Receptor-interacting protein kinase 1 (RIPK1) and RIPK3 are members of the serine or threonine protein kinase superfamily that phosphorylates the hydroxyl group of serine or threonine through the highly conserved kinase region. The RIPK family plays a crucial role not only in inflammation and innate immunity, but also in mediating programmed cell death, such as apoptosis and necroptosis. The interaction between RIPK1 and other TNFR1-related proteins has been shown to assemble a signaling complex I that controls activation of the pro-survival transcription factor NF-κB upon binding of cytokines to TNF receptor 1 (TNFR1). Moreover, RIPK1 and RIPK3 interact through their RIP homotypic interaction motifs (RHIMs) to mediate programmed necrosis, which has long been considered an accidental and uncontrolled cell death form with morphological characteristics differing from those of apoptosis. Highly conserved sequences of RHIM in RIPK1 and RIPK3 were shown to regulate their binary interaction, leading to assembly of a cytosolic amyloid complex termed the “necrosome”. The necrosome also contains mixed lineage kinase domain-like protein (MLKL), which has been found recently to be a substrate of RIPK3 to mediate downstream signaling. This review provides an overview of the functional and physiological characteristics of RIPKs and MLKL in TNF signaling.
Programmed cell death is a basic cellular process that is critical to maintaining tissue homeostasis. In contrast to apoptosis, necrosis was previously regarded as an unregulated and uncontrollable process. However, as research has progressed, necrosis, also known as necroptosis or programmed necrosis, is drawing increasing attention, not least becasu of its possible impications for cancer research. Necroptosis exhibits a unique signaling pathway that requires the involvement of receptor interaction protein kinases 1 and 3 (RIP1 and RIP3), mixed lineage kinase domain-like (MLKL), and phosphoglycerate mutase 5 (PGAM5) and can be specifically inhibited by necrostatins. Not only does necroptosis serve as a backup cell death program when apoptosis is inhibited, but it is now recognized to play a pivotal role in regulating various physiological processes and the pathogenesis of a variety of human diseases such as ischemic brain injury, immune system disorders and cancer. The control of necroptosis by various defined trigger factors and signaling pathways now offers the opportunity to target this cellular process for therapeutic purposes. The purpose of this paper is to review current findings concerning the connections between various trigger factors and the RIP1/RIP3 signaling pathway as it relates to necroptosis.
Glioblastoma is one of the highly aggressive central nervous system tumors and it is difficult to treat owing its anatomical location. Peptides are novel class of drugs which has the potential to cross the blood brain barrier and exerts its anti-tumor activity. Here, we discovered a novel peptide from abalone (Haliotis discus hannai) next generation sequencing (NGS) data and tested its anticancer effect on glioblastoma cell line SNU-489. The anticancer activity was measured using a cytotoxicity assay in a time and dose-dependent manner. A concentration and time dependent increase in the cytotoxicity was seen in cells treated with the novel peptide. The highest cytotoxicity rate of about 67% was observed in SNU-489 cells treated with 200 µM peptide for 48 hrs. However, the cytotoxic effect was not or less observed in a normal skin cell line HaCaT at similar concentration, thus, evident of peptide's cell specific anticancer activity. In addition, the gene expression level of necroptosis-related genes was analyzed by qRT-PCR to elucidate the anticancer mechanism of the novel peptide. RIPK3 expression was significantly increased by 9.6-fold in 200 µM of novel peptide treatment group, and MLKL expression level was significantly elevated by 2-fold in 100 µM treated group compared to the control group. Therefore, this study confirmed that the novel abalone-derived peptide has anticancer potency, and it causes cancer cell death through the necroptosis mechanism. Collectively, these results suggest that the novel peptide could be candidate anticancer agent for the treatment of glioblastoma in the future.
Su Hwan Lee;Ju Hye Shin;Min Woo Park;Junhyung Kim;Kyung Soo Chung;Sungwon Na;Ji-Hwan Ryu;Jin Hwa Lee;Moo Suk Park;Young Sam Kim;Jong-Seok Moon
IMMUNE NETWORK
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v.22
no.2
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pp.18.1-18.15
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2022
Dysfunction of mitochondrial metabolism is implicated in cellular injury and cell death. While mitochondrial dysfunction is associated with lung injury by lung inflammation, the mechanism by which the impairment of mitochondrial ATP synthesis regulates necroptosis during acute lung injury (ALI) by lung inflammation is unclear. Here, we showed that the impairment of mitochondrial ATP synthesis induces receptor interacting serine/threonine kinase 3 (RIPK3)-dependent necroptosis during lung injury by lung inflammation. We found that the impairment of mitochondrial ATP synthesis by oligomycin, an inhibitor of ATP synthase, resulted in increased lung injury and RIPK3 levels in lung tissues during lung inflammation by LPS in mice. The elevated RIPK3 and RIPK3 phosphorylation levels by oligomycin resulted in high mixed lineage kinase domain-like (MLKL) phosphorylation, the terminal molecule in necroptotic cell death pathway, in lung epithelial cells during lung inflammation. Moreover, the levels of protein in bronchoalveolar lavage fluid (BALF) were increased by the activation of necroptosis via oligomycin during lung inflammation. Furthermore, the levels of ATP5A, a catalytic subunit of the mitochondrial ATP synthase complex for ATP synthesis, were reduced in lung epithelial cells of lung tissues from patients with acute respiratory distress syndrome (ARDS), the most severe form of ALI. The levels of RIPK3, RIPK3 phosphorylation and MLKL phosphorylation were elevated in lung epithelial cells in patients with ARDS. Our results suggest that the impairment of mitochondrial ATP synthesis induces RIPK3-dependent necroptosis in lung epithelial cells during lung injury by lung inflammation.
Park, Han-Hee;Morgan, Michael J.;Kang, Ho Chul;Kim, You-Sun
BMB Reports
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v.51
no.10
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pp.484-485
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2018
Receptor-interacting protein kinase-3 (RIP3 or RIPK3) is a serine-threonine kinase largely essential for necroptotic cell death; it also plays a role in some inflammatory diseases. High levels of RIP3 are likely sufficient to activate necroptotic and inflammatory pathways downstream of RIP3 in the absence of an upstream stimulus. For example, we have previously detected high levels or RIP3 in the skin of Toxic Epidermal Necrolysis patients; this correlates with increased phosphorylation of MLKL found in these patients. We have long surmised that there are molecular mechanisms to prevent anomalous activity of the RIP3 protein, and so prevent undesirable cell death and inflammatory effects when inappropriately activated. Recent discovery that Carboxyl terminus of Hsp 70-Interacting Protein (CHIP) could mediate ubiquitylation- and lysosome-dependent RIP3 degradation provides a potential protein that has this capacity. However, while screening for RIP3-binding proteins, we discovered that pellino E3 ubiquitin protein ligase 1 (PELI1) also interacts directly with RIP3 protein; further investigation in this study revealed that PELI1 also targets RIP3 for proteasome-dependent degradation. Interestingly, unlike CHIP, which targets RIP3 more generally, PELI1 preferentially targets kinase active RIP3 that has been phosphorylated on T182, subsequently leading to RIP3 degradation.
Limei Wang;Haijing Yan;Xiaomeng Chen;Lin Han;Guibo Liu;Hua Yang;Danli Lu;Wenting Liu;Chengye Che
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.33
no.1
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pp.43-50
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2023
Fungal keratitis is a refractory kind of keratopathy. We attempted to investigate the antiinflammatory role of thymol on Aspergillus fumigatus (A. fumigatus) keratitis. Wound healing and fluorescein staining of the cornea were applied to verify thymol's safety. Mice models of A. fumigatus keratitis underwent subconjunctival injection of thymol. The anti-inflammatory roles of thymol were verified by hematoxylin-eosin (HE) staining, slit lamp observation, quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR), and Western blotting. In contrast with the DMSO group, more transparent corneas and less inflammatory cells infiltration were detected in mice treated with 50 ㎍/ml thymol. Thymol downregulated the synthesis of TLR4, MyD88, NF-kB, IL-1β, NLRP3, caspase 1, caspase 8, GSDMD, RIPK3 and MLKL. In summary, we proved that thymol played a protective part in A. fumigatus keratitis by cutting down inflammatory cells aggregation, downregulating the TLR4/ MyD88/ NF-kB/ IL-1β signal expression and reducing necroptosis and pyroptosis.
Necroptosis, also known as "programmed necrosis", has emerged as a critical factor in a variety of pathological and physiological processes and is considered a cell type-specific tightly regulated process with mechanisms that may vary rather greatly due to the change of cell line. Here we used HT-29, a human colon cancer cell line, to establish a necroptosis model and elucidate associated mechanisms. We discovered that cobalt chloride, a reagent that could induce hypoxia-inducible $factor-1{\alpha}(HIF1{\alpha})$ expression and therefore mimic the hypoxic microenvironment of tumor tissue in some aspects induces necroptosis in HT-29 cells when caspase activity is compromised. On the other hand, apoptosis appears to be the predominant death form when caspases are functioning normally. HT-29 cells demonstrated significantly increased RIPK1, RIPK3 and MLKL expression in response to cobalt chloride plus z-VAD treatment, which was accompanied by drastically increased $IL1{\alpha}$ and IL6 expression, substantiating the notion that necrosis can induce profound immune reactions. The RIPK1 kinase inhibitor necrostatin-1 and the ROS scavenger NAC each could prevent necrosis in HT-29 cells and the efficiency was enhanced by combined treatment. Thus by building up a necroptosis model in human colon cancer cells, we uncovered that mechanically RIP kinases collaborate with ROS during necrosis promoted by cobalt chloride plus z-VAD, which leads to inflammation. Necroptosis may present a new target for therapeutic intervention in cancer cells that are resistant to apoptotic cell death.
Apigenin, a naturally occurring flavonoid, is known to exhibit significant anticancer activity. This study was designed to determine the effects of apigenin on two malignant mesothelioma cell lines, MSTO-211H and H2452, and to explore the underlying mechanism(s). Apigenin significantly inhibited cell viability with a concomitant increase in intracellular reactive oxygen species (ROS) and caused the loss of mitochondrial membrane potential (ΔΨm), and ATP depletion, resulting in apoptosis and necroptosis in monolayer cell culture. Apigenin upregulated DNA damage response proteins, including the DNA double strand break marker phospho (p)-histone H2A.X. and caused a transition delay at the G2/M phase of cell cycle. Western blot analysis showed that apigenin treatment upregulated protein levels of cleaved caspase-3, cleaved PARP, p-MLKL, and p-RIP3 along with an increased Bax/Bcl-2 ratio. ATP supplementation restored cell viability and levels of DNA damage-, apoptosisand necroptosis-related proteins that apigenin caused. In addition, N-acetylcysteine reduced ROS production and improved ΔΨm loss and cell death that were caused by apigenin. In a 3D spheroid culture model, ROS-dependent necroptosis was found to be a mechanism involved in the anti-cancer activity of apigenin against malignant mesothelioma cells. Taken together, our findings suggest that apigenin can induce ROS-dependent necroptotic cell death due to ATP depletion through mitochondrial dysfunction. This study provides us a possible mechanism underlying why apigenin could be used as a therapeutic candidate for treating malignant mesothelioma.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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