Type 1 diabetes mellitus (T1DM) is a pathological condition associated with osteopenia. $WNT/{\beta}$-catenin signaling is implicated in this process. Trabecular and cortical bone respond differently to $WNT/{\beta}$-catenin signaling in healthy mice. We investigated whether this signaling has different effects on trabecular and cortical bone in T1DM. We first established a streptozotocin-induced T1DM mouse model and then constitutively activated ${\beta}$-catenin in osteoblasts in the setting of T1DM (T1-CA). The extent of bone loss was greater in trabecular bone than that in cortical bone in T1DM mice, and this difference was consistent with the reduction in the expression of ${\beta}$-catenin signaling in the two bone compartments. Further experiments demonstrated that in T1DM mice, trabecular bone showed lower levels of insulin-like growth factor-1 receptor (IGF-1R) than the levels in cortical bone, leading to lower $WNT/{\beta}$-catenin signaling activity through the inhibition of the IGF-1R/Akt/glycogen synthase kinase $3{\beta}$ ($GSK3{\beta}$) pathway. After ${\beta}$-catenin was activated in T1-CA mice, the bone mass and bone strength increased to substantially greater extents in trabecular bone than those in cortical bone. In addition, the cortical bone of the T1-CA mice displayed an unexpected increase in bone porosity, with increased bone resorption. The downregulated expression of WNT16 might be responsible for these cortical bone changes. In conclusion, we found that although the activation of $WNT/{\beta}$-catenin signaling increased the trabecular bone mass and bone strength in T1DM mice, it also increased the cortical bone porosity, impairing the bone strength. These findings should be considered in the future treatment of T1DM-related osteopenia.
Kahweol as a coffee-specific diterpene has been reported to induce apoptosis in human cancer cells. Although some molecular targets for kahweol-mediated apoptosis have been elucidated, the further mechanism for apoptotic effect of kahweol is not known. Activating transcription factor 3 (ATF3) has been reported to be associated with apoptosis in colorectal cancer. The present study was performed to investigate the molecular mechanism by which kahweol stimulates ATF3 expression and apoptosis in human colorectal cancer cells. Kahweol increased apoptosis in human colorectal cancer cells. It also increased ATF3 expression through the transcriptional activity. The responsible cis-element for ATF3 transcriptional activation by kahweol was CREB located between -147 to -85 of ATF3 promoter. ATF3 overexpression increased kahweol-mediated cleaved PARP, while ATF3 knockdown attenuated the cleavage of PARP by kahweol. Inhibition of ERK1/2 and $GSK3{\beta}$ blocked kahweol-mediated ATF3 expression. The results suggest that kahweol induces apoptosis through ATF3-mediated pathway in human colorectal cancer cells.
Kim, Eun-Cheol;Park, Jaesuh;Kwon, Il Keun;Lee, Suk-Won;Park, Su-Jung;Ahn, Su-Jin
Journal of Periodontal and Implant Science
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v.47
no.5
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pp.273-291
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2017
Purpose: Although static magnetic fields (SMFs) have been used in dental prostheses and osseointegrated implants, their biological effects on osteoblastic and cementoblastic differentiation in cells involved in periodontal regeneration remain unknown. This study was undertaken to investigate the effects of SMFs (15 mT) on the osteoblastic and cementoblastic differentiation of human osteoblasts, periodontal ligament cells (PDLCs), and cementoblasts, and to explore the possible mechanisms underlying these effects. Methods: Differentiation was evaluated by measuring alkaline phosphatase (ALP) activity, mineralized nodule formation based on Alizarin red staining, calcium content, and the expression of marker mRNAs assessed by reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). Signaling pathways were analyzed by western blotting and immunocytochemistry. Results: The activities of the early marker ALP and the late markers matrix mineralization and calcium content, as well as osteoblast- and cementoblast-specific gene expression in osteoblasts, PDLCs, and cementoblasts were enhanced. SMFs upregulated the expression of Wnt proteins, and increased the phosphorylation of glycogen synthase $kinase-3{\beta}$ ($GSK-3{\beta}$) and total ${\beta}-catenin$ protein expression. Furthermore, p38 and c-Jun N-terminal kinase (JNK) mitogen-activated protein kinase (MAPK), and nuclear $factor-{\kappa}B$ ($NF-{\kappa}B$) pathways were activated. Conclusions: SMF treatment enhanced osteoblastic and/or cementoblastic differentiation in osteoblasts, cementoblasts, and PDLCs. These findings provide a molecular basis for the beneficial osteogenic and/or cementogenic effect of SMFs, which could have potential in stimulating bone or cementum formation during bone regeneration and in patients with periodontal disease.
The Swedish mutation (K595N/M596L) of amyloid precursor protein (APP-swe) has been known to increase abnormal cleavage of cellular APP by Beta-secretase (BACE), which causes tau protein hyperphosphorylation and early-onset Alzheimer's disease (AD). Here, we analyzed the effect of APP-swe in global gene expression using deep transcriptome sequencing technique. We found 283 genes were down-regulated and 348 genes were up-regulated in APP-swe expressing H4-swe cells compared to H4 wild-type cells from a total of approximately 74 million reads of 38 base pairs from each transcriptome. Two independent mechanisms such as kinase and phosphatase signaling cascades leading hyperphosphorylation of tau protein were regulated by the expression of APP-swe. Expressions of catalytic subunit as well as several regulatory subunits of protein phosphatases 2A were decreased. In contrast, expressions of tau-phosphorylating glycogen synthase kinase $3\beta$(GSK-3$\beta$), cyclin dependent kinase 5 (CDK5), and cAMP-dependent protein kinase A (PKA) catalytic subunit were increased. Moreover, the expression of AD-related Aquaporin 1 and presenilin 2 expression was regulated by APP-swe. Taken together, we propose that the expression of APP-swe modulates global gene expression directed to AD pathogenesis.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.43
no.2
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pp.231-237
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2014
This research showed that delphinidin, an anthocyanin present in blueberry, induced apoptosis in MDA-MB-231 breast cancer cells as well as mediated anti-cancer effects in vivo. As a result, growth of cancer cells as assessed by MTT assay decreased in a concentration-dependent manner. Chromatin condensation by DAPI staining significantly increased in a concentration-dependent manner, indicating apoptosis. The level of p53-protein increased while those of anti-apoptotic molecules (Bcl-2, p-$GSK3{\beta}$) decreased in the western blot. Tumor size decreased in cells treated with 10 mg/kg of delphinidin compared with the control group in vivo. Cell apoptosis assessed by TUNEL assay significantly increased, and tumor inhibitory effect was confirmed. Therefore, delphinidin can be developed for cancer preventive medicine due to its growth inhibitory effects and induction of apoptosis in human breast cancer cells.
Parkinson's disease (PD), one of common neurodegenerative diseases, is caused by the death of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta. The loss of dopaminergic neurons in PD is associated with oxidative stress and mitochondrial dysfunction. Hyperoside (quercetin 3-O-${\beta}$-D-galactopyranoside) was reported to have protective properties against oxidative stress by reducing intracellular reactive oxygen species (ROS) and increasing antioxidant enzyme activity. In this study, we examined the neuroprotective effect of hyperoside against 1-methyl-4-phenyl pyridinium ($MPP^+$)-induced cell model of PD and the underlying molecular mechanisms. Hyperoside significantly decreased $MPP^+$-induced cell death, accompanied by a reduction in poly ADP-ribose polymerase (PARP) cleavage. Furthermore, it attenuated $MPP^+$-induced intracellular ROS and disruption of mitochondrial membrane potential (MMP), with the reduction of Bax/Bcl-2 ratio. Moreover, hyperoside significantly increased the phosphorylation of Akt, but it has no effects on $GSK3{\beta}$ and MAPKs. Pharmacological inhibitor of PI3K/Akt abolished the cytoprotective effects of hyperoside against $MPP^+$. Taken together, these results demonstrate that hyperoside significantly attenuates $MPP^+$-induced neurotoxicity through PI3K/Akt signaling pathways in SH-SY5Y cells. Our findings suggest that hyperoside might be one of the potential candidates for the treatment of PD.
Eling, Thomas E.;Baek, Seung-Joon;Shim, Min-sub;Lee, Chang-Ho
BMB Reports
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v.39
no.6
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pp.649-655
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2006
The NSAID activated gene (NAG-1), a member of the TGF-$\beta$ superfamily, is involved in tumor progression and development. The over-expression of NAG-1 in cancer cells results in growth arrest and increase in apoptosis, suggesting that NAG-1 has anti-tumorigenic activity. This conclusion is further supported by results of experiments with transgenic mice that ubiquitously express human NAG-1. These transgenic mice are resistant to the development of intestinal tumors following treatment with azoxymethane or by introduction of a mutant APC gene. In contrast, other data suggest a pro-tumorigenic role for NAG-1, for example, high expression of NAG-1 is frequently observed in tumors. NAG-1 may be like other members of the TGF-$\beta$ superfamily, acting as a tumor suppressor in the early stages, but acting pro-tumorigenic at the later stages of tumor progression. The expression of NAG-1 can be increased by treatment with drugs and chemicals documented to prevent tumor formation and development. Most notable is the increase in NAG-1 expression by the inhibitors of cyclooxygenases that prevent human colorectal cancer development. The regulation of NAG-1 is complex, but these agents act through either p53 or EGR-1 related pathways. In addition, an increase in NAG-1 is observed in inhibition of the AKT/GSK-$3{\beta}$ pathway, suggesting NAG-1 alters cell survival. Thus, NAG-1 expression is regulated by tumor suppressor pathways and appears to modulate tumor progression.
Mutation of the gene for adenomatous polyposis coli (APC), as seen in ApcMin/+ mice, leads to intestinal adenomas and carcinomas via stabilization of β-catenin. Transmembrane 4 L six family member 5 (TM4SF5) is involved in the development of non-alcoholic fatty liver disease, fibrosis, and cancer. However, the functional linkage between TM4SF5 and APC or β-catenin has not been investigated for pathological outcomes. After interbreeding ApcMin/+ with TM4SF5-overexpressing transgenic (TgTM4SF5) mice, we explored pathological outcomes in the intestines and livers of the offspring. The intestines of 26-week-old dual-transgenic mice (ApcMin/+:TgTM4SF5) had intramucosal adenocarcinomas beyond the single-crypt adenomas in ApcMin/+ mice. Additional TM4SF5 overexpression increased the stabilization of β-catenin via reduced glycogen synthase kinase 3β (GSK3β) phosphorylation on Ser9. Additionally, the livers of the dualtransgenic mice showed distinct sinusoidal dilatation and features of hepatic portal hypertension associated with fibrosis, more than did the relatively normal livers in ApcMin/+ mice. Interestingly, TM4SF5 overexpression in the liver was positively linked to increased GSK3β phosphorylation (opposite to that seen in the colon), β-catenin level, and extracellular matrix (ECM) protein expression, indicating fibrotic phenotypes. Consistent with these results, 78-week-old TgTM4SF5 mice similarly had sinusoidal dilatation, immune cell infiltration, and fibrosis. Altogether, systemic overexpression of TM4SF5 aggravates pathological abnormalities in both the colon and the liver.
Yoo, Seul Ki;Kim, Jong Min;Park, Seon Kyeong;Kang, Jin Yong;Han, Hye Ju;Park, Hyo Won;Kim, Chul-Woo;Lee, Uk;Heo, Ho Jin
Korean Journal of Food Science and Technology
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v.51
no.4
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pp.379-392
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2019
The current study investigated the effect of Gabjubaekmok (Diospyros kaki) ethanolic extract (GEE) on $H_2O_2$-induced human neuroblastoma MC-IXC cells and amyloid beta $(A{\beta})_{1-42}$-induced ICR (Institute of Cancer Research) mice. GEE showed significant antioxidant activity that was evaluated based on ABTS, DPPH scavenging activity, and inhibition of malondialdehyde (MDA) and acetylcholinesterase activity. Further, GEE inhibited ROS production and increased cell viability in $H_2O_2$-induced MC-IXC cells. Administration of GEE ameliorated the cognitive dysfunction on $A{\beta}$-induced ICR mice as evaluated using Y-maze, passive avoidance, and Morris water maze tests. Results of ex vivo test using brain tissues showed that, GEE protected the cholinergic system and mitochondrial functions by increasing the levels of antioxidants such as ROS, mitochondrial membrane potential (MMP), and adenosine triphosphate (ATP) against $A{\beta}$-induced cognitive dysfunction. Moreover, GEE decreasd the expression levels of apoptosis-related proteins such as $TNF-{\alpha}$, p-JNK, p-tau, BAX and caspase 3. While, expression levels of p-Akt and $p-GSK3{\beta}$ increased than $A{\beta}$ group. Finally, gallic acid was identified as the main compound of GEE using high performance liquid chromatography.
Park, Su Bin;Kim, Ha Na;Park, Gwang Hun;Son, Ho-Jun;Eo, Hyun Ji;Song, Jeong Ho;Song, Hun Min;Park, Ji Ae;Jeong, Jin Boo
Korean Journal of Plant Resources
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v.31
no.3
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pp.218-227
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2018
In this study, we investigated the effect of the extracts from Vaccinium oldhamii on cell proliferation and the regulatory mechanisms of cyclin D1 protein level in human cancer cells. The branch extracts from Vaccinium oldhamii (VOB) showed higher inhibitor effect against the cell growth than leave extracts (VOL) and fruit extracts (VOF) in human colorectal cancer, breast cancer, prostate cancer, non-small lung cancer, pancreatic cancer and liver cancer cells. In addition, VOB decreased cyclin D1 level at both protein and mRNA level. MG132 treatment attenuated VOB-mediated cyclin D1 downregulation. A point mutation of threonine-286 to alanine attenuated cyclin D1 degradation by VOB. In addition, the inhibition of nuclear export by leptomycin B (LMB) attenuated cyclin D1 degradation by VOB. But, the treatment of PD98059 (ERK1/2 inhibitor), SB203580 (p38 inhibitor), SP600125 (JNK inhibitor), LiCl ($GSK3{\beta}$ inhibitor), LY294002 (PI3K inhibitor) or BAY 11-7082 ($I{\kappa}K$ inhibitor) did not affect VOB-induced cyclin D1 degradation. In conclusion, VOB induced cyclin D1 degradation through redistribution of cyclin D1 from the nucleus to cytoplasm via T286 phosphorylation of cyclin D1, which resulted in the inhibition of cancer cell proliferation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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