Shengqiang Han ;Long You ;Yeye Hu ;Shuai Wei ;Tingwu Liu ;Jae Youl Cho ;Weicheng Hu
Journal of Ginseng Research
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v.47
no.3
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pp.420-428
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2023
Background: Ginsenoside F2 (GF2), a minor component of Panax ginseng, has been reported to possess a wide variety of pharmacological activities. However, its effects on glucose metabolism have not yet been reported. Here, we investigated the underlying signaling pathways involved in its effects on hepatic glucose. Methods: HepG2 cells were used to establish insulin-resistant (IR) model and treated with GF2. Cell viability and glucose uptake-related genes were also examined by real-time PCR and immunoblots. Results: Cell viability assays showed that GF2 up to 50 μM did not affect normal and IR-HepG2 cell viability. GF2 reduced oxidative stress by inhibiting phosphorylation of the mitogen-activated protein kinases (MAPK) signaling components such as c-Jun N-terminal kinase (JNK), extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2), and p38 MAPK, and reducing the nuclear translocation of NF-κB. Furthermore, GF2 activated PI3K/AKT signaling, upregulated the levels of glucose transporter 2 (GLUT-2) and GLUT-4 in IR-HepG2 cells, and promoted glucose absorption. At the same time, GF2 reduced phosphoenolpyruvate carboxykinase and glucose-6-phosphatase expression as well as inhibiting gluconeogenesis. Conclusion: Overall, GF2 improved glucose metabolism disorders by reducing cellular oxidative stress in IR-HepG2 cells via MAPK signaling, participating in the PI3K/AKT/GSK-3β signaling pathway, promoting glycogen synthesis, and inhibiting gluconeogenesis.
Rat hepatocytes were isolated by collagenase perfusion method and cultured on the collagen coated dish or on the floating collagen membrane. Using the primary cu1tured hepatocytes, the efficiency of cell attachment and the hepatic functions such as gluconeogenesis, ureogenesis and albumin synthesis were studied. The cell viability was kept above 50% until 5 days and the hepatic functions of ammonia metabolism and albumin synthesis were maintained until 7 days. Floating collagen membrane was found to be more efficient than the collagen coated dish for the maintenance of hepatic function in-vitro.
The effect of ginseng saponin on the activities of isocitrate lyase, palate synthase, succinate dehydrogenase, malate dehydrogenase and lipase have been investigated at the early phase of germinating soy-bean sprout and found that all the above enzymes were stimulated when the bean was rinsed for 24 hours with 10-4% saponin solution. The length of the saponin treated group was not longer than that of control group but the weight of the former was heavier (15%) than the latter. Total sugar content of test group was always much higher than that of control. From the above results, it was concluded that ginseng saponin might stimulate several enzymes of Soybean sprout during germination resulting in rapid growth of the Soybean sprout.
Sleep-disordered breathing (SDB) is associated with increased cardiovascular and cerebrovascular morbidity. Epidemiological and clinic-based studies have shown that SDB is related to impaired glucose tolerance and increased insulin resistance, independent of obesity. Despite of a consistent association between SDB and impaired glucose-insulin metabolism, the mechanism underlying this relationship has not been fully elucidated. It is recognized that hypoxemia and hypercapnia that occur in SDB provoke sympathetic nervous activity and catecholamine, epinephrine and norepinephrine, and cortisol are released. Sympathetic hyperactivity and increased catecholamines can impair glucose homeostasis by increasing glycogenolysis and gluconeogenesis, which can result in increased circulating insulin levels and increased risk of insulin resistance. A prospective study is needed to investigate the causal relationship between SDB and impaired glucose-insulin metabolism in a healthy population without diabetes, hypertension and obesity as etiologic risk factors.
My professional journey to understand the glucose homeostasis began in the 1990s, starting from cloning of the promoter region of glucose transporter type 2 (GLUT2) gene that led us to establish research foundation of my group. When I was a graduate student, I simply thought that hyperglycemia, a typical clinical manifestation of type 2 diabetes mellitus (T2DM), could be caused by a defect in the glucose transport system in the body. Thus, if a molecular mechanism controlling glucose transport system could be understood, treatment of T2DM could be possible. In the early 70s, hyperglycemia was thought to develop primarily due to a defect in the muscle and adipose tissue; thus, muscle/adipose tissue type glucose transporter (GLUT4) became a major research interest in the diabetology. However, glucose utilization occurs not only in muscle/adipose tissue but also in liver and brain. Thus, I was interested in the hepatic glucose transport system, where glucose storage and release are the most actively occurring.
Prominin-1 (PROM1), also called CD133, is a penta-span transmembrane protein that is localized in membrane protrusions, such as microvilli and filopodia. It is known to be expressed in cancer stem cells and various progenitor cells of bone marrow, liver, kidney, and intestine. Accumulating evidence has revealed that PROM1 has multiple functions in various organs, such as eye, tooth, peripheral nerve, and liver, associating with various molecular protein partners. PROM1 regulates PKA-induced gluconeogenesis, TGFβ-induced fibrosis, and IL-6-induced regeneration in the liver, associating with Radixin, SMAD7, and GP130, respectively. In addition, PROM1 is necessary to maintain cancer stem cell properties by activating PI3K and β-Catenin. PROM1-deficienct mice also show distinct phenotypes in eyes, brain, peripheral nerves, and tooth. Here, we discuss recent findings of PROM1-mediated signal transduction.
Sam Woong Kim;Young Jin Kim;Hyo In Choi;Sang Won Lee;Won-Jae Chi;Woo Young Bang;Tae Wan Kim;Kyu Ho Bang;Sang Wan Gal
Journal of Life Science
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v.34
no.7
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pp.465-475
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2024
Lactiplantibacillus plantarum K9 is a probiotic strain that can be utilized from various bioactive substances isolated from Protaetia brevitarsis seulensis larvae. In this study, a genetic analysis of L. plantarum K9 revealed the existence of a bacterial chromosome and three plasmids. The glycolysis pathway and pentose phosphate pathway were examined for their normal functioning via an analysis of the core metabolic pathways of L. plantarum K9. Since the key enzymes, fluctose-1,6-bisphospatase (EC: 3.1.3.11) and 6-phosphogluconate dehydratase (EC: 4.2.1.12)/2-keto-deoxy-6-phosphogluconate (KDPG) aldolase (EC: 4.2.1.55), of gluconeogenesis and the ED pathway were not identified from the L. plantarum K9 genome, we suggest that gluconeogenesis and the ED pathway are not performed in L. plantarum K9. Additionally, while some enzymes, related to fumarate and malate biosyntheses, involved in the TCA cycle were identified from L. plantarum K9, the enzymes associated with the remaining TCA cycle were absent, indicating that the TCA cycle cannot proceed. Meanwhile, based on our findings, we propose that the oxidative electron transport system performs class IIB-type (bd-type) electron transfer. In summary, we assert that L. plantarum K9 performs homolactic fermentation, executes gluconeogenesis and the pentose phosphate pathway, and carries out energy metabolism through the class IIB-type oxidative electron transport system. Therefore, we suggest that L. plantarum K9 has relatively high lactic acid production, and that it has excellent antibacterial activity, as a result, compared to other lactic acid bacterial strains. Moreover, we speculate that L. plantarum K9 has an oxidative electron transport capability, indicating that it is highly resistant to oxygen and suggesting that it has fine cultivation characteristics, which collectively make it highly suitable for use as a probiotic.
In this review, the current knowledge of the carbon metabolism and global carbon regulation in Corynebacterium glutamicum are summarized. C. gluamicum has phosphotransferase system (PTS) for the utilization of sucrose, glucose, and fructose. C. glutamicum does not show any preference for glucose when various sugars or organic acids are present with glucose, and thus cometabolizes glucose with other sugars or organic acids. The molecular mechanism of global carbon regulation such as carbon catabolite repression (CCR) in C. glutamicum is quite different to that in Gram-negative or low-GC Gram-positive bacteria. GlxR (glyoxylate bypass regulator) in C. glutamicum is the cyclic AMP receptor protein (CRP) homologue of E. coli. GlxR has been reported to regulate genes involved in not only glyoxylate bypass, but also central carbon metabolism and CCR including glycolysis, gluconeogenesis, and tricarboxylic acid (TCA) cycle. Therefore, GlxR has been suggested as a global transcriptional regulator for the regulation of diverse physiological processes as well as carbon metabolism. Adenylate cyclase of C. glutamicum is a membrane protein belonging to class III adenylate cyclases, thus it could possibly be a sensor for some external signal, thereby modulating cAMP level in response to environmental stimuli. In addition to GlxR, three additional transcriptional regulators like RamB, RamA, and SugR are also involved in regulating the expression of many genes of carbon metabolism. Finally, recent approaches for constructing new pathways for the utilization of new carbon sources, and strategies for enhancing amino acid production through genetic modification of carbon metabolism or regulatory network are described.
The germination of cucumber seeds begins with the degradation of reserved oil to fatty acids within the lipid body, which are then further metabolized to acyl-CoA. The acyl-CoA moves from the lipid body to the glyoxysome following β-oxidation for the production of acetyl-CoA. As an initial carbon source supplier, acetyl-CoA is an essential molecule in the glyoxylate cycle within the glyoxysome, which produces the metabolic intermediates of citrate and malate, among others. The glyoxylate cycle is a necessary metabolic pathway for oil seed plant germination because it produces the metabolic intermediates for the tricarboxylic acid (TCA) cycle and for gluconeogenesis, such as the oxaloacetate, which moves to the cytosol for the initiation of gluconeogenesis by phophoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK). Following reserved oil mobilization, the production and transport of various metabolic intermediates are involved in the coordinated operation and activation of multiple metabolic pathways to supply directly usable carbohydrate in the form of glucose. Furthermore, corresponding gene expression regulation compatibly transforms the microbody to glyoxysome, which contains the organelle-specific malate synthase (MS) and isocitrate lyase (ICL) enzymes during oil seed germination. Together with glyoxylate cycle, carnitine, which mediates the supplementary route of the acetyl-CoA transport mechanism via the mitochondrial BOU (A BOUT DE SOUFFLE) system, possibly plays a secondary role in lipid metabolism for enhanced plant development.
Brain-type natriuretic peptide (BNP) is a cardiac hormone that exerts cardiovascular and renal effects and regulates metabolic processes. In the current study, to determine the hepatic effects of BNP, we investigated whether it improves high-fat diet (HFD)-induced hepatic IR and characterized its possible mechanism. No significant differences in body weight, fat mass, or lean mass were observed between the saline- and BNP-treated groups of normal diet-and HFD-fed mice. During the clamp test, the BNP infusion into HFD-fed mice led to lower blood glucose levels and increased glucose infusion rates versus that into saline-treated HFD-fed mice. The BNP infusion also inhibited hepatic glucose production and decreased hepatic triglyceride levels concomitant with decreased expression of gluconeogenesis and lipogenesis-related genes, resulting in reduced levels of alanine aminotransferase and aspartate aminotransferase. BNP increased the phosphorylation of Akt and AMP-acti- vated protein kinase (AMPK) in the livers of HFD-fed mice compared to saline-fed HFD mice. The incubation of AML12 murine hepatocytes with BNP increased the basal levels of phosphorylated Akt and AMPK and recovered the phosphorylated Akt and phosphorylated AMPK levels reduced by palmitate treatment. Furthermore, BNP incubation prevented palmitate-induced increases in lipo- genesis gene expressions. Taken together, the current study's findings indicated that BNP ameliorates hepatic IR, resulting in reduced hepatic glucose production and hepatic steatosis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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