Nitric oxide (NO) donors are a potent inducer of heme oxygenase-1 (HO-1). However, it is unclear whether or not HO-1 expression induced by NO donors is a direct consequence of NO released by NO donors. Here, we investigated the effects of NO donors on the expression of HO-1 in primary rat articular chondrocytes. NO donors (SIN-1, SNAP, and SNP) significantly induced the accumulation of HO-1 protein accompanied by an increase in HO-1 mRNA. NO donor-induced HO-1 expression exerted cytoprotection against NO and/or superoxide-induced cell death. Guanylate cyclase signaling was not associated with Nrf2 and HO-1 expression in NO donor-treated chondrocytes. Interestingly, NO scavenger carboxy-PTIO and SOD mimetic TEMPOL markedly inhibited NO donor-induced HO-1 expression in chondrocytes. In addition, NO donor-induced HO-1 expression was completely abrogated by the peroxynitrite scavenger MnTBAP. Since peroxynitrite can be physiologcally formed in the cell through reaction of NO with superoxide, we analyzed whether or not peroxynitrite could directly induce HO-1 expression in chondrocytes. Peroxynitrite treatment in chondrocytes evoked doseand time-dependent Nrf2 and HO-1 expression. These results indicate that HO-1 expression induced by NO donors in rat articular chondrocytes is due to NO-mediated peroxynitrite rather than NO.
Background: Heme oxygenase-1 (HO-1) is known to modulates the cellular functions, including cell proliferation and apoptosis. It is known that a high level of HO-1 expression is found in many tumors, and HO-1 plays an important role in rapid tumor growth on account of its antioxidant and antiapoptotic effects. Cisplatin is a widely used anti-cancer agent for the treatment of lung cancer. However, the development of resistance to cisplatin is a major obstacle to its use in clinical treatment. We previously demonstrated that inhibiting HO-1 expression through the transcriptional activation of Nrf2 induces apoptosis in A549 cells. The aim of this study was to determine of the inhibiting HO-1 enhance the chemosensitivity of A549 cells to cisplatin. Materials and Methods: The human lung cancer cell line, A549, was treated cisplatin, and the cell viability was measured by a MTT assay. The change in HO-1, Nrf2, and MAPK expression after the cisplatin treatment was examined by Western blotting. HO-1 inhibition was suppressed by ZnPP, which is a specific pharmacologic inhibitor of HO activity, and small interfering RNA (siRNA). Flow cytometry analysis and Western blot were performed in to determine the level of apoptosis. The level of hydrogen peroxide ($H_2O_2$) generation was monitored fluoimetrically using 2',7'-dichlorofluorescein diacetate. Results: The A549 cells showed more resistance to the cisplatin treatment than the other cell lines examined, whereas cisplatin increased the expression of HO-1 and Nrf2, as well as the phosphorylation of MAPK in a time-dependent fashion. Inhibitors of the MAPK pathway blocked the induction of HO-1 and Nrf2 by the cisplatin treatment in A549 cells. In addition, the cisplatin-treated A549 cells transfected with dither the HO-1 small interfering RNA (siRNA) or ZnPP, specific HO-1 inhibitor, showed in a more significantly decrease in viability than the cisplatin-only-treated group. The combination treatment of ZnPP and cisplatin caused in a marked increase in the ROS generation and a decrease in the HO-1 expression. Conclusion: Cisplatin increases the expression of HO-1, probably through the MAPK-Nrf2 pathway, and the inhibition of HO-1 enhances the chemosensitivity of A549 cells to cisplatin.
Paraquat, a widely used herbicide, has been suggested as a potential risk factor for Parkinson's disease. Heme oxygenase-1(HO-1), a marker for oxidative stress and endoplasmic reticulum(ER) stress, is known to catalyze heme to biliverdin, carbon monoxide and free iron in response to various stimuli. Here we show that paraquat activates HO-1 expression in a time-and dose-dependent manner in substantia nigra(SN) dopaminergic neuronal cells. Activation of Ho-1 by paraquat was regulated primarily at the level of gene transcription. Deletion analysis of the promoter and the 5' distal enhancers, E1 and E2, of the HO-1 gene revealed that the E2 enhancer is a potent inducer of the paraquat-dependent Ho-1 gene expression in dopamninergic neuronal cells. Mutational analysis of the E2 enhacer further demonstrated that the transcription factor activator protein-1(AP-1) plays an important role in mediating paraquat-induced HO-1 gene transcription. Moreover, using specific inhibitors of the mitogen-activated protein kinases(MAPKs), we investigated the role of paraquat and MAPKs for HO-1 gene regulation in dopaminergic cells. The c-Jun N-terminal kinase(JNK) inhibitor SP600125 significantly suppressed the expression of HO-1 by paraquat. All these results demonstrate that induction of HO-1 by paraquat requies the activation of the AP-1 and JNK pathway.
The induction of heme oxygenase-1(HO-1) by UV radiation provides a protective defence against oxidative stress, and has been well demonstrated in skin irradiated with UVA, but not UVB. In this study, we show that the induction of cutaneous HO-l can be attributed to UVB radiation. The expression of HO-1 mRNA was assessed in vivo by reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) analysis, and HO-1 enzyme activity was measured in microsomal preparation from irradiated mice. The mRNA level of HO-1 increases in liver and skin from 1d to 3d after UVB $(3KJ/m^2)$ exposure. The results of gene expression were same pattern of HO-1 enzyme activity in skin, but not in liver. HO-1 mRNA in liver resulted in a progressive increase to 4d after UVB exposure, but HO-1 activity in liver increased to 2d. This finding indicates that UVB radiation is an important inducer of HO-1 and increases in HO activity may protect tissue directly or indirectly from oxidative stress.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.22
no.4
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pp.871-877
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2008
Heme oxygenase-1 (HO-1), an inducible heme-degrading enzyme, is expressed by macrophages and endothelial cells in response to various stresses and mediators of inflammation. HO-1 has been recently implicated in regulation of angiogenesis via expression of VEGF. The purpose of this study was to determine the effects of HO-1 modulation on the collagen-induced arthritis (CIA) model and on angiogenesis via up- regulation of VEGF expression in human synovial fibroblast. DBA/1J mice were treated with an inhibitor of HO-1, tin protoporphyrin IX (SnPP), or with an inducer of HO-1, cobalt protoporphyrin IX (CoPP), from day 1 to day 35 after CIA induction. The clinical evolution of disease was monitored visually. At the end of the experiment, histopathologic changes were examined on the joints. VEGF expression in paws were measured by immunohistochemical stain. mRNA expression of HO-1 and VEGF stimulated with various concentration of $TNF-{\alpha}$, CoPP accessed on human synovial fibroblast by RT-PCR. Effects of pretreatment with SnPP on mRNA expression of HO-1 and VEGF in the presence of CoPP and $TNF-{\alpha}$ in synovial fibroblast was accessed by Real-time RT-PCR. Administration of cobalt protoporphyrin IX significantly induced the inflammatory response, with increased arthritis index and expression of VEGF in the paws of the arthritis models. Treatment with SnPP significantly reduced the severity of CIA through inhibition of joint inflammation and cartilage destruction. The expression of VEGF were also significantly reduced by SnPP treatment in the paw. CoPPIX as inducer of HO-1, increased HO-1 and VEGF expression dose dependently in synovial fibroblast. In contrast, inhibition of HO-1 activity by SnPPIX abrogated CoPPIX-induced HO-1 and VEGF production in synovial fibroblast. Stimulation with $TNF-{\alpha}$ increased HO-1 and VEGF expression itself and showed additive effect on HO-1 and VEGF expression when it treated with CoPP. When SnPP was treated with CoPP and $TNF-{\alpha}$, it abrogated the CoPP induced HO-1 and VEGF expression and also abrogated $TNF-{\alpha}$ induced HO-1 and VEGF expression in synovial fibroblast. The effects of HO-1 induction in rheumatoid arthritis results in aggravation of arthritis via up-regulation of VEGF. I concluded that inhibition of the expression or activity of HO-1 could be a therapeutic target of rheumatoid arthritis.
Diallyl disulfide (DADS), the most prevalent oil-soluble organosulfur compound in garlic, is known to have diverse biological activities, including anticarcinogenic, antiatherosclerotic, antiinflammatory, and antioxidant actions. In this study, we investigated the effect of DADS on the expression of heme oxygenase-1 (HO-1) in human liver hepatoma cell line HepG2. Treatment of HepG2 cells by DADS evoked a dose-dependent growth inhibition without significant toxicity to the cells, and also induced the expression of transcription factor Nrf2. However, DADS did not have any enhancing effect on transcription and translation of HO-1 expression in HepG2 cells. In addition, DADS efficiently blocked protein synthesis of HO-1 in HepG2 cells stimulated by CoPP or hemin. But, DADS did not decrease the content of transcripts of HO-1 gene stimulated by CoPP, with accumulation of Nrf2 and small Maf in the nucleus. Based on these results, we conclude that DADS inhibits HO-1 expression by modulation of translational level of CoPP or hemin-induced HO-1 expression in HepG2 cells.
The mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway controls intestinal epithelial barrier permeability by regulating tight junctions (TJs) and epithelial cells damage. Heme oxygenase-1 (HO-1) and carbon monoxide (CO) protect the intestinal epithelial barrier function, but the molecular mechanism is not yet clarified. MAPK activation and barrier permeability were studied using monolayers of Caco-2 cells treated with tissue necrosis factor α (TNF-α) transfected with FUGW-HO-1 or pLKO.1-sh-HO-1 plasmid. Intestinal mucosal barrier permeability and MAPK activation were also investigated using carbon tetrachloride (CCl4) administration with CoPP (a HO-1 inducer), ZnPP (a HO-1 inhibitor), CO releasing molecule 2 (CORM-2), or inactived-CORM-2-treated wild-type mice and mice with HO-1 deficiency in intestinal epithelial cells. TNF-α increased epithelial TJ disruption and cleaved caspase-3 expression, induced ERK, p38, and JNK phosphorylation. In addition, HO-1 blocked TNF-α-induced increase in epithelial TJs disruption, cleaved caspase-3 expression, as well as ERK, p38, and JNK phosphorylation in an HO-1-dependent manner. CoPP and CORM-2 directly ameliorated intestinal mucosal injury, attenuated TJ disruption and cleaved caspase-3 expression, and inhibited epithelial ERK, p38, and JNK phosphorylation after chronic CCl4 injection. Conversely, ZnPP completely reversed these effects. Furthermore, mice with intestinal epithelial HO-1 deficient exhibited a robust increase in mucosal TJs disruption, cleaved caspase-3 expression, and MAPKs activation as compared to the control group mice. These data demonstrated that HO-1-dependent MAPK signaling inhibition preserves the intestinal mucosal barrier integrity by abrogating TJ dysregulation and epithelial cell damage. The differential targeting of gut HO-1-MAPK axis leads to improved intestinal disease therapy.
Background : Heme oxygenase-1 (HO-1) is an inducible enzyme that catalyzes the oxidative degradation of heme to form biliverdin, carbon monoxide (CO), and free iron. The current evidence has indicated a critical role of HO-1 in cytoprotection and also in other, more diverse biological functions. It is known that the high expression of HO-1 occurs in various tumors, and that HO-1 has an important role in rapid tumor growth because of its antioxidative and antiapoptotic effects. Therefore, the role of HO-1 was analyzed in human lung cancer cell lines, and especially in the A549 cell line. Material and Methods : Human lung cancer cell lines, i.e., A549, NCI-H23, NCI-H157 and NCI-H460, were used for this study. The expression of HO-1 in the untreated state was defined by Western blotting. ZnPP, which is the specific HO inhibitor we used, and the viability of cells were tested for by conducting MTT assaysy. The HO enzymatic activity, as determined via the bilirubin level, was also indirectly measured. Moreover, the generation of intracellular hydrogen peroxide (H2O2) was monitored fluorimetrically with using a scopoletin-horse radish peroxidase (HRP) assay and 2',7'-dichlorofluorescein diacetate (DCFH-DA). We have also transfected small HO-1 interfering RNA (siRNA) into A549 cells, and the apoptotic effects were evaluated by flow cytometric analysis and Western blotting. Results : The A549 cells had a greater expression of HO-1 than the other cell lines, whereas ZnPP significantly decreased the viability of the A549 cells more than the viability of the other lung cancer cells in a dose-dependant fashion. Consistent with the viability, the HO enzymatic activity also was decreased. Moreover, intracellular H2O2 generation via ZnPP was induced in a dose-dependent manner. Apoptotic events were, then induced in the HO-1 siRNA transfected A549 cells. Conclusion : HO-1 provides new important insights into the possible molecular mechanism of the antitumor therapy in lung cancer.
Chen, Cong;Li, Wei Zhong;Song, Yong Chen;Weng, Lin Dong;Zhang, Ning
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.33
no.7
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pp.2238-2246
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2012
Molecular dynamics simulations have been performed to investigate hydrogen bonding characteristics of hydroxyl groups in glucose aqueous solutions with different concentrations. The hydrogen bonding abilities and strength of different O and H atom types have been calculated and compared. The acceptor/donor efficiencies have been predicted and it has been found that: (1) O2-HO2 and O3-HO3 are more efficient intramolecular hydrogen bonding acceptors than donors; (2) O1-HO1, O4-HO4 and O6-HO6 are more efficient intramolecular hydrogen bonding donors than acceptors; (5) O1-HO1 and O6-HO6 are more efficient intermolecular hydrogen bonding acceptors than donors while hydroxyl groups O2-HO2 and O4-HO4 are more efficient intermolecular hydrogen bonding donors than acceptors. The hydrogen bonding abilities of hydroxyl groups revealed that: (1) the hydrogen bonding ability of OH2-$H_w$ is larger than that of hydroxyl groups in glucose; (2) among the hydroxyl groups in glucose, the hydrogen bonding ability of O6-HO6 is the largest and the hydrogen bonding ability of O4-HO4 is the smallest; (3) the intermolecular hydrogen bonding ability of O6-HO6 is the largest; (4) the order for intramolecular hydrogen bonding abilities (from large to small) is O2-HO2, O1-HO1, O3-HO3, O6-HO6 and O4-HO4.
The present review investigates the role of the cytoprotective enzyme heme oxygenase-1 (HO-1) in human diseases and explores strategies for its clinical use. In recent years, there has been a growing evidence, for the beneficial effects of some phytoconstituents via induction of HO-1 expression, contained in commonly used spices, fruits, and herbs, in preventing various pathologic conditions, including cancer, diabetes, and cardiovascular diseases. HO-1 catalyzes the rate-limiting step in heme catabolism to generate ferrous iron, carbon monoxide, and biliverdin. HO-1 is reported to play crucial roles in cellular protection, such as anti-inflammatory, anti-proliferative and anti-apoptotic effects. These evidences indicate that HO-1 may functions as a potential therapeutic target in various human diseases. The article highlights the current status of the development of the HO-1 modulation pathway using dietary phytoconstituents.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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