Several lines of evidence suggest that endoplasmic reticulum (ER) stress plays a critical role in the pathogenesis of many neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease, Parkinson's disease, and amyotrophic lateral sclerosis. Protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B) is known to regulate the ER stress signaling pathway, but its role in neuronal systems in terms of ER stress remains largely unknown. Here, we showed that rotenone-induced toxicity in human neuroblastoma cell lines and mouse primary cortical neurons was ameliorated by PTP1B inhibition. Moreover, the increase in the level of ER stress markers ($eIF2{\alpha}$ phosphorylation and PERK phosphorylation) induced by rotenone treatment was obviously suppressed by concomitant PTP1B inhibition. However, the rotenone-induced production of reactive oxygen species (ROS) was not affected by PTP1B inhibition, suggesting that the neuroprotective effect of the PTP1B inhibitor is not associated with ROS production. Moreover, we found that MG132-induced toxicity involving proteasome inhibition was also ameliorated by PTP1B inhibition in a human neuroblastoma cell line and mouse primary cortical neurons. Consistently, downregulation of the PTP1B homologue gene in Drosophila mitigated rotenone- and MG132-induced toxicity. Taken together, these findings indicate that PTP1B inhibition may represent a novel therapeutic approach for ER stress-mediated neurodegenerative diseases.
Endoplasmic reticulum (ER) stress is mediated by disturbance of $Ca^{2+}$ homeostasis. The store-operated calcium (SOC) channel is the primary $Ca^{2+}$ channel in non-excitable cells, but its participation in agent-induced ER stress is not clear. In this study, the effects of tunicamycin on $Ca^{2+}$ influx in human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) were observed with the fluorescent probe Fluo-4 AM. The effect of tunicamycin on the expression of the unfolded protein response (UPR)-related proteins BiP and CHOP was assayed by western blotting with or without inhibition of Orai1. Tunicamycin induced endothelial dysfunction by activating ER stress. Orai1 expression and the influx of extracellular $Ca^{2+}$ in HUVECs were both upregulated during ER stress. The SOC channel inhibitor SKF96365 reversed tunicamycin-induced endothelial cell dysfunction by inhibiting ER stress. Regulation of tunicamycin-induced ER stress by Orai1 indicates that modification of Orai1 activity may have therapeutic value for conditions with ER stress-induced endothelial dysfunction.
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.
Yeom, Hojin;Hwang, Sung-Hee;Han, Byeal-I;Lee, Michael
Biomolecules & Therapeutics
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v.29
no.4
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pp.434-444
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2021
BRAF inhibitors are insufficient monotherapies for BRAF-mutated cancer; therefore, we investigated which inhibitory pathway would yield the most effective therapeutic approach when targeted in combination with BRAF inhibition. The oncogenic BRAF inhibitor, PLX4720, increased basal autophagic flux in BRAF-mutated cells compared to wild-type (WT) BRAF cells. Interestingly, early autophagy inhibition improved the effectiveness of PLX4720 regardless of BRAF mutation, whereas late autophagy inhibition did not. Although ATG5 knockout led to PLX4720 resistance in both WT and BRAF-mutated cells, the MEK inhibitor trametinib exhibited a synergistic effect on PLX4720 sensitivity in WT BRAF cells but not in BRAF-mutated cells. Conversely, the prolonged inhibition of endoplasmic reticulum (ER) stress reduced basal autophagy in BRAF-mutated cells, thereby increasing PLX4720 sensitivity. Taken together, our results suggest that the combined inhibition of ER stress and BRAF may simultaneously suppress both pro-survival ER stress and autophagy, and may therefore be suitable for treatment of BRAF-mutated tumors whose autophagy is increased by chronic ER stress. Similarly, for WT BRAF tumors, therapies targeting MEK signaling may be a more effective treatment strategy. Together, this study presents a rational combination treatment strategy to improve the efficacy of BRAF inhibitors depending on BRAF mutation status.
Kim, In-Ki;Park, So-Jung;Park, Jhang-Ho;Lee, Seung-Ho;Hong, Sung-Eun;Reed, John C.
BMB Reports
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v.45
no.8
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pp.482-487
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2012
To identify the novel inhibitors of endoplasmic reticulum stress-induced cell death, we performed a high throughput assay with a chemical library containing a total of 3,280 bioactive small molecules. Cyclosporine A and bromocriptine were identified as potent inhibitors of thapsigargiin-induced cell death (cut-off at $4{\sigma}$ standard score). However, U74389G, the potent inhibitor of lipid peroxidation had lower activity in inhibiting cell death. The inhibition effect of cyclosporine A and bromocriptine was specific for only thapsigargin-induced cell death. The mechanism of inhibition by these compounds was identified as modification of the expression of glucose regulated protein-78 (GRP-78/Bip) and inhibition of phosphorylation of p38 mitogen activated protein kinase (MAPK). However, these compounds did not inhibit the same events triggered by tunicamycin, which was in agreement with the cell survival data. We suggest that the induction of protective unfolded protein response by these compounds confers resistance to cell death. In summary, we identified compounds that may provide insights on cell death mechanisms stimulated by ER stress.
Rani, Shilpa;Sreenivasaiah, Pradeep Kumar;Cho, Chunghee;Kim, Do Han
Molecules and Cells
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v.40
no.1
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pp.66-72
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2017
Pathological hypertrophy of the heart is closely associated with endoplasmic reticulum stress (ERS), leading to maladaptations such as myocardial fibrosis, induction of apoptosis, and cardiac dysfunctions. Salubrinal is a known selective inhibitor of protein phosphatase 1 (PP1) complex involving dephosphorylation of phospho-eukaryotic translation initiation factor 2 subunit $(p-eIF2)-{\alpha}$, the key signaling process in the ERS pathway. In this study, the effects of salubrinal were examined on cardiac hypertrophy using the mouse model of transverse aortic constriction (TAC) and cell model of neonatal rat ventricular myocytes (NRVMs). Treatment of TAC-induced mice with salubrinal ($0.5mg{\cdot}kg^{-1}{\cdot}day^{-1}$) alleviated cardiac hypertrophy and tissue fibrosis. Salubrinal also alleviated hypertrophic growth in endothelin 1 (ET1)-treated NRVMs. Therefore, the present results suggest that salubrinal may be a potentially efficacious drug for treating pathological cardiac remodeling.
Mitochondrial dysfunction is found in oocytes and transmitted to offspring due to maternal obesity. Treatment of obese mothers with endoplasmic reticulum (ER) stress inhibitors such as salubrinal (SAL) can reverse the mitochondrial dysfunction and result in normal embryonic development. Pig oocytes have also shown ER stress mostly in metaphase II stage. ER stress in oocytes may hinder the in vitro production of pig embryos. This study investigated the effect of ER stress inhibition by SAL treatment during in vitro maturation (IVM) of porcine oocytes at 1, 10, 50 and 100 nM concentrations. Firstly, we tested various concentrations of SAL. SAL at 10 nM showed higher (P < 0.05) developmental competence to the blastocyst stage (55.6%) after parthenogenesis (PA) than control (44.2%) while not different from other concentrations (49.2, 51.6, and 50.8% for 1, 50, and 100 nM, respectively). Secondly, we performed time-dependent treatment at 10 nM of SAL for IVM of oocytes. It revealed that treatment with SAL during 22 to 44 h of IVM significantly improved PA embryonic development to the blastocyst stage compared to control (40.5, 46.3, 51.7 and 60.2% for control, 0 to 22 h, 22 to 44 h and 0 to 44 h of IVM, respectively, P < 0.05). Glutathione (GSH) content is an indicator of cytoplasmic maturation of oocytes. Reactive oxygen species (ROS) have a harmful effect on developmental competence of oocytes. For this, we determined the intraoocyte levels of GSH and ROS after 44 h of IVM. It was found that SAL increased intraoocyte GSH level and also decreased ROS level (P < 0.05). Finally, we performed somatic cell nuclear transfer (SCNT) after treating oocytes with 10 nM SAL during IVM. SAL treatment significantly improved blastocyst formation of SCNT embryos compared to control (39.6% vs. 24.7%, P < 0.05). Our results indicate that treatment of pig oocytes with ER stress inhibitor SAL during IVM improves preimplantation development PA and cloned pig embryos by influencing cytoplasmic maturation in terms of increased GSH content and decreased ROS level in IVM pig oocytes.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Inflammation and ferroptosis are implicated in various diseases and lipopolysaccharides (LPS) have been linked with these disorders. Recently, many edible insects, such as Gryllus bimaculatus, Protaetia brevitarsis larvae (PB) and Tenebrio molitor larvae, have been recommended as alternative foods because they contain lots of nutritional sources. In this study, we explored the potential of PB extract in preventing LPS-induced inflammation and ferroptosis in Hep3B cells. MATERIALS/METHODS: PB powder was extracted using 70% ethanol and applied to Hep3B cells. Co-treatment with LPS was conducted to induce ferroptosis and inflammation. The anti-inflammatory and anti-ferroptosis mechanisms of the PB extract were confirmed using Western blot, enzyme-linked immunosorbent assay, and real-time polymerase chain reaction analysis. RESULTS: PB extract effectively prevented LPS-induced cell death and restored LPS-induced inflammatory cytokine production, NF-κB signaling, endoplasmic reticulum (ER) stress and ferroptosis. Interestingly, PB extract reduced LPS-induced ceramide increase and acid sphingomyelinase (ASMase) expression. The use of the ASMase inhibitor, desipramine, also demonstrated a reduction in these pathways, highlighting the pivotal role of ASMase in inflammation and ferroptosis. Treatment with each inhibitor revealed that ferroptosis causes ER stress and that NF-κB and MAP kinase pathways are involved in inflammation. CONCLUSION: PB emerges as a potential functional food with inhibitory effects on LPS-induced inflammation and ferroptosis, making it a promising candidate for nutritional interventions.
Cholestasis is a condition in which the bile duct becomes narrowed or clogged by a variety of factors and bile acid is not released smoothly. Bile acid-induced liver injury is facilitated by necrotic cell death, neutrophil infiltration, and inflammation. Metformin, the first-line treatment for type 2 diabetes, is known to reduce not only blood glucose but also inflammatory responses. In this study, we investigated the effects of metformin on liver injury caused by cholestasis with bile acid-induced hepatocyte injury. Static bile acid-induced liver injury is thought to be related to endoplasmic reticulum (ER) stress, inflammatory response, and chemokine expression. Metformin treatment reduced liver injury caused by bile acid, and it suppressed ER stress, inflammation, chemokine expression, and neutrophil infiltration. Similar results were obtained in mouse primary hepatocytes exposed to bile acid. Hepatocytes treated with tauroursodeoxycholic acid, an ER stress inhibitor, showed inhibition of ER stress, as well as reduced levels of inflammation and cell death. These results suggest that metformin may protect against liver injury by suppressing ER stress and inflammation and reducing chemokine expression.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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