Histone deacetylase (HDAC) is overexpressed in a variety of cancers and is closely correlated with oncogenic factors. HDAC inhibitors such as trichostatin A(TSA) and sodium butyrate (Na-B) have been shown to induce apoptosis in vitro and in vivo in many cancer cells. The anti-apoptotic Bcl-2 protein has the remarkable ability to prevent cell death and Bcl-2 overexpression has been reported to protect against cell death. We previously reported that the apoptotic cell death of human leukemic U937 cells by TSA and Na-B treatment was associated with the down-regulation of Bcl-2 expression and activation of caspases. In the present study, we investigated the effects of Bcl-2 overexpression on the growth inhibition, cell cycle arrest and apoptosis induced by TSA and Na-B in U937 cells. TSA-induced growth inhibition, cell cycle arrest and apoptosis were significantly attenuated in Bcl-2 overexpressing U937/Bcl-2 cells however Na-B did not affected. Induction of apoptosis by TSA was accompanied by down-regulation of Bcl-2 expression, activation of caspase-3, -8 and -9, and degradation of DNA fragmentation factor/inhibitor of caspase-activated DNase, which was blocked by the overexpression of Bcl-2. Collectively, these findings suggest that ectopic expression of Bcl-2 appeared to inhibit TSA-induced apoptosis by interfering with inhibition of Bcl-2 and caspase activation.
Introduction: Histone deacetylases (HDAC) are a class of enzymes that remove acetyl groups from ${\varepsilon}$-N-acetyl lysine amino acids of histone proteins. Their action is opposite to that of histone acetyltransferase that adds acetyl groups to these lysines. Only few HDAC inhibitors are approved and used as anti-cancer therapeutics. Thus, discovery of new and potential HDAC inhibitors are necessary in the effective treatment of cancer. Materials and Methods: This study proposed a method using support vector machine (SVM) to classify HDAC8 inhibitors and non-inhibitors in early-phase virtual compound filtering and screening. The 100 experimentally known HDAC8 inhibitors including 52 inhibitors and 48 non-inhibitors were used in this study. A set of molecular descriptors was calculated for all compounds in the dataset using ADRIANA. Code of Molecular Networks. Different kernel functions available from SVM Tools of free support vector machine software and training and test sets of varying size were used in model generation and validation. Results and Conclusion: The best model obtained using kernel functions has shown 75% of accuracy on test set prediction. The other models have also displayed good prediction over the test set compounds. The results of this study can be used as simple and effective filters in the drug discovery process.
On the basis of potent HDAC-inhibitory activity and anticancer activity of SAHA, novel SAHA derivatives 3a-d and 7 with a bulky cap such as p-dimethylaminophenyl, 4-phenylaminophenyl, 4-phenyloxyphenyl, 9H-fluorenyl or naphthalenyl ring were synthesized starting from the corresponding aryl amines or naphthalenyl acetic acid using an EDC-mediated amide coupling reaction in the presence of HOBt followed by a nucleophilic addition-elimination reaction with hydroxylamine. Compounds 3b, 3c and 3d showed more potent inhibitory activity on total HDACs (14~27-fold), HDAC1 (8~15-fold), HDAC2 (1.3~25-fold) and HDAC7 (1~3-fold) and more potent anticancer activity (2~22-fold) against MCF-7, MDA-MB-231, MCF-7/Dox, MCF-7/Tam, SK-OV-3, LNCaP and PC3 human cancer cell lines than SAHA.
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.
Purpose: To investigate the effect of deacetylase inhibitory trichostatin A (TSA) on anti HepG2 liver carcinoma cells and explore the underlying mechanisms. Materials and Methods: HepG2 cells exposed to different concentrations of TSA for 24, 48, or 72h were examined for cell growth inhibition using CCK8, changes in cell cycle distribution with flow cytometry, cell apoptosis with annexin V-FTIC/PI double staining, and cell morphology changes under an inverted microscope. Expression of ${\beta}$-catenin, HDAC1, HDAC3, H3K9, CyclinD1 and Bax proteins was tested by Western blotting. Gene expression for ${\beta}$-catenin, HDAC1and HDAC3 was tested by q-PCR. ${\beta}$-catenin and H3K9 proteins were also tested by immunofluorescence. Activity of Renilla luciferase (pTCF/LEF-luc) was assessed using the Luciferase Reporter Assay system reagent. The activity of total HDACs was detected with a HDACs colorimetric kit. Results: Exposure to TSA caused significant dose-and time-dependent inhibition of HepG2 cell proliferation (p<0.05) and resulted in increased cell percentages in G0/G1 and G2/M phases and decrease in the S phase. The apoptotic index in the control group was $6.22{\pm}0.25%$, which increased to $7.17{\pm}0.20%$ and $18.1{\pm}0.42%$ in the treatment group. Exposure to 250 and 500nmol/L TSA also caused cell morphology changes with numerous floating cells. Expression of ${\beta}$-catenin, H3K9and Bax proteins was significantly increased, expression levels of CyclinD1, HDAC1, HDAC3 were decreased. Expression of ${\beta}$-catenin at the genetic level was significantly increased, with no significant difference in HDAC1and HDAC3 genes. In the cytoplasm, expression of ${\beta}$-catenin fluorescence protein was not obvious changed and in the nucleus, small amounts of green fluorescence were observed. H3K9 fluorescence protein were increased. Expression levels of the transcription factor TCF werealso increased in HepG2 cells following induction by TSA, whikle the activity of total HDACs was decreased. Conclusions: TSA inhibits HDAC activity, promotes histone acetylation, and activates Wnt/${\beta}$-catenin signaling to inhibit proliferation of HepG2 cell, arrest cell cycling and induce apoptosis.
It is well established that brain-derived neurotrophic factor (BDNF) is expressed not only in the brain but also in skeletal muscle, and is required for normal neuromuscular system function. Histone deacetylases (HDACs) and insulin-like growth factor-I (IGF-I) are potent regulators of skeletal muscle myogenesis and muscle gene expression, but the mechanisms of HDAC and IGF-I in skeletal muscle-derived BDNF expression have not been examined. In this study, we examined the effect of IGF-I and suberoylanilide hydroxamic acid (SAHA), a pan-HDAC inhibitor, on BDNF induction. Proliferating or differentiating C2C12 skeletal muscle cells were treated with increasing concentrations (0-50 ng/ml) of IGF-I in the absence or presence of $5{\mu}M$ SAHA for various time periods (3-24 hr). Treatment of C2C12 cells with IGF-I resulted in a dose- and time-dependent decrease in BDNF mRNA expression. However, inhibition of HDAC led to a significant increase in the expression of BDNF mRNA levels. In addition, immunocytochemistry revealed high BDNF protein levels in undifferentiated C2C12 skeletal muscle cells, whether untreated, IGF-I-treated, or exposed to SAHA. These results represent the first evidence that IGF-I can suppress the mRNA and protein expression of BDNF; conversely, SAHA attenuates the effects of IGF-I. Consequently, SAHA upregulates BDNF expression in C2C12 skeletal muscle cells.
Lee, Su Ui;Kim, Mun-Ock;Kang, Myung-Ji;Oh, Eun Sol;Ro, Hyunju;Lee, Ro Woon;Song, Yu Na;Jung, Sunin;Lee, Jae-Won;Lee, Soo Yun;Bae, Taeyeol;Hong, Sung-Tae;Kim, Tae-Don
Molecules and Cells
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v.44
no.1
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pp.38-49
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2021
Airway mucus secretion is an essential innate immune response for host protection. However, overproduction and hypersecretion of mucus, mainly composed of the gel-forming MUC5AC protein, are significant risk factors for patients with asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD). The transforming growth factor β (TGFβ) signaling pathway negatively regulates MUC5AC expression; however, the underlying molecular mechanism is not fully understood. Here, we showed that TGFβ significantly reduces the expression of MUC5AC mRNA and its protein in NCI-H292 cells, a human mucoepidermoid carcinoma cell line. This reduced MUC5AC expression was restored by a TGFβ receptor inhibitor (SB431542), but not by the inhibition of NF-κB (BAY11-7082 or Triptolide) or PI3K (LY294002) activities. TGFβ-activated Smad3 dose-dependently bound to MUC5AC promoter. Notably, TGFβ-activated Smad3 recruited HDAC2 and facilitated nuclear translocation of HDAC2, thereby inducing the deacetylation of NF-κB at K310, which is essential for a reduction in NF-κB transcriptional activity. Both TGFβ-induced nuclear translocation of Smad3/HDAC2 and deacetylation of NF-κB at K310 were suppressed by a Smad3 inhibitor (SIS3). These results suggest that the TGFβ-activated Smad3/HDAC2 complex is an essential negative regulator for MUC5AC expression and an epigenetic regulator for NF-κB acetylation. Therefore, these results collectively suggest that modulation of the TGFβ1/Smad3/HDAC2/NF-κB pathway axis can be a promising way to improve lung function as a treatment strategy for asthma and COPD.
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.
Objectives: Whether the ultra-highly-diluted remedies used in homeopathy can effectively bring about modulations of gene expressions through acetylation/deacetylation of histones has not been explored. Therefore, in this study, we pointedly checked if the homeopathically-diluted anti-cancer remedy Condurango 30C (ethanolic extract of Gonolobus condurango diluted $10^{-60}$ times) was capable of arresting the cell cycles in cervical cancer cells HeLa by triggering an epigenetic modification through modulation of the activity of the key enzyme histone deacetylase 2 vis-a-vis the succussed alcohol (placebo) control. Methods: We checked the activity of different signal proteins (like $p21^{WAF}$, p53, Akt, STAT3) related to deacetylation, cell growth and differentiation by western blotting and analyzed cell-cycle arrest, if any, by fluorescence activated cell sorting. After viability assays had been performed with Condurango 30C and with a placebo, the activities of histone de-acetylase (HDAC) enzymes 1 and 2 were measured colorimetrically. Results: While Condurango 30C induced cytotoxicity in HeLa cells in vitro and reduced HDAC2 activity quite strikingly, it apparently did not alter the HDAC1 enzyme; the placebo had no or negligible cytotoxicity against HeLa cells and could not alter either the HDAC 1 or 2 activity. Data on $p21^{WAF}$, p53, Akt, and STAT3 activities and a cell-cycle analysis revealed a reduction in DNA synthesis and G1-phase cell-cycle arrest when Condurango 30C was used at a 2% dose. Conclusion: Condurango 30C appeared to trigger key epigenetic events of gene modulation in effectively combating cancer cells, which the placebo was unable to do.
Objective: To investigate the effects of histone deacetylase 6 (HDAC6) siRNA on cell proliferation and cell apoptosis of the HeLa cervical carcinoma cell line and the molecular mechanisms involved. Methods: Division was into three groups: A, the untreated group; B, the control siRNA group; and C, the HDAC6 siRNA group. Lipofectamine 2000 was used for siRNA transfection, and Western blot analysis was used to determine the protein levels. Cell proliferation and apoptosis were characterized using a CCK-8 assay and flow cytometry, respectively. Results: HDAC6 protein expression in the HDAC6 siRNA-transfection group was significantly lower (P < 0.05) than in the untreated and control siRNA groups. The CCK-8 kit results demonstrated that the proliferation of HeLa cells was clearly inhibited in the HDAC6 siRNA transfection group (P < 0.05). In addition, flow cytometry revealed that the early apoptotic rate ($26.0%{\pm}0.87%$) was significantly elevated (P < 0.05) as compared with the untreated group ($10.6%{\pm}1.19%$) and control siRNA group ($8.61%{\pm}0.98%$). Furthermore, Western blot analysis indicated that bcl-2 protein expression in the HDAC6 siRNA-transfection group was down-regulated, whereas the expression of p21 and bax was up-regulated. Conclusion: HDAC6 plays an essential role in the occurrence and development of cervical carcinoma, and the down-regulation of HDAC6 expression may be useful molecular therapeutic method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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