Background: Telbivudine is a nucleoside analogue used for the treatment of chronic hepatitis B, but it often develops mitochondrial toxicity leading to symptomatic myopathy. In this study, three patients with telbivudine induced myopathy were enrolled in order to investigate the nature and pathogenesis of mitochondrial toxicity caused by long-term use of telbivudine. Methods: Clinical features, laboratory findings, muscle pathology, and quantitation of mitochondrial DNA were studied in three patients. Results: Patients presented with progressive muscle weakness with high serum creatine kinase levels. Light microscopic findings of muscle pathology showed ragged red fibers that reacted strongly with succinate dehydrogenase stain, but negative for cytochrome c oxidase activities. Electron microscopy revealed abnormal mitochondrial accumulation with rod shaped inclusions. The quantitative peroxidase chain reaction showed a depletion of mitochondrial DNA in skeletal muscle of the patients. Conclusions: Nucleoside analogues including telbivudine are potent inhibitors of viral DNA polymerases. However, they are not specific for viral DNA and can disturb mitochondrial replication at the same time. All nucleotide analogues should be used with close clinical observation in order to avoid development of mitochondrial myopathy.
Uncoupling proteins (UCPs) are mitochondrial inner membrane proteins that function to dissipate proton motive force and mitochondrial membrane potential. One UCP has been identified in Caenorhabditis elegans (C. elegans), namely UCP-4. In this study, we examined its expression and localization using a GFP marker in C. elegans. ucp-4 was expressed throughout the body from early embryo to aged adult and UCP-4 was localized in the mitochondria. It is known that increased mitochondrial membrane protential leads to a reactive oxygen species (ROS) increase, which is associated with age-related diseases, including neurodegenerative diseases in humans. A ucp-4 mutant showed increased mitochondrial membrane protential in association with increased neuronal defects during aging, and the neurons of ucp-4 overexpressing animals showed decreased neuronal defects during aging. These results suggest that UCP-4 may be involved in neuroprotection during aging via relieving mitochondrial membrane protential. We also investigated the relationship between UCP-4 and innate immunity because increased ROS can affect innate immunity. ucp-4 mutant displayed increased resistance to the pathogen Staphylococcus aureus compared to wild type. The enhanced immunity in the ucp-4 mutant could be related to increased mitochondrial membrane protential, presumably followed by increased ROS. In summary, UCP-4 might have an important role in neuronal aging and innate immune responses through mediating mitochondrial membrane protential.
Mitochondria in Pleurotus ostreatus was purified by stepped sucrose density gradient centrifugation. The mitochondrial ATP synthase was investigated by various waveof the illumination at dark room for 30 min. The mitochondrial ATP synthase activity was stimulated 2.3 fold by 480 nm illumination compared with the broad wavelength group. The mitochondrial ATP synthase activity according to various times of illumination was stimulated 4.2 fold for 15 min at 480 nm compared with the broad wavelength group. The optimum pH and optimum temperature of the mitochondrial ATP synthase were 7.5 and $56^{\circ}C$, respectively. The activity of this enzyme was stimulated by 0.5 mmol $Fe^{2+}$, 1.0 mmol $Fe^{3+}$ and 5.0 mmol $k^+$ ion, but inhibited by 0.1 mmol $Na^+$ ion.
Preciously, we demonstrated that a novel NHE-1 inhibitor, KR-33028 attenuated cortical neuronal apoptosis induced by glutamate. In the present study, we investigated the signaling mechanism of neuroprotective effect of KR-33028 against glutamate-induced neuronal apoptosis, especially focusing on mitochondrial death pathway. Our data showed that glutamate induces a biphasic rise in mitochondrial $Ca^{2+}$ and that KR-33028 significantly prevents the second phase increase, but not the first phase increase in mitochondrial $Ca^{2+}$. Furthermore, KR-33028 restored the ${\Delta}{\Psi}_m$ dissipation and cytochrome c release into cytoplasm induced by glutamate in a concentration-dependent manner. The inhibition of mitochondrial $Ca^{2+}$ overload by ruthenium red also inhibited glutamate-induced apoptotic cell death, mitochondrial membrane potential, ${\Delta}{\Psi}_m$ dissipation and cytochrome c release. These data suggest that inhibition of mitochondrial $Ca^{2+}$ overload is likely to be attributable to anti-apoptotic effect of KR-33028. Taken together, our results suggest that anti-apoptotic effects of NHE-1 inhibitor, KR-33028 may be mediated through maintenance of mitochondrial function.
Objective: In this study, we investigated sex- and region-specific effects of acute trimethyltin (TMT) exposure on mitochondrial biogenesis. Methods: We treated TMT to primary neuronal cultures and 4-week-old male and female mice. We measured the mitochondrial DNA copy numbers using the quantitative polymerase chain reaction method. We also measured mitochondrial biogenesis related genes (sirtuin-1, estrogen-related receptor alpha, cytochrome C oxidase subunit IV) by western blotting. Results: The mitochondrial DNA copy number increased in the primary hippocampal neuron; however, it decreased in the primary cortical neuron. The mitochondrial copy number increased in the hippocampus and decreased in the cortex in the TMT treated female mice, though the mitochondrial copy number increased in both cortex and hippocampus in the TMT treated male mice. TMT treatment increased sirtuin-1 expression in the male hippocampus but did not in the female brain. In the female brain, estrogen-related receptor alpha expression decreased in the cortex though there is no significant change in the male brain. The protein level of mitochondrial protein, cytochrome C oxidase subunit IV, increased in both cortex and hippocampus after TMT injection in male mice brain, but not in female mice brain. Conclusion: Our data suggest that acute TMT exposure induces distinct sex-specific metabolic characteristics in the brain before significant sexual maturation.
Malau-Aduli, A.E.O.;Nishimura-Abe, A.;Niibayas, T.;Yasuda, Y.;Kojima, T.;Abe, S.;Oshima, K;Hasegawa, K.;Komatsu, M.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.17
no.11
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pp.1484-1490
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2004
Mitochondrial DNA haplotypes from the displacement-loop (D-loop) region (436 bp) were genotyped and sequenced in Japanese Black beef cattle raised in the same herd. Correlation coefficients between mitochondrial DNA haplotypes, maternal lineage, birth weight, preweaning average daily gain, weaning weight, post weaning average daily gain and yearling weight were computed. The objective was to study the relationship between maternal and postnatal growth traits and to investigate if postnatal growth of calves to yearling age could be accurately predicted from mitochondrial DNA haplotypes. Results of the phylogenetic analysis revealed 17 maternal lineages and four mitochondrial DNA haplotypes. There were strong, positive and highly significant (p<0.001) correlations among maternal traits ranging from 0.52 to 0.98. Similarly, among postnatal growth traits, most of the correlations were also strong, positive and highly significant (p<0.001); the highest correlation of 0.94 was between preweaning average daily gain and weaning weight. However, correlations between mitochondrial DNA haplotypes and postnatal growth traits were very low, mostly negative and non-significant (p>0.05) ranging from -0.05 to 0.1. Prediction of postnatal growth from mitochondrial DNA yielded very low $R^{2}$ values ranging from 0.002 to 0.019. It was concluded that mitochondrial DNA polymorphism has no significant association with postnatal growth from birth to yearling age, and by implication, nuclear rather than cytoplasmic DNA, accounts for most of the genetic variation observed in postnatal growth of Japanese Black cattle. Therefore, mitochondrial DNA genotyping at an early age has no bearing on the accurate prediction of the future growth performance of calves.
SB743921 is a potent inhibitor of the spindle protein kinesin and is being investigated in ongoing clinical trials for the treatment of myeloma. However, little is known about the molecular events underlying the induction of cell death in multiple myeloma (MM) by SB743921, alone or in combination treatment. Here, we report that SB743921 induces mitochondria-mediated cell death via inhibition of the $NF-{\kappa}B$ signaling pathway, but does not cause cell cycle arrest in KMS20 MM cells. SB743921-mediated inhibition of the $NF-{\kappa}B$ pathway results in reduced expression of SOD2 and Mcl-1, leading to mitochondrial dysfunction. We also found that combination treatment with SB743921 and bortezomib induces death in bortezomib-resistant KMS20 cells. Altogether, these data suggest that treatment with SB743921 alone or in combination with bortezomib offers excellent translational potential and promises to be a novel MM therapy.
Kwan, Kenneth Kin Leung;Yun, Huang;Dong, Tina Ting Xia;Tsim, Karl Wah Keung
Journal of Ginseng Research
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v.45
no.4
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pp.473-481
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2021
Background: Mitochondrial dysfunction is one of the significant reasons for Alzheimer's disease (AD). Ginsenosides, natural molecules extracted from Panax ginseng, have been demonstrated to exert essential neuroprotective functions, which can ascribe to its anti-oxidative effect, enhancing central metabolism and improving mitochondrial function. However, a comprehensive analysis of cellular mitochondrial bioenergetics after ginsenoside treatment under Aβ-oxidative stress is missing. Methods: The antioxidant activities of ginsenoside Rb1, Rd, Re, Rg1 were compared by measuring the cell survival and reactive oxygen species (ROS) formation. Next, the protective effects of ginsenosides of mitochondrial bioenergetics were examined by measuring oxygen consumption rate (OCR) in PC12 cells under Aβ-oxidative stress with an extracellular flux analyzer. Meanwhile, mitochondrial membrane potential (MMP) and mitochondrial dynamics were evaluated by confocal laser scanning microscopy. Results: Ginsenoside Rg1 possessed the strongest anti-oxidative property, and which therefore provided the best protective function to PC12 cells under the Aβ oxidative stress by increasing ATP production to 3 folds, spare capacity to 2 folds, maximal respiration to 2 folds and non-mitochondrial respiration to 1.5 folds, as compared to Aβ cell model. Furthermore, ginsenoside Rg1 enhanced MMP and mitochondrial interconnectivity, and simultaneously reduced mitochondrial circularity. Conclusion: In the present study, these results demonstrated that ginsenoside Rg1 could be the best natural compound, as compared with other ginsenosides, by modulating the OCR of cultured PC12 cells during oxidative phosphorylation, in regulating MMP and in improving mitochondria dynamics under Aβ-induced oxidative stress.
Dang, Van Cuong;Kim, Hyoung Kyu;Marquez, Jubert;Kim, Nari;Ko, Kyung Soo;Rhee, Byoung Doo;Han, Jin
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.20
no.2
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pp.213-220
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2016
Mast cells are primary mediators of allergic inflammation. Beta-1,3-glucan (BG) protects against infection and shock by activating immune cells. Activation of the BG receptor induces an increase in intracellular $Ca^{2+}$, which may induce exocytosis. However, little is known about the precise mechanisms underlying BG activation of immune cells and the possible role of mitochondria in this process. The present study examined whether BG induced mast cell degranulation, and evaluated the role of calcium transients during mast cell activation. Our investigation focused on the role of the mitochondrial calcium uniporter (MCU) in BG-induced degranulation. Black mouse (C57) bone marrow-derived mast cells were stimulated with $0.5{\mu}g/ml$ BG, $100{\mu}g/ml$ peptidoglycan (PGN), or $10{\mu}M$ A23187 (calcium ionophore), and dynamic changes in cytosolic and mitochondrial calcium and membrane potential were monitored. BG-induced mast cell degranulation occurred in a time-dependent manner, and was significantly reduced under calcium-free conditions. Ruthenium red, a mitochondrial $Ca^{2+}$ uniporter blocker, significantly reduced mast cell degranulation induced by BG, PGN, and A23187. These results suggest that the mitochondrial $Ca^{2+}$ uniporter has an important regulatory role in BG-induced mast cell degranulation.
Mitochondrial homeostasis is tightly regulated by two major processes: mitochondrial biogenesis and mitochondrial degradation by autophagy (mitophagy). Research in mitochondrial biogenesis in skeletal muscle in response to endurance exercise training has been well established, while the mechanisms regulating mitophagy and the relationship between mitochondrial biogenesis and degradation following endurance exercise training are not yet well defined. Studies have demonstrated that endurance exercise training increases the expression levels of mitochondrial biogenesis-, dynamics-, mitophagy-related genes in skeletal muscle. However, the increased levels of mitochondrial biogenesis marker proteins such as Cox IV and citrate synthase, by endurance exercise training were abolished when autophagy/mitophagy was inhibited in skeletal muscle. This suggests that both autophagy/mitophagy plays an important role in mitochondrial biogenesis/homeostasis and the coordination between the opposing processes may be important for skeletal muscle adaptation to endurance exercise training to improve metabolic function and endurance exercise performance. It is considered that endurance exercise training regulates each of these processes, mitochondrial biogenesis, fusion and fission events and autophagy/mitophagy, ensuring a relatively constant mitochondrial population. Exercise training may also have contributed to mitochondrial quality control which replaces old and/or unhealthy mitochondria with new and/or healthy ones in skeletal muscle. In this review paper, the molecular mechanisms regulating mitochondrial biogenesis and mitophagy and the coordination between the opposing processes is involved in the cellular adaptation to endurance exercise training in skeletal muscle will be discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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