designed to evaluate the protective effects of Dodamtanggami-bang (DDTG) on tunicamycin induced cell death by ER stress in C6 glial cells. Cell viability was measured by MTT assay and LDH release. Apoptosis was determined by caspase activity and flow cytometry in C6 glial cells. Expression of ER stress mediators including, GRP78 and CHOP proteins were measured by Western blot analysis. Tunicamycin induced the apoptosis of C6 glial cells, which was characterized as nucleic acid and caspase-3 activation, PARP cleavage, and sub-G0/G1 fraction of cell cycle increase. However, pretreatment with DDTG protected C6 glial cells from tunicamycin. Treatment with tunicamycin resulted in the increased the expression of GRP78 and CHOP protein and produced ROS generation. However, pretreatment with DDTG inhibited the ER stress pathway, including increase of the expression of GRP78, CHOP proteins in C6 glial cells treated with tunicamycin. Taken together, these data suggest that DDTG is able to protect C6 glial cells from tunicamycin with marked inhibition of ER stress.
In the previous our study, a cDNA that encodes protein disulfide isomerase from Bombyx mori (bPDI)was isolated and characterized. bPDI has an open reading frame of 494 amino acids contained two PDI-typical thioredoxin active site of WCGHCK and ER (endoplasmic reticulum) retention signal of the KDEL motif at its C-terminal. Recent studies have demonstrated that misfolded proteins are accumulated in many diseases including Alzheimer’s, goiter, emphysema, and prion infections. bPDI was over-expressed or knock-downed in Sf9 cells to study the relationship between bPDI expression and protections against protein misfolding. bPDI gene was cloned in insect expression vector pIZT/V5-His for over-expression and bPDI double-stranded RNA (dsRNA) was generated for knock-down. Over-expression of bPDI significantly improved survival rate, but bPDI dsRNA transfection significantly reduced survival rate after 48 hours exposure. In mock-transfected or wild-type cells had no significant effect. The results support the view that bPDI is one of the important intracellular components for cell protect mechanism, especially, against ER stress such as protein misfolding.
A nucleoside diphosphate-linked moiety X (Nudix) hydrolase-like gene, YSA1, has been identified as one of the gromwell plant extract-responsive genes in Cryptococcus neoformans. Ysa1 is known to control intracellular concentrations of ADP-ribose or O-acetyl-ADP-ribose, and has diverse biological functions, including the response to oxidative stress in the ascomycete yeast, Saccharomyces cerevisiae. In this study, we characterized the role of YSA1 in the stress response and adaptation of the basidiomycete yeast, C. neoformans. We constructed three independent deletion mutants for YSA1, and analyzed their mutant phenotypes. We found that ysa1 mutants did not show increased sensitivity to reactive oxygen species-producing oxidative damage agents, such as hydrogen peroxide and menadione, but exhibited increased sensitivity to diamide, which is a thiol-specific oxidant. Ysa1 was dispensable for the response to most environmental stresses, such as genotoxic, osmotic, and endoplasmic reticulum stress. In conclusion, modulation of YSA1 may regulate the cellular response and adaptation of C. neoformans to certain oxidative stresses and contribute to the evolution of antifungal drug resistance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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