Although reoxygenation is the best way to salvage hypoxic tissues, reduced oxygen species (ROS) generated during reoxygenation are blown to cause further tissue injuries and the induction of heat shock proteins (HSPs). The present study was undertaken to determine any causal relationship between the severity of hypoxia and the opposite outcomes, either beneficial or detrimental, of the subsequent reoxygenation by measuring the HSP72. To this aim, one group (6 male cats, $2.5{\sim}3.5\;kg$) was subjected to a 5-min episode of hypoventilation (H, ventilation rate: 5/min) for the induction of slight hypoxia and the other group (6 male cats, $2.4{\sim}3.7\;kg$) was subjected to a 5-min episode of apnea (A) for severe hypoxia. Each 3 animals from both groups received a 10-min episode of ventilation with $(95%\;O_2\;(0)$, whereas the remainder did not. After these procedures, all animals were allowed to be ventilated within physiological range for 1, 4, or 8 hours (1H, 1HO, 4H, 4HO, 8H, 8HO, 1A, 1AO, 4A, 4AO, 8A and 8AO groups). Control animals did not receive any manipulation. The arterial blood $pCO_2$ was significantly higher just after apnea than hypoventilation, while $pCO_2$ and pH were significantly lower just after apnea than hypoventilation. Western blot analysis revealed that the magnitude of HSP72 synthesis is larger in 1H, 4H and 8H groups than in 1HO, 4H and 8HO groups, respectively. In contrast, 1AO, 4AO and 8AO groups more induced HSP72 than 1A, 4A and 8A groups, respectively. These results suggest that the reoxygenation is beneficial after slight hypoxia but detrimental after severe hypoxia.
Choi, Dong Wook;Lim, Man Sup;Lee, Jae Won;Chun, Wanjoo;Lee, Sang Hyuk;Nam, Yang Hoon;Park, Jin Myung;Choi, Dae Hee;Kang, Chang Don;Lee, Sung Joon;Park, Sung Chul
Biomolecules & Therapeutics
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v.23
no.2
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pp.128-133
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2015
Although coffee is known to have antioxidant, anti-inflammatory, and antitumor properties, there have been few reports about the effect and mechanism of coffee compounds in colorectal cancer. Heat shock proteins (HSPs) are molecular chaperones that prevent cell death. Their expression is significantly elevated in many tumors and is accompanied by increased cell proliferation, metastasis and poor response to chemotherapy. In this study, we investigated the cytotoxicity of four bioactive compounds in coffee, namely, caffeine, caffeic acid, chlorogenic acid, and kahweol, in HT-29 human colon adenocarcinoma cells. Only kahweol showed significant cytotoxicity. Specifically, kahweol increased the expression of caspase-3, a pro-apoptotic factor, and decreased the expression of anti-apoptotic factors, such as Bcl-2 and phosphorylated Akt. In addition, kahweol significantly attenuated the expression of HSP70. Inhibition of HSP70 activity with triptolide increased kahweol-induced cytotoxicity. In contrast, overexpression of HSP70 significantly reduced kahweol-induced cell death. Taken together, these results demonstrate that kahweol inhibits colorectal tumor cell growth by promoting apoptosis and suppressing HSP70 expression.
Heat shock proteins (HSPs) are known to protect cells from oxidative stress and other types of injuries. We previously reported the neuroprotective effect of HSP70 following cerebral ischemia and reperfusion using hsp 70.1 knockout (KO) mice. However, the precise role of HSP70 in neuroprotection has not been established yet. The purpose of this study was to investigate the relationship between HSP70 and antioxidant enzymes using hsp 70.1 KO mice. The activities of both SOD-1 and SOD-2 were significantly decreased in hsp 70.1 KO mice than in the wild type (WT) littermates. SOD-1 protein level in the hsp 70.1 KO mice was lower than that of WT. We speculate that HSP70 might be involved in regulation of expression of SOD-1 at the level of transcription or by post-transcriptional modification.
Previous studies have demonstrated that oxidative stress involving generation of reactive oxygen species (ROS) is responsible for the cytotoxic action of $TNF{\alpha}$. Protective effect of small heat shock proteins (small HSP) against diverse oxidative stress conditions has been suggeted. Although overexpression of small hsp was shown to provide an enhanced survival of $TNF{\alpha}$-sensitive cells when challenged with $TNF{\alpha}$, neither the nature of $TNF{\alpha}$-induced cytotoxicity nor the protective mechanism of small HSP has not been completely understood. In this study, we have attempted to determine whether $TNF{\alpha}$ induces oxidative DNA damage in $TNF{\alpha}$-sensitive L929 cells. We chose to measure the level of 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine (8 ohdG), which has been increasingly recognized as one of the most sensitive markers of oxidative DNA damage. Our results clearly demonstrated that the level of 8 ohdG increased in L929 cells in a $TNF{\alpha}$ dose-dependent manner. Subsequently, we asked whether small HSP has a protective effect on $TNF{\alpha}$-induced oxidative DNA damage. To accomplish this goal, we have stably transfected L929 cells with mouse small hsp cDNA (hsp25) since these cells are devoid of endogenous small hsps. We found that $TNF{\alpha}$-induced 8 ohdG was decreased in cells overexpressing exogenous small hsp. We also found that the cell killing activity of $TNF{\alpha}$ was decreased in these cells as measured by clonogenic survival. Taken together, results from the current study show that cytotoxic mechanism of $TNF{\alpha}$ involves oxidative damage of DNA and that overexpression of the small hsp reduces this oxidative damage. We suggest that the reduction of oxidative DNA damage is one of the most important protective mechanisms of small HSP against $TNF{\alpha}$.
Kim, Hyun-Jeong;Jung, Ji-In;Kim, Young-Kyung;Lee, Jae-Seon;Yoon, Young-Wook;Kim, June-Sun
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.14
no.3
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pp.157-161
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2010
Heat shock proteins (HSPs) are specifically induced by various forms of stress. Hsp70.1, a member of the hsp70 family is known to play an important role in cytoprotection from stressful insults. However, the functional role of Hsp70 in motor function after spinal cord injury (SCI) is still unclear. To study the role of hsp70.1 in motor recovery following SCI, we assessed locomotor function in hsp70.1 knockout (KO) mice and their wild-type (WT) mice via the Basso, Beattie and Bresnahan (BBB) locomotor rating scale, before and after spinal hemisection at T13 level. We also examined lesion size in the spinal cord using Luxol fast blue/cresyl violet staining. One day after injury, KO and WT mice showed no significant difference in the motor function due to complete paralysis following spinal hemisection. However, when it compared to WT mice, KO mice had significantly delayed and decreased functional outcomes from 4 days up to 21 days after SCI. KO mice also showed significantly greater lesion size in the spinal cord than WT mice showed at 21 days after spinal hemisection. These results suggest that Hsp70 has a protective effect against traumatic SCI and the manipulation of the hsp70.1 gene may help improve the recovery of motor function, thereby enhancing neuroprotection after SCI.
Osmotic pressure is a critical factor for erythritol production with osmophilic yeast. Protein expression patterns of an erythritol-producing yeast, Yarrowia lipolytica, were analyzed to identify differentially-expressed proteins in response to osmotic pressure. In order to analyze intracellular protein levels quantitatively, two-dimensional gel electrophoresis was performed to separate and visualize the differential expression of the intracellular proteins extracted from Y. lipolytica cultured under low (3.17 osmol/kg) and high (4.21 osmol/kg) osmotic pressures. Proteomic analyses allowed identification of 54 differentially-expressed proteins among the proteins distributed in the range of pI 3-10 and 14.4-97.4 kDa molecular mass between the osmotic stress conditions. Remarkably, the main proteins were involved in the pathway of energy, metabolism, cell rescue, and stress response. The expression of such enzymes related to protein and nucleotide biosynthesis was inhibited drastically, reflecting the growth arrest of Y. lipolytica under hyperosmotic stress. The improvement of erythritol production under high osmotic stress was due to the significant induction of a range of crucial enzymes related to polyols biosynthesis, such as transketolase and triosephosphate isomerase, and the osmotic stress responsive proteins like pyridoxine-4-dehydrogenase and the AKRs family. The polyols biosynthesis was really related to an osmotic response and a protection mechanism against hyperosmotic stress in Y. lipolytica. Additionally, the high osmotic stress could also induce other cell stress responses as with heat shock and oxidation stress responses, and these responsive proteins, such as the HSPs family, catalase T, and superoxide dismutase, also had drastically increased expression levels under hyperosmotic pressure.
Heat shock proteins (HSPs) serve as molecular chaperones and play a role in cell protection from damage in response to stress stimuli. The aim of this article is to investigate whether HSP22 affects IL-8 expression in vascular smooth muscle cells (VSMCs), and which cellular factors are involved in the HSP-mediated IL-8 induction in that cell type in terms of mitogen activated protein kinase (MAPK) and transcription element. Exposure of aortic smooth muscle cells (AoSMCs) to HSP22 not only enhanced IL-8 release but also induced IL-8 transcript via promoter activation. HSP22 activated ERK and p38 MAPK in AoSMCs. HSP22-induced IL-8 release was inhibited by U0126, but not by SB202190. A mutation in the IL-8 promoter region at the binding site of NF-${\kappa}$ B, but not AP-1 or C/EBP, impaired promoter activation in response to HSP22. Delivery of I ${\kappa}$ B, but not dominant negative c-Jun, lowered HSP22-induced IL-8 release from AoSMCs. These results suggest that HS P22 induces IL-8 in VSMCs via ERK1/2, and that transcription factor NF-kB may be required for the HSP22-induced IL-8 up-regulation.
Three novel Class A genes that encode heat shock transcription factor (HSF) were cloned from Oryza Sativa L using a yeast hybrid method. The OsHSF7 gene was found to be rapidly expressed in high levels in response to temperature, which indicates that it may be involved in heat stress reception and response. Over-expression of OsHSF7 in transgenic Arabidopsis could not induced over the expression of most target heat stress-inducible genes of HSFs; however, the transcription of some HSF target genes was more abundant in transgenic plants following two hours of heat stress treatment. In addition, those transgenic plants also had a higher basal thermotolerance, but not acquired thermotolerance. Collectively, the results of this study indicate that OsHSF7 might play an important role in the response to high temperature. Specifically, these findings indicate that OsHSF7 may be useful in the production of transgenic monocots that can over-express protective genes such as HSPs in response to heat stress, which will enable such plants to tolerate high temperatures.
The metabolic response of Labeo rohita to thermal acclimation was assessed. Advanced fingerlings of L. rohita (average weight $31{\pm}1.4g$) were acclimated to 31, 33 and $36^{\circ}C$ compared with ambient temperatures ($26^{\circ}C$) for 30 days and different enzymes associated with stress response were estimated. Glycolytic enzyme-Lactate dehydrogenase, (LDH, E.C.1.1.1.27), TCA cycle enzyme-Malate dehydrogenase (MDH, E.C.1.1.1.37), Protein metabolizing enzymes-Aspartate amino transferase (AST, E.C.2.6.1.1) and Alanine amino transferase (ALT, E.C.2.6.1.2) of liver, gill and muscle, Gluconeogenic enzymes-Fructose 1,6 Bi phosphatase (FBPase, E.C. 3.1.3.11) and Glucose 6 phosphatase (G6Pase, E.C. 3.1.3.9) of liver and kidney were significantly (p<0.05) different with increasing acclimation temperatures. Heat Shock Protein-70 (HSP-70) was expressed in increasing intensity at 31, 33 and $36^{\circ}C$ but was not expressed at $26^{\circ}C$. Results suggest that higher acclimation temperatures enhance metabolism and L. rohita maintains homeostasis between $26-36^{\circ}C$ via an acclimation episode. Such adaptation appears to be facilitated by resorting to gluconeogenic and glycogenolytic pathways for energy mobilization and induction of HSPs.
Objectives : In this study, we investigated the effects of Daehwangmokdanpitang-gagambang(DMG) on treatment for cholecystokinin-octapeptide(CCK)-induced acute pancreatitis(AP) in rats. Methods : Male Wistar rats weighing 200 to 250 g were divided into three groups. The first was normal untreated group, the second was in treatment with DMG group; DMG was administered orally, followed by 75 ${\mu}g/kg$ CCK subcutaneously three times, after 1, 3 and 5 h. This whole procedure was repeated for 5 days. The third was in treatment with saline group, the protocol was the same as in treatment group with DMG. We determined the pancreatic weight/body weight ratio, the levels of pancreatic HSP60, HSP72, ERK, p38 MAPK and the secretion of pro-inflammatory cytokines. Repeated CCK treatment resulted in the typical laboratory and morphological changes of experimentally induced pancreatitis. Results : DMG was significantly decreased the pancreatic weight/body weight ratio in CCKinduced AP and DMG increased HSP60 and HSP72 compared with CCK-induced AP. DMG suppressed ERK and p38 MAPK activation. Additionally, the secretion of $IL-1{\beta}$ and $TNF-{\alpha}$ and the levels of amylase and lipase were lower than that saline. Conclusions : DMG has an effect to treatment for CCK-induced AP.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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