The 4-Hydroxynonenal (HNE) affects vascular dysfunctions probably through the interruption of the cellular redox balance. To better understand vascular abnormalities resulting from the accumulation of HNE, we delineated mechanism by which mitochondrial apoptosis occurs in the YPEN-1 endothelial cells. HNE treatment led to the loss of mitochondrial membrane potential (${\delta}{\Psi}_m$), resulting in the release of cytochrome c. Data showed decreased Bcl-2 and increased Bax protein levels in HNE-treated cells. NAC, a reactive oxygen species (ROS) scavenger, and penicillamine, the peroxynitrite scavenger, blocked HNE-mediated ROS generation, thereby thwarting the cytochrome c release and apoptosis. The treatment of the cells with zVAD-fmk, a broad range caspase inhibitor did not suppress HNE-induced apoptosis, suggesting that the apoptosis might be the possibility of caspase-independent process. Our findings delineate the underlying mechanism of the HNE induced endothelial apoptosis by triggering depolarization of mitochondria membrane potential that can lead to the deterioration of vasculature homeostasis and subsequent vascular dysfunction with aging.
Apicidin, a histone-deacetylase inhibitor, has been successfully used to inhibit the growth of cancer cells. In this study, the apoptotic potential and mechanistic insights of apicidin were investigated in human myeloid leukemia U937 cells. Treatment of U937 cells with apicidin resulted in a decrease of cell viability with apoptotic characteristics, including chromatin condensation and ladder-pattern fragmentation of genomic DNA. Apicidin converted the procaspase-3 protease to catalytically active effector protease, resulting in subsequent cleavage of poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) and inhibitor of caspase-activated deoxyribonuclease (ICAD). In addition, apicidin induced the activation of caspase-9 protease and the cytosolic release of mitochondrial cytochrome c with mitochon-drial membrane potential transition. Moreover, apicidin transiently increased the expression of Fas and Fas ligand proteins. Taken together, the results suggest that apicidin induces apoptosis of U937 cells through activation of intrinsic caspase cascades and Fas/FasL system with mitochondrial dysfunction.
Park, Sang-Hee;Lee, Ah-Reum;Choi, Keonwoo;Joung, Soyoung;Yoon, Jong-Bok;Kim, Sungjoo
BMB Reports
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v.52
no.12
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pp.712-717
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2019
Translocase of outer mitochondrial membrane 20 (TOMM20) plays an essential role as a receptor for proteins targeted to mitochondria. TOMM20 was shown to be overexpressed in various cancers. However, the oncological function and therapeutic potential for TOMM20 in cancer remains largely unexplored. The purpose of this study was to elucidate the underlying molecular mechanism of TOMM20's contribution to tumorigenesis and to explore the possibility of its therapeutic potential using colorectal cancer as a model. The results show that TOMM20 overexpression resulted in an increase in cell proliferation, migration, and invasion of colorectal cancer (CRC) cells, while siRNA-mediated inhibition of TOMM20 resulted in significant decreases in cell proliferation, migration, and invasion. TOMM20 expression directly impacted the mitochondrial function including ATP production and maintenance of membrane potential, which contributed to tumorigenic cellular activities including regulation of S phase cell cycle and apoptosis. TOMM20 was overexpressed in CRC compared to the normal tissues and increased expression of TOMM20 to be associated with malignant characteristics including a higher number of lymph nodes and perineural invasion in CRC. Notably, knockdown of TOMM20 in the xenograft mouse model resulted in a significant reduction of tumor growth. This is the first report demonstrating a relationship between TOMM20 and tumorigenesis in colorectal cancer and providing promising evidence for the potential for TOMM20 to serve as a new therapeutic target of colorectal cancer.
Xylene is a cyclic hydrocarbon and an environmental pollutant. It is also used in medical technology, paints, dyes, polishes and in many industries as a solvent; therefore, an understanding of the interaction between xylene and human lymphocytes is of significant interest. Biochemical assessment was used to demonstrate that exposure of lymphocytes to xylene induces cytotoxicity (at 6 hr), generates intracellular reactive oxygen species, collapse of mitochondrial membrane potential, lysosomal injury, lipid peroxidation and depletion of glutathione (at 3 hr). The findings show that xylene triggers oxidative stress and organelle damage in lymphocytes. The results of our study suggest that the use of antioxidant, mitochondrial and lysosomal protective agents can be helpful for individuals subject to chronic exposure to xylene.
Perveen, Shazia;Yang, Ji Seon;Ha, Tae Joung;Yoon, Shin Hee
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.18
no.4
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pp.297-305
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2014
Flavonoids have an ability to suppress various ion channels. We determined whether one of flavonoids, cyanidin-3-glucoside, affects adenosine 5'-triphosphate (ATP)-induced calcium signaling using digital imaging methods for intracellular free $Ca^{2+}$ concentration ([$Ca^{2+}$]i), reactive oxygen species (ROS) and mitochondrial membrane potential in PC12 cells. Treatment with ATP ($100{\mu}M$) for 90 sec induced [$Ca^{2+}$]i increases in PC12 cells. Pretreatment with cyanidin-3-glucoside ($1{\mu}g/ml$ to $100{\mu}g/ml$) for 30 min inhibited the ATP-induced [$Ca^{2+}$]i increases in a concentration-dependent manner ($IC_{50}=15.3{\mu}g/ml$). Pretreatment with cyanidin-3-glucoside ($15{\mu}g/ml$) for 30 min significantly inhibited the ATP-induced [$Ca^{2+}$]i responses following removal of extracellular $Ca^{2+}$ or depletion of intracellular [$Ca^{2+}$]i stores. Cyanidin-3-glucoside also significantly inhibited the relatively specific P2X2 receptor agonist 2-MeSATP-induced [$Ca^{2+}$]i responses. Cyanidin-3-glucoside significantly inhibited the thapsigargin or ATP-induced store-operated calcium entry. Cyanidin-3-glucoside significantly inhibited the ATP-induced [$Ca^{2+}$]i responses in the presence of nimodipine and ${\omega}$-conotoxin. Cyanidin-3-glucoside also significantly inhibited KCl (50 mM)-induced [$Ca^{2+}$]i increases. Cyanidin-3-glucoside significantly inhibited ATP-induced mitochondrial depolarization. The intracellular $Ca^{2+}$ chelator BAPTA-AM or the mitochondrial $Ca^{2+}$ uniporter inhibitor RU360 blocked the ATP-induced mitochondrial depolarization in the presence of cyanidin-3-glucoside. Cyanidin-3-glucoside blocked ATP-induced formation of ROS. BAPTA-AM further decreased the formation of ROS in the presence of cyanidin-3-glucoside. All these results suggest that cyanidin-3-glucoside inhibits ATP-induced calcium signaling in PC12 cells by inhibiting multiple pathways which are the influx of extracellular $Ca^{2+}$ through the nimodipine and ${\omega}$-conotoxin-sensitive and -insensitive pathways and the release of $Ca^{2+}$ from intracellular stores. In addition, cyanidin-3-glucoside inhibits ATP-induced formation of ROS by inhibiting $Ca^{2+}$-induced mitochondrial depolarization.
Cereblon (CRBN) is a multi-functional protein that acts as a substrate receptor of the E3 ligase complex and a molecular chaperone. While CRBN is proposed to function in mitochondria, its specific roles are yet to be established. Here, we showed that knockdown of CRBN triggers oxidative stress and calcium overload in mitochondria, leading to disruption of mitochondrial membrane potential. Notably, long-term CRBN depletion using PROteolysis TArgeting Chimera (PROTAC) induced irreversible mitochondrial dysfunction, resulting in cell death. Our collective findings indicate that CRBN is required for mitochondrial homeostasis in cells.
Kim, Dong-Yung;Kim, Jun-Hyung;Lee, Jae-Chul;Won, Moo-Ho;Yang, Se-Ran;Kim, Hyoung-Chun;Wie, Myung-Bok
Toxicological Research
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v.35
no.1
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pp.83-91
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2019
Nanoparticles (NPs) have been recognized as both useful tools and potentially toxic materials in various industrial and medicinal fields. Previously, we found that zinc oxide (ZnO) NPs that are neurotoxic to human dopaminergic neuroblastoma SH-SY5Y cells are mediated by lipoxygenase (LOX), not cyclooxygenase-2 (COX-2). Here, we examined whether human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs), which are different from neuroblastoma cells, might exhibit COX-2- and/or LOX-dependent cytotoxicity of ZnO NPs. Additionally, changes in annexin V expression, caspase-3/7 activity, and mitochondrial membrane potential (MMP) induced by ZnO NPs and ZnO were compared at 12 hr and 24 hr after exposure using flow cytometry. Cytotoxicity was measured based on lactate dehydrogenase activity and confirmed by trypan blue staining. Rescue studies were executed using zinc or iron chelators. ZnO NPs and ZnO showed similar dose-dependent and significant cytotoxic effects at concentrations ${\geq}15{\mu}g/mL$, in accordance with annexin V expression, caspase-3/7 activity, and MMP results. Human MSCs exhibited both COX-2 and LOX-mediated cytotoxicity after exposure to ZnO NPs, which was different from human neuroblastoma cells. Zinc and iron chelators significantly attenuated ZnO NPs-induced toxicity. Conclusively, these results suggest that ZnO NPs exhibit both COX-2- and LOX-mediated apoptosis by the participation of mitochondrial dysfunction in human MSC cultures.
Lymphoma is one of the most curable types of cancer. However, drug resistance is the main challenge faced in lymphoma treatment. Peroxisomal acyl-CoA oxidase 1 (ACOX1) is the rate-limiting enzyme in fatty acid ${\beta}$-oxidation. Deregulation of ACOX1 has been linked to peroxisomal disorders and carcinogenesis in the liver. Currently, there is no information about the function of ACOX1 in lymphoma. In this study, we found that upregulation of ACOX1 promoted proliferation in lymphoma cells, while downregulation of ACOX1 inhibited proliferation and induced apoptosis. Additionally, overexpression of ACOX1 increased resistance to doxorubicin, while suppression of ACOX1 expression markedly potentiated doxorubicin-induced apoptosis. Interestingly, downregulation of ACOX1 promoted mitochondrial location of Bad, reduced mitochondrial membrane potential and provoked apoptosis by activating caspase-9 and caspase-3 related apoptotic pathway. Overexpression of ACOX1 alleviated doxorubicin-induced activation of caspase-9 and caspase-3 and decrease of mitochondrial membrane potential. Importantly, downregulation of ACOX1 increased p73, but not p53, expression. p73 expression was critical for apoptosis induction induced by ACOX1 downregulation. Also, overexpression of ACOX1 significantly reduced stability of p73 protein thereby reducing p73 expression. Thus, our study indicated that suppression of ACOX1 could be a novel and effective approach for treatment of lymphoma.
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.
FUN14 domain-containing protein 1 (FUNDC1), an outer mitochondrial membrane protein, contributes to removal of damaged mitochondria through mitophagy. In this study, to elucidate the role of the FUNDC1 in the amyloid beta peptide (Aβ)-induced neuropathy, changes in the degree of mitochondrial dysfunction and cell injury caused by Aβ treatment were examined in the HT-22 neuronal cells in which the FUNDC1 expression was transiently silenced or overexpressed. We found that Aβ treatment causes a time-dependent decrease of the FUNDC1 expression. In the Aβ-treated cells, there were a drop in MTT reduction ability, depletion of cellular ATP, disruption of mitochondrial membrane potential, stimulation of cellular ROS production, and increased mitochondrial Ca2+ load. Activation of caspase-3 and induction of apoptotic cell death were also observed. Transient silencing of the FUNDC1 expression by transfection with the FUNDC1 small interfering RNA per se caused mitochondrial dysfunction and apoptotic cell death like the effect of Aβ treatment. Conversely, in cells in which the FUNDC1 was transiently overexpressed by FUNDC1-Myc transfection, overexpression itself had no effect on the mitochondrial functional integrity and cell survival but showed a significant prevention effect against mitochondrial and cell injury caused by Aβ treatment. Overall, these results suggest that the FUNDC1 is importantly involved in the Aβ-induced mitochondrial dysfunction and cell injury in the HT-22 neuronal cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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