Lu, Yue;Jeong, Yong-Tae;Li, Xian;Kim, Mi Jin;Park, Pil-Hoon;Hwang, Seung-Lark;Son, Jong Keun;Chang, Hyeun Wook
Biomolecules & Therapeutics
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v.21
no.6
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pp.435-441
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2013
Emodin, a naturally occurring anthraquinone derivative isolated from Polygoni cuspidati radix, has several beneficial pharmacologic effects, which include anti-cancer, anti-diabetic, and anti-inflammatory activities. In this study, the authors examined the effect of emodin on the production of proinflammatory cytokines, such as, tumor necrosis factor (TNF)-${\alpha}$ and interleukin (IL)-6, in mouse bone marrow-derived mast cells (BMMCs) stimulated with phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) plus the calcium ionophore A23187. To investigate the mechanism responsible for the regulation of pro-inflammatory cytokine production by emodin, the authors assessed its effects on the activations of transcriptional factor nuclear factor-${\kappa}B$ (NF-${\kappa}B$) and mitogen-activated protein kinases (MAPKs). Emodin attenuated the nuclear translocation of (NF)-${\kappa}B$ p65 and its DNA-binding activity by reducing the phosphorylation and degradation of $I{\kappa}B{\alpha}$ and the phosphorylation of $I{\kappa}B$ kinase B (IKK). Furthermore, emodin dose-dependently attenuated the phosphorylations of MAPKs, such as, extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2), p38 MAP kinase, and the stress-activated protein kinases (SAPK)/c-Jun-N-terminal kinase (JNK). Taken together, the findings of this study suggest that the anti-inflammatory effects of emodin on PMA plus A23187-stimulated BMMCs are mediated via the inhibition of NF-${\kappa}B$ activation and of the MAPK pathway.
Early-stage lung cancer is the deadliest form of the disease. In this study, we investigated the anticancer activity of 5-bromoprotocatechualdehyde (BPCA) extracted from the seaweed Polysiphonia morrowii Harvey (P. morrowii) in lung cancer H460 cells. We extracted P. morrowii powder thrice with 80% aqueous methanol and separated the extract using high-performance liquid chromatography. We then tested BPCA's effects on cell viability, apoptosis, reactive oxygen species (ROS) generation, and protein expression Our results showed that BPCA inhibited tumor cell growth and ROS production and induced apoptosis through mitogen-activated protein kinase (MAPK) and AKT signaling pathways in lung cancer cells. When BPCA was combined with hydrogen peroxide, ROS production and apoptosis increased even further due to the regulation of AKT signaling and JNK-MAPKs pathways. These findings suggest that BPCA induces lung-cancer-cell death through ROS-mediated phosphorylation in AKT/MAPK signaling. This could lead to the development of new and effective treatments for early-stage lung cancer.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.12
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pp.1155-1163
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2004
Extracellular signal-regulated kinase (ERK) signaling pathway is one of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signal transduction pathways. This pathway is known as pivotal in many signaling networks that govern proliferation, differentiation and cell survival. The ERK signaling pathway comprises positive and negative feedback loops, depending on whether the terminal kinase stimulates or inhibits the activation of the initial level. In this paper, we attempt to model the ERK pathway by considering both of the positive and negative feedback mechanisms based on Michaelis-Menten kinetics. In addition, we propose a fraction ratio model based on the mass action law. We first develop a mathematical model of the ERK pathway with fraction ratios. Secondly, we analyze the dynamical properties of the fraction ratio model based on simulation studies. Furthermore, we propose a concept of an inhibitor, catalyst, and substrate (ICS) controller which regulates the inhibitor, catalyst, and substrate concentrations of the ERK signal transduction pathway. The ICS controller can be designed through dynamical analysis of the ERK signaling transduction pathway within limited concentration ranges.
Truong, Anh Duc;Hong, Yeojin;Lee, Janggeun;Lee, Kyungbaek;Lillehoj, Hyun S.;Hong, Yeong Ho
Korean Journal of Poultry Science
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v.44
no.3
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pp.199-209
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2017
Mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathways play a key role in innate immunity, inflammation, cell proliferation, cell differentiation, and cell death. The main objective of this study was to investigate the expression level of candidate MAPK pathway genes in the intestinal mucosal layer of two genetically disparate chicken lines (Marek's disease-resistant line 6.3 and Marek's disease-susceptible line 7.2) induced with necrotic enteritis (NE). Using high-throughput RNA sequencing, we investigated 178 MAPK signaling pathway related genes that were significantly and differentially expressed between the intestinal mucosal layers of the NE-afflicted and control chickens. In total, 15 MAPK pathway genes were further measured by quantitative real-time PCR(qRT-PCR) and the results were consistent with the RNA-sequencing data. All 178 identified genes were annotated through Gene Ontology and mapped onto the KEGG chicken MAPK signaling pathway. Several key genes of the MAPK pathway, ERK1/2, JNK1-3, p38 MAPK, MAP2K1-4, $NF-{\kappa}B1/2$, c-Fos, AP-1, Jun-D, and Jun, were differentially expressed in the two chicken lines. Therefore, we believe that RNA sequencing and qRT-PCR analysis provide resourceful information for future studies on MAPK signaling of genetically disparate chicken lines in response to pathogens.
We investigated the long term effects of Sopungsungi-won (SP), a Korean traditional formula used for senile constipation and diabetes mellitus, on the development of diabetic nephropathy (DN) in Zucker diabetic fatty (ZDF) rats. ZDF rats were fed regular laboratory chow mixed with SP or rosiglitazone (RSG) for an 8-week period. Kidney hypertrophy was developed with increasing plasma glucose level, and glomerular hypertrophy was improved by 22% and 45% in SP- and RSG-treated rats, respectively. Urinary glucose and albumin excretions were also significantly lower in SP-treated rats than in ZDF control rats. Activation of the mitogen-activated protein kinase (MAPK)-transforming growth factor ${\beta}1$ (TGF ${\beta}1$)-fibronectin pathway in kidney, responsible for glomerular dysfunction, was markedly blunted by SP treatment in a dose dependent manner. Our findings, for the first time, provide strong evidence that long-term administration of SP formula prevents the development and progression of DN in ZDF rats. Human trials are needed to confirm these experimental results.
Kim, Siyeon;Kook, Kyo Eun;Kim, Changhee;Hwang, Jae-Kwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.28
no.8
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pp.1270-1281
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2018
Periodontal disease is triggered by the host immune response to pathogens in the microbial biofilm. Worsening of periodontal disease destroys the tooth-supporting tissues and alveolar bone. As oral inflammation can induce systemic diseases in humans, it is important to prevent periodontal disease. In this study, we demonstrated that Curcuma xanthorrhiza supercritical extract (CXS) and its active compound, xanthorrhizol (XAN), exhibit anti-inflammatory effects on lipopolysaccharide (LPS)-treated human gingival fibroblast-1 cells and anti-osteoclastic effects on receptor activator of nuclear factor kappa B ligand (RANKL)-treated RAW264.7 cells. LPS-upregulated inflammatory factors, such as nuclear factor kappa B p65 and $interleukin-1{\beta}$, were prominently reduced by CXS and XAN. In addition, RANKL-induced osteoclastic factors, such as nuclear factor of activated T-cells c1, tartrate-resistant acid phosphatase, and cathepsin K, were decreased in the presence of CXS and XAN. CXS and XAN inhibited the mitogen-activated protein kinase (MAPK)/activator protein-1 (AP-1) signaling pathway. Collectively, these results provide evidence that CXS and XAN suppress LPS-induced inflammation and RANKL-induced osteoclastogenesis by suppressing the MAPK/AP-1 pathway.
Cudrania tricuspidata Bureau (Moraceae) is a traditional oriental medicine that has been widely used as anti-oxidant, anti-inflammatory and immunomodulatory in Korea. This study was performed that the 70% ethanol extract of the roots of C. tricuspidata (CTE) suppressed receptor activator of NF-${\kappa}B$ ligand (RANKL)-induced osteoclastogenesis, actin ring formation in RAW 264.7 cell lines. CTE significantly inhibited the JNK/mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway without affecting ERK and p38 signaling in RANKL-stimulated RAW 264.7 cells. Also, CTE inhibited RANKL-induced expression of c-Fos, an upstream activator of NFATc1. Consequently, CTE suppresses osteoclast differentiation by inhibiting RANKL induced MAPK signaling pathways and disrupts the actin rings in mature osteoclasts. Thus, CTE can be used for the development of osteoporosis treatment drug with a natural material.
The bone morphogenetic protein (BMP) family has been implicated in control of cartilage development. Here, we demonstrate that BMP-2 promotes chondrogenesis by activating p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK), which in turn downregulates $Wnt-7a/{\beta}$-catenin signaling responsible for proteasomal degradation of Sox9. Exposure of mesenchymal cells to BMP-2 resulted in upregulation of Sox9 protein and a concomitant decrease in the level of ${\beta}$-catenin protein and Wnt-7a signaling. In agreement with this, the interaction of Sox9 with ${\beta}$-catenin was inhibited in the presence of BMP-2. Inhibition of the p38 MAPK pathway using a dominant negative mutant led to sustained Wnt-7a signaling and decreased Sox9 expression, with consequent inhibition of precartilage condensation and chondrogenic differentiation. Moreover, overexpression of ${\beta}$-catenin caused degradation of Sox9 via the ubiquitin/26S proteasome pathway. Our results collectively indicate that the increase in Sox9 protein resulting from downregulation of ${\beta}$-catenin/Wnt-7a signaling is mediated by p38 MAPK during BMP-2 induced chondrogenesis in chick wing bud mesenchymal cells.
Asterias amurensis (starfish) is a marine organism that is harmful to the fishing industry, but is also a potential source of functional materials. The present study was conducted to analyze the profiles of fatty acids extracted from A. amurensis tissues and their anti-inflammatory effects on RAW264.7 macrophage cells. In different tissues, the component ratios of saturated fatty acids, monounsaturated fatty acids, and polyunsaturated fatty acids differed; particularly, polyunsaturated fatty acids such as dihomo-gamma-linolenic acid (20:3n-6) and eicosapentaenoic acid (20:5n-3) were considerably different. In lipopolysaccharide-stimulated RAW264.7 cells, fatty acids from A. amurensis skin, gonads, and digestive glands exhibited anti-inflammatory activities by reducing nitric oxide production and inducing nitric oxide synthase gene expression. Asterias amurensis fatty acids effectively suppressed the expression of inflammatory cytokines such as tumor necrosis $factor-{\alpha}$, interleukin-$1{\beta}$, and interleukin-6 in lipopolysaccharide-stimulated cells. Cyclooxygenase-2 and prostaglandin $E_2$, which are critical inflammation biomarkers, were also significantly suppressed. Furthermore, A. amurensis fatty acids reduced the phosphorylation of nuclear $factor-{\kappa}B$ p-65, p38, extracellular signal-related kinase 1/2, and c-Jun N-terminal kinase, indicating that these fatty acids ameliorated inflammation through the nuclear $factor-{\kappa}B$ and mitogen-activated protein kinase pathways. These results provide insight into the anti-inflammatory mechanism of A. amurensis fatty acids on immune cells and suggest that the species is a potential source of anti-inflammatory molecules.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Fermentation of dietary fiber results in production of various short chain fatty acids in the colon. In particular, butyrate is reported to regulate the physical and functional integrity of the normal colonic mucosa by altering mucin gene expression or the number of goblet cells. The objective of this study was to investigate whether butyrate modulates mucin secretion in LS174T human colorectal cells, thereby influencing the adhesion of probiotics such as Lactobacillus and Bifidobacterium strains and subsequently inhibiting pathogenic bacteria such as E. coli. In addition, possible signaling pathways involved in mucin gene regulation induced by butyrate treatment were also investigated. MATERIALS/METHODS: Mucin protein content assay and periodic acid-Schiff (PAS) staining were performed in LS174T cells treated with butyrate at various concentrations. Effects of butyrate on the ability of probiotics to adhere to LS174T cells and their competition with E. coli strains were examined. Real time polymerase chain reaction for mucin gene expression and Taqman array 96-well fast plate-based pathway analysis were performed on butyrate-treated LS174T cells. RESULTS: Treatment with butyrate resulted in a dose-dependent increase in mucin protein contents in LS174T cells with peak effects at 6 or 9 mM, which was further confirmed by PAS staining. Increase in mucin protein contents resulted in elevated adherence of probiotics, which subsequently reduced the adherent ability of E. coli. Treatment with butyrate also increased transcriptional levels of MUC3, MUC4, and MUC12, which was accompanied by higher gene expressions of signaling kinases and transcription factors involved in mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathways. CONCLUSIONS: Based on our results, butyrate is an effective regulator of modulation of mucin protein production at the transcriptional and translational levels, resulting in changes in the adherence of gut microflora. Butyrate potentially stimulates the MAPK signaling pathway in intestinal cells, which is positively correlated with gut defense.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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