Kim, Buyun;Jha, Sonam;Seo, Ji Hae;Jeong, Chul-Ho;Lee, Sooyeun;Lee, Sangkil;Seo, Young Ho;Park, Byoungduck
Biomolecules & Therapeutics
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v.28
no.6
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pp.519-526
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2020
Methamphetamine (MA) is one of the most commonly abused drugs in the world by illegal drug users. Addiction to MA is a serious public health problem and effective therapies do not exist to date. It has also been reported that behavior induced by psychostimulants such as MA is related to histone deacetylase (HDAC). MeBib is an HDAC6 inhibitor derived from a benzimidazole scaffold. Many benzimidazole-containing compounds exhibit a wide range of pharmacological activity. In this study, we investigated whether HDAC6 inhibitor MeBib modulates the behavioral response in MA self-administered rats. Our results demonstrated that the number of active lever presses in MA self-administered rats was reduced by pretreatment with MeBib. In the hippocampus of rats, we also found MA administration promotes GluN2B, an NMDA receptor subunit, expression, which results in sequential activation of ERK/CREB/BDNF pathway, however, MeBib abrogated it. Collectively, we suggest that MeBib prevents the MA seeking response induced by MA administration and therefore, represents a potent candidate as an MA addiction inhibitor.
Park, Min Hyeop;Choi, Miyeon;Kim, Yong-Seok;Son, Hyeon
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.22
no.2
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pp.155-162
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2018
3-(2-Carboxypiperazin-4-yl)propyl-1-phosphonic acid (CPP), a competitive N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor antagonist, produces rapid antidepressant-like effects in animal models of depression. However, the molecular mechanisms underlying these behavioral actions remain unknown. Here, we demonstrate that CPP rapidly stimulates histone deacetylase (HDAC) 5 phosphorylation and nuclear export in rat hippocampal neurons. These effects are accompanied by calcium/calmodulin kinase II (CaMKII) and protein kinase D (PKD) phosphorylation. Behavioral experiments revealed that viral-mediated hippocampal knockdown of HDAC5 blocked the antidepressant effects of CPP in stressed animals. Taken together, our results imply that CPP acts via HDAC5 and suggest that HDAC5 is a common regulator contributing to the antidepressant actions of NMDA receptor antagonists such as CPP.
Apoptotic cell death plays a predominant role in histone deacetylase (HDAC) inhibitor-induced cytotoxicity. Nuclear morphological changes and activation of apoptotic executors are involved in CTS203-induced cell death. However, emerging issues of HDAC inhibitor-resistance have been observed in patients. Herein, MCF-7 cells were continuously exposed to CTS203 until the derived cells could proliferate normally in its presence. The newly obtained CTS203-resistant cells were nominated as MCF-7/203R. Compared to MCF-7 original cells, the MCF-7/203R cells were less sensitive to CTS203-induced apoptosis, with a minimal 6-fold higher $IC_{50}$ value. In contrast, the expression of Beclin-1 was dramatically up-regulated, positively correlated to the acquisition of CTS203-resistance. Our results revealed the participation of autophagy in acquired HDAC inhibitor-resistance and further identified Beclin-1 as a promising target for anti-drug resistance.
RNA polymerase II-interacting the Set2 methyltransferase co-transcriptionally methylates histone H3 at lysine 36 within the body of genes. This modification facilitates histone deacetylation by Rpd3S HDAC in 3' transcribed regions to suppress cryptic initiation and slow elongation. Although this pathway is important for global deacetylation, no strong effects have been seen on genome-wide transcription under optimized laboratory conditions. In contrast, this pathway slows the kinetics of mRNA induction when target genes are induced upon environmental changes. Interestingly, a majority of Set2-repressed genes are overlapped by a lncRNA transcription that targets H3K36 methylation and deacetylation by Rpd3S HDAC to mRNA promoters. Furthermore, this pathway delays the induction of many cryptic transcripts upon environmental changes. Therefore, the Set2-Rpd3S HDAC pathway functions to fine-tune expression dynamics of mRNAs and ncRNAs.
Jeong, Hui Su;Kim, Hye Jin;Kim, Deok-Ho;Chung, Ki Wha;Choi, Byung-Ok;Lee, Ji Eun
Molecules and Cells
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v.45
no.4
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pp.231-242
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2022
The neuromuscular junction (NMJ), which is a synapse for signal transmission from motor neurons to muscle cells, has emerged as an important region because of its association with several peripheral neuropathies. In particular, mutations in GARS that affect the formation of NMJ result in Charcot-Marie-Tooth disease and distal hereditary motor neuropathy. These disorders are mainly considered to be caused by neuronal axon abnormalities; however, no treatment is currently available. Therefore, in order to determine whether the NMJ could be targeted to treat neurodegenerative disorders, we investigated the NMJ recovery effect of HDAC6 inhibitors, which have been used in the treatment of several peripheral neuropathies. In the present study, we demonstrated that HDAC6 inhibition was sufficient to enhance movement by restoring NMJ impairments observed in a zebrafish disease model. We found that CKD-504, a novel HDAC6 inhibitor, was effective in repairing NMJ defects, suggesting that treatment of neurodegenerative diseases via NMJ targeting is possible.
Histone deacetylases (HDACs) play a pivotal role in epigenetic regulation, affecting the structure of chromatin and gene expression across different stages of plant development and in response to environmental stresses. Although the role of HDACs in Arabidopsis and rice has been focused on in extensive research, the role of the HDAC gene family in various medicinal plants remains unclear. In the genome of the balloon flower (Platycodon grandiflorus), we identified 10 putative P. grandiflorus HDAC (PlgHDAC) proteins, which were classified into the three families (RPD3/HDA1, SIR2, and HD2 HDAC families) based on their domain compositions. These HDACs were predicted to be localized in various cellular compartments, indicating that they have diverse functions. In addition, the tissue-specific expression profiles of PlgHDACs differed across different plant tissues, indicating that they are involved in various developmental processes. Furthermore, the expression levels of all PlgHDACs were upregulated in leaves after waterlogging treatment, implying their potential role in coping with waterlogging-induced stress. Overall, our findings provide a comprehensive foundation for further research into the epigenetic regulation of PlgHDACs, and particularly, on their functions in response to environmental stresses such as waterlogging. Understanding the roles of these HDACs in the development and stress responses of balloon flower could have significant implications for improving crop yield and the quality of this important medicinal plant.
Kim, Young-Eun;Park, Jeong-A;Park, Sang-Kyu;Kang, Ho-Bum;Kwon, Hyung-Joo;Lee, Younghee
Development and Reproduction
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v.17
no.4
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pp.379-387
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2013
Embryonic stem (ES) cells can self-renew and differentiate to various cells depending on the culture condition. Although ES cells are a good model for cell type specification and can be useful for application in clinics in the future, studies on ES cells have many experimental restraints including low transfection efficiency and transgene expression. Here, we observed that transgene expression after transfection was enhanced by treatment with histone deacetylse (HDAC) inhibitors such as trichostatin A, sodium butyrate, and valproic acid. Transfection was performed using conventional transfection reagents with a retroviral vector encoding GFP under the control of CMV promoter as a reporter. Treatment of ES cells with HDAC inhibitors after transfection increased population of GFP positive cells up to 180% compared with untreated control. ES cells showed normal expression of stem cell markers after treatment with HDAC inhibitors. Transgene expression was further enhanced by modifying transfection procedure. GFP positive cells selected after transfection were proved to have the stem cell properties. Our improved protocol for enhanced gene delivery and expression in mouse ES cells without hampering ES cell properties will be useful for study and application of ES cells.
Mesenchymal stem cells (MSCs) are known to differentiate into multiple lineages, making neurogenic differentiation an important target in the clinical field. In the present study, we induced the neurogenic differentiation of cells using histone deacetylase (HDAC) inhibitors and studied their mechanisms for further differentiation in vitro. We treated cells with the HDAC inhibitors, MS-275 and NaB; and found that the cells had neuron-like features such as distinct bipolar or multipolar morphologies with branched processes. The mRNA expressions encoding for NEFL, MAP2, TUJ1, OLIG2, and SYT was significantly increased following HDAC inhibitors treatment compared to without HDAC inhibitors; high protein levels of MAP2 and Tuj1 were detected by immunofluorescence staining. We examined the mechanisms of differentiation and found that the Wnt signaling pathway and downstream mitogen-activate protein kinase were involved in neurogenic differentiation of MSCs. Importantly, Wnt4, Wnt5a/b, and Wnt11 protein levels were highly increased after treatment with NaB; signals were activated through the regulation of Dvl2 and Dvl3. Interestingly, NaB treatment increased the levels of JNK and upregulated JNK phosphorylation. After MS-275 treatment, Wnt protein levels were decreased and GSK-3β was phosphorylated. In this cell, HDAC inhibitors controlled the non-canonical Wnt expression by activating JNK phosphorylation and the canonical Wnt signaling by targeting GSK-3β.
Background: Histone acetylation in chromatin structures plays a key role in regulation of gene transcription and is strictly controlled by histone acetyltransferase (HAT) and deacetylase (HDAC) activities. HDAC deregulation has been reported in several cancers. Materials and Methods: The expression of 10 HDACs (including HDAC class I and II) was studied by quantitative reverse transcription-PCR (qRT-PCR) in a cohort of mesenchymal stem cells (MM-MSCs) from 10 multiple myeloma patients with a median age 60y. The results were compared with those obtained for normal donors. Then, a coculture system was performed between MM-MSCs and u266 cell line, in the presence or absence of sodium butyrate (NaBT), to understand the effects of HDAC inhibitors (HDACi) in MM-MSCs on multiple myeloma cases. Also, the interleukin-6 (IL-6) and vascular endothelial growth factor (VEGFA) gene expression level and apoptotic effects were investigated in MM-MSCs patients and control group following NaBT treatment. Results: The results indicated that upregulated (HDACs) and downregulated (IL6 and VEGFA) genes were differentially expressed in the MM-MSCs derived from patients with multiple myeloma and ND-MSCs from normal donors. Comparison of the MM-MSCs and ND-MSCs also showed distinct HDACs expression patterns. For the first time to our knowledge, a significant increase of apoptosis was observed in coculture with MM-MSCs treated with NaBT. Conclusions: The obtained findings elucidate a complex set of actions in MSCs in response to HDAC inhibitors, which may be responsible for anticancer effects. Also, the data support the idea that MSCs are new therapeutic targets as a potential effective strategy for MM.
PDK-1 activates PI3-kinase/Akt signaling and regulates fundamental cellular functions, such as growth and survival. NF-${\kappa}B$ is involved in the induction of a variety of cellular genes affecting immunity, inflammation and the resistance to apoptosis induced by some anti-cancer drugs. Even though the crucial involvement of the PI3-kinase/Akt pathway in the anti-apoptotic activation of NF-${\kappa}B$ is well known, the exact role of PDK-1 as well as PI3-kinase/Akt in NF-vactivation is not understood. Here we demonstrate that PDK-1 plays a pivotal role in transcriptional activation of NF-${\kappa}B$ by dissociating the transcriptional co-repressor HDAC1 from the p65 subunit of NF-${\kappa}B$. The association of CBP with p65 was not directly modulated by PDK-1 or by PI3-kinase. Etoposide activated NF-${\kappa}B$ through PI3-kinase/Akt, and the transcription activation domain (TAD) of p65 was further activated by wild-type PDK-1. Overexpression of a dominant negative PDK-1 mutant decreased etoposide-induced NF-${\kappa}B$ transcription and further down-regulated the ectopic HDAC1-mediated decrease in NF-${\kappa}B$ transcriptional activity. Thus activation of PDK-1 relieves the HDAC1-mediated repression of NF-${\kappa}B$ that may be related to basal as well as activated transcription by NF-${\kappa}B$. This effect may also explain the role of the PI3-kinase/PDK-1 pathway in the anti-apoptotic function of NF-${\kappa}B$ associated with the chemoresistance of cancer cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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