Recent studies indicate that reactive oxygen species (ROS) can act as modulators of neuronal activity, and are critically involved in persistent pain primarily through spinal mechanisms. In this study, we investigated the effects of NaOCl, a ROS donor, on neuronal excitability and the intracellular calcium concentration ($[Ca^{2+}]_i$) in spinal substantia gelatinosa (SG) neurons. In current clamp conditions, the application of NaOCl caused a membrane depolarization, which was inhibited by pretreatment with phenyl-N-tert-buthylnitrone (PBN), a ROS scavenger. The NaOCl-induced depolarization was not blocked however by pretreatment with dithiothreitol, a sulfhydryl-reducing agent. Confocal scanning laser microscopy was used to confirm whether NaOCl increases the intracellular ROS level. ROS-induced fluorescence intensity was found to be increased during perfusion of NaOCl after the loading of 2',7'-dichlorofluorescin diacetate ($H_2DCF$-DA). NaOCl-induced depolarization was not blocked by pretreatment with external $Ca^{2+}$ free solution or by the addition of nifedifine. However, when slices were pretreated with the $Ca^{2+}$ ATPase inhibitor thapsigargin, NaOCl failed to induce membrane depolarization. In a calcium imaging technique using the $Ca^{2+}$-sensitive fluorescence dye fura-2, the $[Ca^{2+}]_i$ was found to be increased by NaOCl. These results indicate that NaOCl activates the excitability of SG neurons via the modulation of the intracellular calcium concentration, and suggest that ROS induces nociception through a central sensitization.
Alpha lipoic acid (ALA) is a biological membranes compound. As the antioxidant, it decreases the oxidized forms of other antioxidant substances such as vitamin C, vitamin E, and glutathione (GSH). To examine the effect of ALA on the in vitro maturation (IVM) of porcine oocytes, we investigated intracellular GSH and reactive oxygen species (ROS) levels, and subsequent embryonic development after parthenogenetic activation (PA). Intracellular GSH levels in oocytes treated with 50uM ALA increased significantly (P < 0.05) and exhibited a significant (P < 0.05) decrease in intracellular ROS levels compared with the control group. Oocytes matured with 50 uM of ALA during IVM displayed significantly higher cleavage rates (67.8% vs. 83.4%, respectively), and higher blastocyst formation rates and total cell number of blastocysts after PA (31.6%, 58.49 vs. 46.8%, 68.58, respectively) than the control group. In conclusion, these results suggest that treatment with ALA during IVM improves the cytoplasmic maturation of porcine oocytes by increasing the intracellular GSH levels, thereby decreasing the intracellular ROS levels and subsequent embryonic developmental potential of PA.
It is debatable whether AMP-activated protein kinase (AMPK) activation is involved in anti-apoptotic or pro-apoptotic signaling. AICAR treatment increases AMPK-${\alpha}1$ phosphorylation, decreases intracellular reactive oxygen species (ROS) levels, and significantly increases Annexin V-positive cells, DNA laddering, and caspase activity in human myeloid cell. AMPK activation is therefore implicated in apoptosis. However, AMPK-${\alpha}1$-knockdown THP-1 cells are more sensitive to apoptosis than control THP-1 cells are, suggesting that the apoptosis is AMPK-independent. Low doses of AICAR induce cell proliferation, whereas high doses of AICAR suppress cell proliferation. Moreover, these effects are significantly correlated with the downregulation of intracellular ROS, strongly suggesting that AICAR-induced apoptosis is critically associated with the inhibition of NADPH oxidase by AICAR. Collectively, our results demonstrate that in AICAR-induced apoptosis, intracellular ROS levels are far more relevant than AMPK activation.
Entamoeba histolytica is an enteric tissue-invasive protozoan parasite causing amoebic colitis and liver abscesses in humans. Amoebic contact with host cells activates intracellular signaling pathways that lead to host cell death via generation of caspase-3, calpain, Ca2+ elevation, and reactive oxygen species (ROS). We previously reported that various NADPH oxidases (NOXs) are responsible for ROS-dependent death of various host cells induced by amoeba. In the present study, we investigated the specific NOX isoform involved in ROS-dependent death of hepatocytes induced by amoebas. Co-incubation of hepatoma HepG2 cells with live amoebic trophozoites resulted in remarkably increased DNA fragmentation compared to cells incubated with medium alone. HepG2 cells that adhered to amoebic trophozoites showed strong dichlorodihydrofluorescein diacetate (DCF-DA) fluorescence, suggesting intracellular ROS accumulation within host cells stimulated by amoebic trophozoites. Pretreatment of HepG2 cells with the general NOX inhibitor DPI or NOX2-specific inhibitor GSK 2795039 reduced Entamoeba-induced ROS generation. Similarly, Entamoeba-induced LDH release from HepG2 cells was effectively inhibited by pretreatment with DPI or GSK 2795039. In NOX2-silenced HepG2 cells, Entamoeba-induced LDH release was also significantly inhibited compared with controls. Taken together, the results support an important role of NOX2-derived ROS in hepatocyte death induced by E. histolytica.
Objectives: Reactive oxygen species (ROS) have been implicated in the pathogenesis of a wide range of acute and longterm neurodegenerative diseases. This study was undertaken to examine whether Sunghyangchungisan(SHCS), a well-known prescription in Korean traditional medicine, might have beneficial effects on ROS-induced brain cell injury. Methods: Human neuroglioma cell line A172 and H2O2 were employed as an experimental model cell and oxidant. Results: SHCS effectively protected the cells against both the necrotic and apoptotic cell death induced by H2O2. The effect of SHCS was dose-dependent at concentrations ranging from 0.2 to 5mg/ml. SHCS significantly prevented depletion of cellular ATP and activation of poly (ADP-ribose) polymerase induced by H2O2. It also helped mitochondria to preserve its functional integrity estimated by MTT reduction ability. Furthermore, SHCS significantly prevented H202-induced release of cytochrome c into cytosol. Determination of intracellular ROS showed that SHCS might exert its role as a powerful scavenger of intracellular ROS. Conclusions: The present study provides clear evidence for the beneficial effect of SHCS on ROS-induced neuroglial cell injury. The action of SHCS as an ROS-scavenger might underlie the mechanism.
Cell migration plays a role in many physiological and pathological processes. Reactive oxygen species (ROS) produced in mammalian cells influence intracellular signaling processes which in turn regulate various biological activities. Here, we investigated whether melanoma cell migration could be controlled by ROS production under normoxia condition. Cell migration was measured by wound healing assay after scratching confluent monolayer of B16F10 mouse melanoma cells. Cell migration was enhanced over 12 h after scratching cells. In addition, we found that ROS production was increased by scratching cells. ERK phosphorylation was also increased by scratching cells but it was decreased by the treatment with ROS scavengers, N-acetylcysteine (NAC). Tumor cell migration was inhibited by the treatment with PD98059, ERK inhibitor, NAC or DPI, well-known ROS scavengers. Tumor cell growth as judged by succinate dehydrogenase activity was inhibited by NAC treatment. When mice were intraperitoneally administered with NAC, the intracellular ROS production was reduced in peripheral blood mononuclear cells. In addition, B16F10 tumor growth was significantly inhibited by in vivo treatment with NAC. Collectively, these findings suggest that tumor cell migration and growth could be controlled by ROS production and its downstream signaling pathways, in vitro and in vivo.
Tamoxifen, an antiestrogen, has previously been shown to induce apoptosis in HepG2 human hepatoblastoma cells through activation of the pathways independent of estrogen receptors, i.e., intracellular $Ca^{2+}$ increase and generation of reactive oxygen species (ROS). However, the mechanism of tamoxifen to link increased intracellular $Ca^{2+}$ to ROS generation is currently unknown. Thus, in this study we investigated the possible involvement of calmodulin, a $Ca^{2+}$ activated protein, and $Ca^{2+}$/calmodulin-dependent protein kinase II in the above tamoxifen-induced events. Treatment with calmodulin antagonists (calmidazolium and trifluoroperazine) or specific inhibitors of $Ca^{2+}$/calmodulin-dependent protein kinase II (KN-93 and KN-62) inhibited the tamoxifen-induced apoptosis in a dose-dependent manner. In addition, these agents blocked the tamoxifen-induced ROS generation in a concentration-dependent fashion, which was completely suppressed by intracellular $Ca^{2+}$ chelation. These results demonstrate for the first time that, despite of its well-known direct calmodulin-inhibitory activity, tamoxifen may generate ROS and induce apoptosis through indirect activation of calmodulin and $Ca^{2+}$/calmodulin-dependent protein kinase II in HepG2 cells.
Lysophosphatidylcholine (LPC) is a major phospholipid component of oxidized low-density lipoprotein (ox-LDL) and is implicated in its atherogenic activity. This study investigated the effects of LPC on cell viability, intracellular calcium homeostasis, and the protective mechanisms of chlorogenic acid (CGA) in human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). LPC increased intracellular calcium ($[Ca^{2+}]_i$) by releasing $Ca^{2+}$ from intracellular stores and via $Ca^{2+}$ influx through store-operated channels (SOCs). LPC also increased the generation of reactive oxygen species (ROS) and decreased cell viability. The mRNA expression of Transient receptor potential canonical (TRPC) channel 1 was increased significantly by LPC treatment and suppressed by CGA. CGA inhibited LPC-induced $Ca^{2+}$ influx and ROS generation, and restored cell viability. These results suggested that CGA inhibits SOC-mediated $Ca^{2+}$ influx and ROS generation by attenuating TRPC1 expression in LPC-treated HUVECs. Therefore, CGA might protect endothelial cells against LPC injury, thereby inhibiting atherosclerosis.
Reactive oxygen species (ROS) are toxic agents that may be involved in various neurodegenerative diseases. Recent studies indicate that ROS can act as modulators of neuronal activity, and are critically involved in persistent pain primarily through spinal mechanisms. In the present study, whole cell patch clamp recordings were carried out to investigate the effects of tert-buthyl hydroperoxide (t-BuOOH), an ROS, on neuronal excitability and the mechanisms underlying changes of membrane excitability. In current clamp condition, application of t-BuOOH caused a reversible membrane depolarization and firing activity in substantia gelatinosa (SG) neurons. When slices were pretreated with phenyl-N-tert-buthylnitrone (PBN) and ascorbate, ROS scavengers, t-BuOOH failed to induce membrane depolarization. However, isoascorbate did not prevent t-BuOOH-induced depolarization, suggesting that the site of ROS action is intracellular. The t-BuOOH-induced depolarization was not blocked by pretreatment with dithiothreitol (DTT), a sulfhydryl-reducing agent. The membrane-impermeant thiol oxidant 5,5-dithiobis 2-nitrobenzoic acid (DTNB) failed to induce membrane depolarization, suggesting that the changes of neuronal excitability by t-BuOOH are not caused by the modification of extrathiol group. The t-BuOOH-induced depolarization was suppressed by the phospholipase C (PLC) blocker U-73122 and inositol triphosphate ($IP_3$) receptor antagonist 2-aminoethoxydiphenylbolate (APB), and after depletion of intracellular $Ca^{2+}$ pool by thapsigargin. These data suggest that ROS generated by peripheral nerve injury can induce central sensitization in spinal cord, and t-BuOOH-induced depolarization may be regulated by intracellular $Ca^{2+}$ store mainly via $PLC-IP_3$ pathway.
Ma, Eunsook;Jeong, Seon-Ju;Choi, Joon-Seok;Nguyen, Thi Ha;Jeong, Chul-Ho;Joo, Sang Hoon
Biomolecules & Therapeutics
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제27권1호
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pp.48-53
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2019
Reactive oxygen species (ROS) are widely generated in biological processes such as normal metabolism and response to xenobiotic exposure. While ROS can be beneficial or harmful to cells and tissues, generation of ROS by diverse anti-cancer drugs or phytochemicals plays an important role in the induction of apoptosis. We recently identified a derivative of naphthalene, MS-5, that induces apoptosis of an ovarian cell, CAOV-3. Interestingly, MS-5 induced apoptosis by down-regulating the ROS. Cell viability was evaluated by water-soluble tetrazolium salt (WST-1) assay. Apoptosis was evaluated by flow cytometry analysis. Intracellular ROS ($H_2O_2$), mitochondrial superoxide, mitochondrial membrane potential (MMP) and effect on cycle were determined by flow cytometry. Protein expression was assessed by western blotting. The level of ATP was measured using ATP Colorimetric/Fluorometric Assay kit. MS-5 inhibited growth of ovarian cancer cell lines, CAOV-3, in a concentration- and time-dependent manner. MS-5 also induced G1 cell cycle arrest in CAOV-3 cells, while MS-5 decreased intracellular ROS generation. In addition, cells treated with MS-5 showed the decrease in MMP and ATP production. In this study, we found that treatment with MS-5 in CAOV-3 cells induced apoptosis but decreased ROS level. We suspect that MS-5 might interfere with the minimum requirements of ROS for survival. These perturbations appear to be concentration-dependent, suggesting that MS-5 may induce apoptosis by interfering with ROS generation. We propose that MS-5 may be a potent therapeutic agent for inducing apoptosis in ovarian cancer cell through regulation of ROS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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