Computational modeling of signal transduction is currently attracting much attention as it can promote the understanding of complex signal transduction mechanisms. Although several mathematical models have been used to examine signaling pathways, little attention has been given to crosstalk mechanisms. In this study, an attempt was made to develop a computational model for the pathways involving growth-factor-mediated mitogen-activated protein kinase (MAPK) and phosphatidylinositol 3'-kinase/protein kinase B (PI3K/Akt). In addition, the dynamics of the protein activities were analyzed based on a set of kinetic data. The simulation approach integrates the information on several levels and predicts systems behavior. The in-silico analysis conducted revealed that the Raf and Akt pathways act independently.
Diabetes is a major cause of morbidity and mortality, and associated with a high risk of atherosclerosis, and liver, kidney, nerve and tissue damage. Defective insulin secretion in pancreas and/or insulin resistance in peripheral tissues is a central component of diabetes. It is well established that, regardless of the degree of muscle insulin resistance, glucose levels in diabetic and non-diabetic individuals are determined by the rate of hepatic glucose production. Moreover recently studies using liver-specific insulin receptor knockout mice show the paramount role of the liver in insulin resistance and diabetes. Insulin exerts a multifaceted and highly integrated series of actions via its intracellular signaling systems. The first major section of this review defines the major insulin-mediated signaling pathways including phosphatidylinositol 3-kinase and mitogen activated protein kinases. The second major section of the review presents a summary and evaluation of methods for determination of the role and function of signaling pathways, including methods for determination of kinase phosphorylation, the use of pharmacological inhibitors of kinase and dominant-negative kinase constructs, and the application of new RNA interference methods.
So Yeon Oh;Sung Chun Kim;Ho Bong Hyun;Hyejin Hyeon;Boram Go;Yong-Hwan Jung;Young-Min Ham
Journal of Applied Biological Chemistry
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v.65
no.4
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pp.277-286
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2022
Schizophragma hydrangeoides (S. hydrangeoides) is a vine endogenous to Jeju Island and Ulleungdo, where it grows attached to the foothills and rock surfaces. Previous research has mostly focused on the whitening effect of S. hydrangeoides leaf extract. In this study, we investigated S. hydrangeoides leaf extract further, and detected four phytochemicals in the extract: chlorogenic acid, quercetin-3-O-glucosyl-(1-2)-rhamnoside, quercetin-3-O-xylosyl-(1-2)-rhamnoside, and quercitrin. We pretreated human dermal fibroblast (HDFn) cells with previously established concentrations of the four compounds for 1 h before ultraviolet A (UVA) irradiation. Among the four compounds, quercetin-3-O-glucosyl-(1-2)-rhamnoside (Q-3-GR) best inhibited matrix metalloproteinase-1 (MMP-1) levels. Thus, we investigated the protective effects of Q-3-GR on photoaging and its underlying mechanisms. Q-3-GR significantly reduced MMP-1 production and inhibited MMP-1 protein expression in UVA-irradiated HDFn cells. Furthermore, Q-3-GR increased procollagen type I production and protein expression. Q-3-GR exerted its anti-photoaging effects by downregulating the mitogen-activated protein kinase/ activator protein-1 signaling pathway, and upregulating the transforming growth factor-β/Smad signaling pathway. Thus, S. hydrangeoides leaf-derived Q-3-GR is a potential potent cosmetic ingredient for UV-induced skin aging.
Silymarin, which is derived from dried Silybum marianum (milk thistle) seeds and fruits, possesses various beneficial properties, such as hepatoprotective, antioxidative, anti-inflammatory, and anticancer activity. This research aimed to explore the antioxidative activity of silymarin against oxidative stress and understand its molecular mechanism in RAW 264.7 cells. The study employed cell viability and reactive oxygen species (ROS) formation assays and western blot analysis. The results demonstrated that silymarin effectively reduced intracellular ROS levels induced by lipopolysaccharide (LPS) in a dose-dependent manner without causing any cytotoxic effects. Moreover, silymarin treatment significantly upregulated the expression of heme oxygenase (HO)-1, a phase II enzyme known for its potent antioxidative activity. Additionally, silymarin treatment significantly induced the expression of nuclear factor-erythroid 2 p45-related factor (Nrf) 2, a transcription factor responsible for regulating antioxidative enzymes, which was consistent with the upregulated HO-1 expression. To investigate the involvement of key signaling pathways in maintaining cellular redox homeostasis against oxidative stress, the phosphorylation status of mitogen-activated protein kinase (MAPK) and phosphoinositide 3-kinase (PI3K) was estimated by western blot analysis. The results showed that silymarin potently induced HO-1 expression, which was mediated by the phosphorylation of p38 MAPK. To further validate the antioxidative potential of silymarin-induced HO-1 expression, tert-butyl hydroperoxide (t-BHP)-induced oxidative damage was employed and attenuated by silymarin treatment, as identified by a selective inhibitor for each signaling molecule. In conclusion, silymarin robustly enhanced antioxidative activity by inducing HO-1 via the Nrf2/p38 MAPK signaling pathway in RAW 264.7 cells.
Prostaglandin $D_2$ ($PGD_2$) may act against myocardial ischemia-reperfusion (I/R) injury and play an anti-inflammatory role in the heart. Although the effect of $PGD_2$ in regulation of ANP secretion of the atrium was reported, the mechanisms involved are not clearly identified. The aim of the present study was to investigate whether $PGD_2$ can regulate ANP secretion in the isolated perfused beating rat atrium, and its underlying mechanisms. $PGD_2$ (0.1 to $10{\mu}M$) significantly increased atrial ANP secretion concomitantly with positive inotropy in a dose-dependent manner. Effects of $PGD_2$ on atrial ANP secretion and mechanical dynamics were abolished by AH-6809 ($1.0{\mu}M$) and AL-8810 ($1.0{\mu}M$), $PGD_2$ and prostaglandin $F2{\alpha}$ ($PGF2{\alpha}$) receptor antagonists, respectively. Moreover, $PGD_2$ clearly upregulated atrial peroxisome proliferator-activated receptor gamma ($PPAR{\gamma}$) and the $PGD_2$ metabolite 15-deoxy-${\Delta}12$, 14-$PGJ_2$ (15d-$PGJ_2$, $0.1{\mu}M$) dramatically increased atrial ANP secretion. Increased ANP secretions induced by $PGD_2$ and 15d-$PGJ_2$ were completely blocked by the $PPAR{\gamma}$ antagonist GW9662 ($0.1{\mu}M$). PD98059 ($10.0{\mu}M$) and LY294002 ($1.0{\mu}M$), antagonists of mitogen-activated protein kinase (MAPK)/extracellular signal-regulated kinase (ERK) and phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K)/protein kinase B (Akt) signaling, respectively, significantly attenuated the increase of atrial ANP secretion by $PGD_2$. These results indicated that $PGD_2$ stimulated atrial ANP secretion and promoted positive inotropy by activating $PPAR{\gamma}$ in beating rat atria. MAPK/ERK and PI3K/Akt signaling pathways were each partially involved in regulating $PGD_2$-induced atrial ANP secretion.
Red ginseng acidic polysaccharide (RGAP), isolated from Korean red ginseng (Panax ginseng C.A. Meyer), has been shown to have a variety of biological functions such as immunostimulating and anti-tumor activities. In the present study, we investigated whether RGAP inhibited ligand-induced platelet aggregation. The washed platelet-rich plasma was prepared from male SD rats with successive centrifugation. The platelets $(10^8/ml)$ were preincubated with 1 mM of $CaCl_2$ for 2 min either in the presence or in the absence of RGAP $(10{\sim}50\;{\mu}g/ml)$ and were stimulated with collagen (2.5 ${\mu}g/ml$) and thrombin (0.1 U/ml). RGAP dose-dependently inhibited thrombin-induced platelet aggregation with $IC_{50}$ value of $26.2{\pm}2.0$${\mu}g/ml$. In collagen-induced platelet aggregation, RGAP inhibited the reaction with an $IC_{50}$ value of $31.5{\pm}3.0\;{\mu}g/ml$. RGAP potently suppressed the intracellular calcium ion, which was stimulated by thrombin (0.1 U/ ml). Among mitogen-activated protein kinase (MAPK) subtypes, the extracellular signal-regulated kinase (ERK) 1/2 and p38 MAPK were analyzed in the present study. RGAP inhibited the phosphorylation of ERK2 and p38 MAPK, which was activated by collagen (2.5 ${\mu}g/ml$). Finally, these results suggested that besides saponin fraction, RGAP take an important role in the preventive effect of Korean red ginseng against cardiovascular disease such as thrombosis and atherosclerosis.
The emergence and rapid spread of the potentially fatal coronavirus disease 2019, caused due to infection by severe acute respiratory syndrome coronavirus-2, has led to worldwide interest in developing functional bioactive ingredients that act as immunomodulatory agents. In this study, we aimed to characterize Carica papaya extract and explore its potential as an immunomodulator by performing in vitro cell screening. Papaya leaf water extract (PLW) was found to significantly increase the levels of nitric oxide (NO) and prostaglandin E2 (PGE2) by upregulating inducible nitric oxide synthase and cyclo-oxygenase-2 activity, respectively. Additionally, PLW increased the production of tumor necrosis factor-α and interleukin 1β in RAW 264.7 cells. Furthermore, PLW activated the expression of c-Jun N-terminal kinase (JNK) and extracellular signal-regulated kinase (ERK) but not that of p38 mitogen-activated protein kinase. These results indicate that PLW increased the production of NO, PGE2, and pro-inflammatory cytokines by activating the JNK and ERK pathways in macrophages, thus demonstrating immunomodulatory properties. Finally, high-performance liquid chromatography fingerprint analysis indicated the presence of rutin, narirutin, and ρ-coumaric acid in PLW (6.30, 119.76, and 47.25 ppm, respectively). Treating cells with these compounds at non-toxic concentrations had no effect on NO production. Taken together, these results suggest that PLW may have potential as an immunity-enhancing supplement.
Huang, Chun;Wang, Wei-Min;Gong, Jian-Ping;Yang, Kang
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.14
no.5
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pp.2699-2701
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2013
The RAS family genes encode small GTP-binding cytoplasmic proteins. Activated KRAS engages multiple effector pathways, notably the RAF-mitogen-activated protein kinase, phosphoinositide-3-kinase (PI3K) and RalGDS pathways. In the clinical field, K-ras oncogene activation is frequently found in human cancers and thus may serve as a potential diagnostic marker for cancer cells in circulation. This mini-review aims to summarise information on Ras-induced oncogenesis and the clinical significance of K-ras.
Shim, Jung Hee;Lim, Jong Woo;Kim, Byeong Kyu;Park, Soo Jin;Kim, Suk Wha;Choi, Tae Hyun
Archives of Plastic Surgery
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v.42
no.1
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pp.11-19
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2015
Background Wound healing is an interaction of a complex signaling cascade of cellular events, including inflammation, proliferation, and maturation. $K^+$ channels modulate the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway. Here, we investigated whether $K^+$ channel-activated MAPK signaling directs collagen synthesis and angiogenesis in wound healing. Methods The human skin fibroblast HS27 cell line was used to examine cell viability and collagen synthesis after potassium chloride (KCl) treatment by Cell Counting Kit-8 (CCK-8) and western blotting. To investigate whether $K^+$ ion channels function upstream of MAPK signaling, thus affecting collagen synthesis and angiogenesis, we examined alteration of MAPK expression after treatment with KCl (channel inhibitor), NS1619 (channel activator), or kinase inhibitors. To research the effect of KCl on angiogenesis, angiogenesis-related proteins such as thrombospondin 1 (TSP1), anti-angiogenic factor, basic fibroblast growth factor (bFGF) and vascular endothelial growth factor (VEGF), pro-angiogenic factor were assayed by western blot. Results The viability of HS27 cells was not affected by 25 mM KCl. Collagen synthesis increased dependent on time and concentration of KCl exposure. The phosphorylations of MAPK proteins such as extracellular-signal-regulated kinase (ERK) and p38 increased about 2.5-3 fold in the KCl treatment cells and were inhibited by treatment of NS1619. TSP1 expression increased by 100%, bFGF expression decreased by 40%, and there is no significant differences in the VEGF level by KCl treatment, TSP1 was inhibited by NS1619 or kinase inhibitors. Conclusions Our results suggest that KCl may function as a therapeutic agent for wound healing in the skin through MAPK signaling mediated by the $K^+$ ion channel.
Purpose: Alterations in the structure and function of vascular smooth muscle cells (VSMCs) are important in cardiovascular disease and maintaining chronic hypertension. Chronic hypertension is associated with changes in vascular smooth muscle tone. The spontaneous or myogenic tone of a blood vessel reflects the ability to adapt smooth muscle tone to changes in transmural pressure. However, the intracellular signaling mechanisms involved in myogenic tone are not fully understood. Methods: Here, we investigated the relationship between mitogen-activated protein kinases (MAPKs) and phosphatidylinositol-3 kinase (PI3K) in isometric contraction and enzymatic activity using muscle strips from rats made hypertensive with aldosterone-analogue deoxycorticosterone acetate (DOCA) salts. Results: Changes in myogenic tone and intracellular $Ca^{2+}$ concentration ($[Ca^{2+}]_i$) were different after physiological salt solution (PSS) in normotensive and hypertensive rats. The myogenic tone and quiescent phosphorylation induced by the PSS treatment were inhibited by 10 ${\mu}$M PD098059, an extracellular-regulated protein kinase 1/2 (ERK1/2) inhibitor, and 10 ${\mu}$M wortmannin, an inhibitor of PI3K, in hypertensive rats. Conclusion: The development of DOCA-induced hypertension is associated with altered isometric contractions and $[Ca^{2+}]_i$ via changes in activation of ERK1/2 and PI3K after DOCA-salt treatment. Therefore, ERK1/2 and PI3K activity affect hypertension and may be suitable targets for physical therapy in cardiovascular disease.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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