Hsp90 is one of the most conserved molecular chaperones ubiquitously expressed in normal cells and over-expressed in cancer cells. A pool of Hsp90 was found in cancer mitochondria and the expression of the mitochondrial Hsp90 homolog, TRAP1, was also elevated in many cancers. The mitochondrial pool of chaperones plays important roles in regulating mitochondrial integrity, protecting against oxidative stress, and inhibiting cell death. Pharmacological inactivation of the chaperones induced mitochondrial dysfunction and concomitant cell death selectively in cancer cells, suggesting they can be target proteins for the development of cancer therapeutics. Several drug candidates targeting TRAP1 and Hsp90 in the mitochondria have been developed and have shown strong cytotoxic activity in many cancers, but not in normal cells in vitro and in vivo. In this review, recent developments in the study of mitochondrial chaperones and the mitochondria-targeted chaperone inhibitors are discussed.
Kim, Kyoung Mi;Noh, Ji Heon;Abdelmohsen, Kotb;Gorospe, Myriam
BMB Reports
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제50권4호
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pp.164-174
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2017
Mitochondria are cytosolic organelles essential for generating energy and maintaining cell homeostasis. Despite their critical function, the handful of proteins expressed by the mitochondrial genome is insufficient to maintain mitochondrial structure or activity. Accordingly, mitochondrial metabolism is fully dependent on factors encoded by the nuclear DNA, including many proteins synthesized in the cytosol and imported into mitochondria via established mechanisms. However, there is growing evidence that mammalian mitochondria can also import cytosolic noncoding RNA via poorly understood processes. Here, we summarize our knowledge of mitochondrial RNA, discuss recent progress in understanding the molecular mechanisms and functional impact of RNA import into mitochondria, and identify rising challenges and opportunities in this rapidly evolving field.
1. 표고버섯중 광감응성 mitochondrial $F_1-ATPase$는 $Fe^{3+},\;Fe^{2-}$ 및 $Mg^{2+}$ 이온에 의하여 각각 활성화 되었으나 5.0 mM $Fe^{3+}$ 이온에 의한 상대활성도는 대조구에 비하여 107% 증가시켰다. 2 $Mg^{2+}$ 존재하에서 $Fe^{3+}$ 및 $Fe^{2-}$ 각 이온 농도효과는 모두 효소의 활성을 증가시켰으나 0.1 mM $Mg^{2+}$과 5.0 mM $Fe^{3+}$ 이온의 공존하에서 170%를 증가시켜 $Mg^{2+}$ 이온에 의한 상승작용을 보였다. 3. 0.1 mM $Mg^{2+}$와 0.1 mM $Fe^{2+}$ 존재하에서 $Fe^{3+}$ 이온농도효과는 그 농도가 5.0 mM일 때 168%의 활성도 증가를 보여 $Fe^{2-}$ 이온공존효과는 없었다. 4. 이 효소는 $Mg^{2+}$ 및 $Fe^{3+}$ 이온에 의하여 활성화되는 특성을 가지고 있으며 활성금속이온 존재하에서 측정한 최적 pH 빛 온도는 각각 7.5 및 $66^{\circ}C$였다.
Objectives : The liver is rich in mitochondria and it plays a key role in whole-body energy homeostasis. Mitochondria is double membrane-bound organelle that supplies energy for intracellular metabolism including Krebs cycle and beta-oxidation. Acupuncture is known to stimulate and regulate the flow of energy. To explore the effect of acupuncture on the mitochondrial respiratory chain activity in the rats' livers, the activity of mitochondrial respiratory chain complexes I to IV was observed. Methods : The rats were divided into 4 groups; Normal 1 (no acupuncture treatment and anesthesia for 5 min), Normal 2 (no acupuncture treatment and anesthesia for 10 min), MA1 (acupuncture treatment at bilateral LR3 under anesthesia for 5 min), and MA2 (acupuncture treatment at bilateral LR3 under anesthesia for 10 min). All rats were sacrificed and the livers were examined for respiratory chain change. Results : There was no difference in ubiquinon oxidoreductase, succinate dehydrogenase, and ubiquinol cytochrome C oxidoreductase after acupuncture at LR3. Acupuncture at LR3 for 10 min increased the activity of cytochrome C oxidase compared with no acupuncture groups. Conclusions : Acupuncture at LR3 mediated mitochondrial respiratory chain activity via the cytochrome C oxidase signaling pathway in the livers of rats.
Background: Hemopoietic cells require the constant presence of growth factors for survival in vitro and in vivo. Caspases have been known as central executors of apoptotic cell death. We have, therefore, investigated the pathways that regulate caspase activity and apoptosis using the $CD34^+$ cell line, TF-1 which requires GM-CSF for survival. Methods: Apoptosis was measured by annexin V staining and mitochondrial membrane potential was measured by DiOC6 labelling. Intracellular pH was measured using pH sensitive fluorochrome, BCECF or SNARF-1, followed by flow cytometry analysis. Caspase activation was analyzed by PARP cleavage using anti-PARP antibody. Results: Removal of GM-CSF induceed PARP cleavage, a hallmark of caspase activity, concomitant with pHi acidification and a drop in mitochondrial potential. Treatment with ZVAD, a competitive inhibitor of caspases, partially rescued cell death without affecting pHi acidification and the reduction of mitochondrial potential, suggesting that both these events act upstream of caspases. Overexpression of Bcl-2 prevented cell death induced by GM-CSF deprivation as well as pHi acidification and the reduction in mitochondrial membrane potential. In parental cells maintained with GM-CSF, EIPA, a competitive inhibitor of $Na^+/H^+$ antiporter induced apoptosis, accompanied by a drastic reduction in mitochondrial potential. In contrast, EIPA induced apoptosis in Bcl-2 transfectants without causing mitochondrial membrane depolarization. Conclusion: Taken together, our results suggest that the regulation of $H^+$fluxes, either through a mitochondriondependent or independent pathway, is central to caspase activation and apoptosis.
표고버섯(L. edodes) 중의 mitochondria는 설탕밀도단계기울기법에 따라 분리정제 하였다. 앞서 보고한 바와 같이, 각 파장별 빛조사(400-700nm)에 따른 mitochondrial ATPase와 ATP synthase의 활성도는 680nm와 470nm에서 각각 활성화되었다. 본 연구에서, 400nm 이하의 파장별 빛조사에 따른 mitochondrial ATPase 및 ATP synthase의 활성도는 380nm와 330nm에서 각각 활성화되었으며, 330nm 및 350에서 각각 억제되었다. FAD의 존재하에서, mitochondrial ATP synthase는 활성화 파장 및 억제 파장의 조사에 의하여 활성도가 각각 증가된 반면, mitochondrial ATPase의 활성도는 감소되었다. 그러나, NADH의 존재하에서, 이들 파장의 조사에 의한 효소의 활성도는 변화가 없었다. 또한, 두 효소는 각각의 활성화 파장 및 억제 파장이 조사됨에 따라 $FADH_2$를 FAD로 산화시키는 spectrum을 보였다. 이로써, 이 두 효소는 빛 조사에 의하여 생체내의 산화 환원반응의 산화제로 작용하였으며, 특히 mitochondrial ATP synthase의 활성화에 따른 광유발물질은 mitochondria 중에 존재하는 flavin 또는 flavoprotein으로 추정된다.
Yanna Liu;Yuehua Zhang;Zhaorui Ren;Fanyi Zeng;Jingbin Yan
Molecules and Cells
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제46권4호
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pp.219-230
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2023
Down syndrome (DS) is the most common autosomal aneuploidy caused by trisomy of chromosome 21. Previous studies demonstrated that DS affected mitochondrial functions, which may be associated with the abnormal development of the nervous system in patients with DS. Runt-related transcription factor 1 (RUNX1) is an encoding gene located on chromosome 21. It has been reported that RUNX1 may affect cell apoptosis via the mitochondrial pathway. The present study investigated whether RUNX1 plays a critical role in mitochondrial dysfunction in DS and explored the mechanism by which RUNX1 affects mitochondrial functions. Expression of RUNX1 was detected in induced pluripotent stem cells of patients with DS (DS-iPSCs) and normal iPSCs (N-iPSCs), and the mitochondrial functions were investigated in the current study. Subsequently, RUNX1 was overexpressed in N-iPSCs and inhibited in DS-iPSCs. The mitochondrial functions were investigated thoroughly, including reactive oxygen species levels, mitochondrial membrane potential, ATP content, and lysosomal activity. Finally, RNA-sequencing was used to explore the global expression pattern. It was observed that the expression levels of RUNX1 in DS-iPSCs were significantly higher than those in normal controls. Impaired mitochondrial functions were observed in DS-iPSCs. Of note, overexpression of RUNX1 in N-iPSCs resulted in mitochondrial dysfunction, while inhibition of RUNX1 expression could improve the mitochondrial function in DS-iPSCs. Global gene expression analysis indicated that overexpression of RUNX1 may promote the induction of apoptosis in DS-iPSCs by activating the PI3K/Akt signaling pathway. The present findings indicate that abnormal expression of RUNX1 may play a critical role in mitochondrial dysfunction in DS-iPSCs.
A series of typical (chlorpromazine, haloperidol and thioridazine) and atypical (risperidone, quetiapine, clozapine and olanzapine) antipsychotics were tested for effects on integrated bioenergetic functions of isolated rat liver mitochondria. Polarographic measurement of oxygen consumption in freshly isolated mitochondria showed that electron transfer activity at respiratory complex I is inhibited by chlorpromazine, haloperidol, risperidone, and quetiapine, but not by clozapine, olanzapine, or thioridazine. Chlorpromazine and thioridazine act as modest uncouplers of oxidative phosphorylation. The typical neuroleptics inhibited NADH-coenzyme Q reductase in freeze-thawed mitochondria, which is a direct measure of complex I enzyme activity. The inhibition of NADH-coenzyme Q reductase activity by the atypicals risperidone and quetiapine was 2-4 fold less than that for the typical neuroleptics. Clozapine and olanzapine had only slight effects on NADH-coenzyme Q reductase activity, even at 200 $\mu$ M. The relative potencies of these neuroleptic drugs as inhibitors of mitochondrial bioenergetic function is similar to their relative potencies as risk factors in the reported incidence of extrapyramidal symptoms, including tardive dyskinesia (TD). This suggests that compromised bioenergetic function may be involved in the cellular pathology underlying TD.
Phytochemical study on the EtOAc fraction from a MeOH extract of the leaves of Alnus hirsuta Rupr. led to the isolation of nine compounds betulin (1), betulinic acid (2), hirsutanonol (3), hirsutenone (4), quercetin (5), avicularin (6), gallic acid (7), hyperin (8), and daucosterol (9). Among them, six compounds 1, 2, 57, and 9 are report from this plant for the first time. All isolated compounds were evaluated for their antioxidant activity using DPPH radical scavenging capacity and inhibition effect on mitochondrial lipid peroxidation. Six phenolic compounds 3-8 were found to have potent antioxidant activity. Of which, compounds 3, 4 and 5 showed significant free radical scavenging activity with the $IC_{50}$ values of $18.3\;{\pm}\;2.5,\;15.7\;{\pm}\;3.8\;and\;23.5\;{\pm}\;3.1\;{\mu}m$, respectively. In addition, the compounds 3-8 exhibited inhibition effect on the mitochondrial lipid peroxidation with the $IC_{50}$ values of $88.0\;{\pm}\;6.5,\;12.6\;{\pm}\;1.2,\;8.0 \;{\pm}\;1.1,\;58.5\;{\pm}\;4.3,\;173.6\;{\pm}\;15.2,\;and\;75.0\; {\pm}\; 6.7\;{\mu}m$, respectively.
Kim, Hee-Jeong;Hwang, Jung-Min;Kwak, So-Yeong;Kim, Jong-Ghee;Jeon, Young-Mi;Lee, Jeong-Chae
International Journal of Oral Biology
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제34권4호
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pp.185-190
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2009
This study examined the effects of red light generated from a light emitting diode (LED) upon proliferation and mitochondrial stress in human gingival fibroblasts (hGFs). Cells were exposed to LED-generated red light at a clinically relevant intensity and distance with a 610-630 nm wavelength for various times (0-48 min). At different exposure times, cells were processed for the analysis of succinate dehydrogenase (SDH) activity, proliferation, mitochondrial membrane potential (MMP) and cytotoxicity. Cell cycle progression was also investigated by flow cytometry after staining with propidium iodide. Red light exposure was found to inhibit SDH activity and DNA synthesis in hGFs in a time-dependent manner. Light exposure also reduced the MMP levels in these cells and this was closely associated with a $G_0/G_1$ arrest. In contrast, exposure of hGFs to red light for 48 min led to a dramatic loss of MMP with an attendant increase in cytotoxicity. These findings demonstrate that LED-generated red light may cause mitochondrial stress and growth inhibition in hGFs during tooth whitening therapy, depending on the length of the exposure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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