Cancer cells are known to show increased rates of glycolysis metabolism. Based on this, PET studies using F-18-fluorodeoxyglucose have been used for the detection of primary and metastatic tumors. To account for this increased glucose uptake, a variety of mechanisms has been proposed. Glucose influx across the cell membrane is mediated by a family of structurally related proteins known as glucose transporters (Gluts). Among 6 isoforms of Gluts, Glut-1 and/or Glut-3 have been reported to show increased expression in various tumors. Increased level of Glut mRNA transcription is supposed to be the basic mechanism of Glut overexpression at the protein level. Some oncogens such as src or ras intensely stimulate Glut-1 by means of increased Glut-1 mRNA levels. Hexokinase activity is another important factor in glucose uptake in cancer cells. Especially hexokinase type II is considered to be involved in glycolysis of cancer cells. Much of the hexokinase of tumor cells is bound to outer membrane of mitochondria by the porin, a hexokinase receptor. Through this interaction, hexokinase may gain preferred access to ATP synthesized via oxidative phosphorylation in the inner mitochondria compartment. Other biologic factors such as tumor blood flow, blood volume, hypoxia, and infiltrating cells in tumor tissue are involved. Relative hypoxia may activate the anaerobic glycotytic pathway. Surrounding macrophages and newly formed granulation tissue in tumor showed greater glucose uptake than did viable cancer cells. To expand the application of FDG PET in oncology, it is important for nuclear medicine physicians to understand the related mechanisms of glucose uptake in cancer tissue.
A central dogma of pharmacology is that only unbound drug is capable of translocation across biological membrane. Thus, hepatic uptake is assumed to be solely determined by the unbound concentration of the diffusible moiety at the surface of the liver cell. However, an increasing number of experimental observations with xenobiotics that are normally very extensively bound to plasma proteins (>99%) appear to be inconsistent with these assumptions. This suggested that in addition to progressive spontaneous dissociation within the liver sinusoids and space of Disse, direct interactions of the albumin-drug complex at the plasma membrane may facilitate dissociation of the complex. To explain this phenomena. called albumin-mediated uptake, 4 mechanisms have been suggested. The validity of such hypotheses needs to be examined by the further study. Because albumin-mediated uptake has also been observed to occur in other plasma proteins, protein-mediated uptake rather than albumin-mediated uptake seems to be acceptable.
Objectives: Despite the pharmacological potential of the roots and stems of hemp based on literatures, active research has not been conducted for a long time. Comparative experiments were conducted on antioxidant and anti-inflammatory effects and improvement of glucose uptake using Cannabis root and stem extracts. Methods: Antioxidant contents in Cannabis root and stem extracts were examined with total phenolic, tannin, flavonoid assay. Anti-inflammatory properties were tested in lipopolysaccharides-treated RAW264.7 cells. Efficacy of Cannabis root and stem extracts on glucose uptake was investigated using fluorescent glucose analog (2-NBDG) in palmitate-treated HepG2 cells. The mechanism of action on metabolism was examined by western blot. Results: Antioxidant and anti-inflammatory efficacy were greater in stem extracts, but improvements in glucose uptake performed under various conditions were found to be greater in root extracts. It is assumed that Cannabis root extracts exhibited an improvement in glucose uptake through mechanisms such as AMP-activated protein kinase activation, not depending on general antioxidant and anti-inflammatory effects. Conclusions: Further research is needed on the mechanisms and substances that exhibit the anti-diabetic effects of Cannabis roots and stems.
Nanomaterials (NMs) find widespread use in different industries that range from agriculture, food, medicine, pharmaceuticals, and electronics to cosmetics. It is the exceptional properties of these materials at the nanoscale, which make them successful as growth promoters, drug carriers, catalysts, filters and fillers, but a price must be paid via the potential toxity of these materials. The harmful effects of nanoparticles (NPs) to environment, human and animal health needs to be investigated and critically examined, to find appropriate solutions and lower the risks involved in the manufacture and use of these exotic materials. The vast number and complex interaction of NM/NPs with different biological systems implies that there is no universal toxicity mechanism or assessment method. The various challenges need to be overcome and a number of research studies have been conducted during the past decade on different NMs to explore the possible mechanisms of uptake, concentrations/dosage and toxicity levels. This review article examines critically the recent reports in this field to summarize and present opportunities for safer design using case studies from published literature.
Potassium is a macronutrient that is crucial for healthy plant growth. Potassium availability, however, is often limited in agricultural fields and thus crop yields and quality are reduced. Therefore, improving the efficiency of potassium uptake and transport, as well as its utilization, in plants is important for agricultural sustainability. This review summarizes the current knowledge on the molecular mechanisms involved in potassium uptake and transport in plants, and the molecular response of plants to different levels of potassium availability. Based on this information, four strategies for improving potassium use efficiency in plants are proposed; 1) increased root volume, 2) increasing efficiency of potassium uptake from the soil and translocation in planta, 3) increasing mobility of potassium in soil, and 4) molecular breeding new varieties with greater potassium efficiency through marker assisted selection which will require identification and utilization of potassium associated quantitative trait loci.
The aim of present study was to characterize phosphate uptake and to investigate the mechanism for the insulin and insulin-like growth factor(IGF) stimulation of phosphate uptake in primary cultured rabbit renal proximal tubule cells. Results were as follows : 1. The primary cultured proximal tubule cells had accumulated $6.68{\pm}0.70$ nmole phosphate/mg protein in the presence of 140 mM NaCl and $2.07{\pm}0.17$ nmole phosphate/mg protein in the presence of 140 mM KCl during a 60 minute uptake period. Raising the concentration of extracellular phosphate to 100 mM$(48.33{\pm}1.76\;pmole/mg\;protein/min)$ induced decrease in phosphate uptake compared with that in control cells maintained in 1 mM phosphate$(190.66{\pm}13.01\;pmole/mg\;protein/min)$. Optimal phosphate uptake was observed at pH 6.5 in the presence of 140 mM NaCl. Phosphate uptake at pH 7.2 and pH 7.9 decreased to $83.06{\pm}5.75%\;and\;74.61{\pm}3.29%$ of that of pH 6.5, respectively. 2. Phosphate uptake was inhibited by iodoacetic acid(IAA) or valinomycin treatment $(62.41{\pm}4.40%\;and\;12.80{\pm}1.64%\;of\;that\;of\;control,\;respectively)$. When IAA and valinomycin were added together, phosphate uptake was inhibited to $8.04{\pm}0.61%$ of that of control. Phosphate uptake by the primary proximal tubule cells was significantly reduced by ouabain treatment$(80.27{\pm}6.96%\;of\;that\;of\;control)$. Inhibition of protein and/or RNA synthesis by either cycloheximide or actinomycin D markedly attenuated phosphate uptake. 3. Extracellular CAMP and phorbol 12-myristate 13 acetate(PMA) decreased phosphate uptake in a dose-dependent manner in all experimental conditions. Treatment of cells with pertussis toxin or cholera toxin inhibited phosphate uptake. cAMP concentration between $10^{-6}\;M\;and\;10^{-4}\;M$ significantly inhibited phosphate uptake. Phosphate uptake was blocked to about 25% of that of control at 100 ng/ml PMA. 3-Isobutyl-1-methyl-xanthine(IBMX) inhibited phosphate uptake. However, in the presence of IBMX, the inhibitory effect of exogenous cAMP was not significantly potentiated. Forskolin decreased phosphate transport. Acetylsalicylic acid did not inhibit phosphate uptake. The 1,2-dioctanoyl-sn-glycorol(DAG) and 1-oleoyl-2-acetyl-sn- glycerol(OAG) showed a inhibitory effect. However, staurosporine had no effect on phosphate uptake. When PMA and staurosporine were treated together, inhibition of phosphate uptake was not observed. In conclusion, phosphate uptake is stimulated by high sodium and low phosphate and pH 6.5 in the culture medium. Membrane potential and intracellular energy levels are also an important factor fer phosphate transport. Insulin and IGF-I stimulate phosphate uptake through a mechanisms that involve do novo protein and/or RNA synthesis and decrease of intracellular cAMP level. Also protein kinase C(PKC) is may play a regulatory role in transducing the insulin and IGF-I signal for phosphate transport in primary cultured proximal tubule cells.
Little is known concerning the mechanisms responsible for the transplacental transfer of thiamine. So, the aim of this work was to characterize the placental uptake of thiamine from the maternal circulation, by determining the characteristics of $^3H$-thiamine uptake by a human trophoblast cell line (BeWo). Uptake of $^3H$-thiamine (50-100 nM) by BeWo cells was: 1) temperature-dependent and energy-independent; 2) pH-dependent (uptake increased as the extracellular medium pH decreased); 3) $Na^+$-dependent and $Cl^-$-independent; 4) not inhibited by the thiamine structural analogs amprolium, oxythiamine and thiamine pyrophosphate; 5) inhibited by the unrelated organic cations guanidine, N-methylnicotinamide, tetraethylammonium, clonidine and cimetidine; 6) inhibited by the organic cation serotonin, and by two selective inhibitors of the serotonin plasmalemmal transporter (hSERT), fluoxetine and desipramine. We conclude that $^3H$-thiamine uptake by BeWo cells seems to occur through a process distinct from thiamine transporter-1 (hThTr-1) and thiamine transporter-2 (hThTr-2). Rather, it seems to involve hSERT. Moreover, chronic (48 h) exposure of cells to caffeine ($1\;{\mu}M$) stimulated and chronic exposure to xanthohumol and iso-xanthohumol (1 and $0.1\;{\mu}M$, respectively) inhibited $^3H$-thiamine uptake, these effects being not mediated through modulation of the expression levels of either hThTr-1 or hSERT mRNA.
In the progression of atherosclerosis, macrophages are the key immune cells for foam cell formation. During hyperlipidemic condition, phagocytic cells such as monocytes and macrophages uptake oxidized low-density lipoproteins (oxLDLs) accumulated in subintimal space, and lipid droplets are accumulated in their cytosols. In this review, we discussed the characteristics and phenotypic changes of macrophages in atherosclerosis and the effect of cytosolic lipid accumulation on macrophage phenotype. Due to macrophage plasticity, the inflammatory phenotypes triggered by oxLDL can be re-programmed by cytosolic lipid accumulation, showing downregulation of NF-κB activation followed by activation of anti-inflammatory genes, leading to tissue repair and homeostasis. We also discuss about various in vivo and in vitro models for atherosclerosis research and next generation sequencing technologies for foam cell gene expression profiling. Analysis of the phenotypic changes of macrophages during the progression of atherosclerosis with adequate approach may lead to exact understandings of the cellular mechanisms and hint therapeutic targets for the treatment of atherosclerosis.
Mitochondria are cellular organelles that perform various functions within cells. They are responsible for ATP production, cell-signal regulation, autophagy, and cell apoptosis. Because the mitochondrial proteins that perform these functions need Ca2+ ions for their activity, mitochondria have ion channels to selectively uptake Ca2+ ions from the cytoplasm. The ion channel known to play the most important role in the Ca2+ uptake in mitochondria is the mitochondrial calcium uniporter (MCU) holo-complex located in the inner mitochondrial membrane (IMM). This ion channel complex exists in the form of a complex consisting of the pore-forming protein through which the Ca2+ ions are transported into the mitochondrial matrix, and the auxiliary protein involved in regulating the activity of the Ca2+ uptake by the MCU holo-complex. Studies of this MCU holo-complex have long been conducted, but we didn't know in detail how mitochondria uptake Ca2+ ions through this ion channel complex or how the activity of this ion channel complex is regulated. Recently, the protein structure of the MCU holo-complex was identified, enabling the mechanism of Ca2+ uptake and its regulation by the MCU holo-complex to be confirmed. In this review, I will introduce the mechanism of action of the MCU holo-complex at the molecular level based on the Cryo-EM structure of the MCU holo-complex to help understand how mitochondria uptake the necessary Ca2+ ions through the MCU holo-complex and how these Ca2+ uptake mechanisms are regulated.
Cheong, Jae-Hoon;Tan, Tan Blendyl;Kim, Y.B.;Bannon, Bannon Desmond;Olivi, Olivi Luisa;Bressler, Bressler Joseph
Proceedings of the PSK Conference
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2003.10b
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pp.117.2-117.2
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2003
The mechanism by which lead enters glial cells was examined. The uptake of lead reached saturation when assays were performed in buffers at pH 5.5 and 7.4. The Vmax and Km was 2.7 pmoles/mg protein/min and 13.4 M in the buffer at pH 7.4, respectively, whereas the Vmax and Km was 329 fmoles/mg and 8.2 M in the buffer at pH 5.5, respectively. Uptake in a buffer at pH 5.5 but not at pH 7.4 was inhibited by iron. Cells treated with the iron chelator desferoxamine displayed higher levels of the divalent metal transporter mRNA and protein. (omitted)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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