Drinking excessive alcohol has been recognized as a risk factor for hypertension. However, the mechanism by which alcohol intake causes hypertension still remains elusive. We tested the hypothesis that ethanol itself acts as a stress factor on vasculature and indirectly modulates vascular contractility. After end of exposure to 1, 2.5 and 5% ethanol for 45 min, rat aortic strips were subjected to contractile responses, immunoblot for Hsp70 and the measurement of levels of myosin light chain phosphorylation. Exposure to 5% ethanol not only augmented contractions to KCl or phenylephrine, but also increased expression of Hsp70 and the levels of myosin light chain phosphorylation. There were no significant differences in contractions produced by $1\;{\mu}mol/L$ phorbol 12,13-dibutyrate, a protein kinase C activator, whether the tissues were exposed to 5% ethanol or not. This is the first report to show that even short exposure to ethanol has a delayed effect to increase vascular smooth muscle contractility through a modulation of thick filament regulation. It may be a mechanism by which ingestion of alcohol induces hypertension.
Seung Beom Oh;Suhan Cho;Hyun Jong Kim;Sung Joon Kim
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제28권1호
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pp.49-57
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2024
While arterial tone is generally determined by the phosphorylation of Ser19 in myosin light chain (p-MLC2), Thr18/Ser19 diphosphorylation of MLC2 (pp-MLC2) has been suggested to hinder the relaxation of smooth muscle. In a dual-wire myography of rodent pulmonary artery (PA) and mesenteric artery (MA), we noticed significantly slower relaxation in PA than in MA after 80 mM KCl-induced condition (80K-contraction). Thus, we investigated the MLC2 phosphorylation and the expression levels of its regulatory enzymes; soluble guanylate cyclase (sGC), Rho-A dependent kinase (ROCK) and myosin light chain phosphatase target regulatory subunit (MYPT1). Immunoblotting showed higher sGC-α and ROCK2 in PA than MA, while sGC-β and MYPT1 levels were higher in MA than in PA. Interestingly, the level of pp-MLC2 was higher in PA than in MA without stimulation. In the 80K-contraction state, the levels of p-MLC2 and pp-MLC2 were commonly increased. Treatment with the ROCK inhibitor (Y27632, 10 µM) reversed the higher pp-MLC2 in PA. In the myography study, pharmacological inhibition of sGC (ODQ, 10 µM) slowed relaxation during washout, which was more pronounced in PA than in MA. The simultaneous treatment of Y27632 and ODQ reversed the impaired relaxation in PA and MA. Although treatment of PA with Y27632 alone could increase the rate of relaxation, it was still slower than that of MA without Y27632 treatment. Taken together, we suggest that the higher ROCK and lower MYPT in PA would have induced the higher level of MLC2 phosphorylation, which is responsible for the characteristic slow relaxation in PA.
Acute pancreatitis is a multifactorial disease associated with the premature activation of digestive enzymes. The genes expressed in pancreatic acinar cells determine the severity of the disease. The present study determined the differentially expressed genes in pancreatic acinar cells treated with cerulein as an in vitro model of acute pancreatitis. Pancreatic acinar AR42J cells were stimulated with $10^{-8}$ M cerulein for 4 h, and genes with altered expression were identified using a cDNA microarray for 4,000 rat genes and validated by real-time PCR. These genes showed a 2.5-fold or higher increase with cerulein: lithostatin, guanylate cyclase, myosin light chain kinase 2, cathepsin C, progestin-induced protein, and pancreatic trypsin 2. Stathin 1 and ribosomal protein S13 showed a 2.5-fold or higher decreases in expression. Real-time PCR analysis showed time-dependent alterations of these genes. Using commercially available antibodies specific for guanylate cyclase, myosin light chain kinase 2, and cathepsin C, a time-dependent increase in these proteins were observed by Western blotting. Thus, disturbances in proliferation, differentiation, cytoskeleton arrangement, enzyme activity, and secretion may be underlying mechanisms of acute pancreatitis.
To generate expressed sequence tags for genomics research involving genetic linkage analysis, to examine gene expression profiles in muscles of channel catfish in a non-normalized muscle cDNA library, to compare gene expression in young and mature channel catfish muscles using the EST reagents and gene filters to demonstrate the feasibility of functional genomics research in small laboratories. 102 randomly picked cDNA clones were analyzed from the catfish muscle cDNA library. Of the sequences generated, 90.2% of ESTs was identified as known genes by identity comparisons. These 92 clones of known gene products represent transcriptional products of 24 genes. The 10 clones of unknown gene products represent 8 genes. The major transcripts (70.1% of the analyzed ESTs) in the catfish muscle are from many major genes involved in muscle contraction, relaxation, energy metabolism and calcium binding such as alpha actin, creatine kinase, parvalbumin, myosin, troponins, and tropomyosins. Gene expression of the unique ESTs was comparatively studied in the young and adult catfish muscles. Significant differences were observed for aldolase, myostatin, myosin light chain, parvalbumin, and an unknown gene. While myosin light chain and an unknown gene (CM 192) are down-regulated in the mature fish muscle, the aldolase, myostatin, and parvalbumin are significantly up-regulated in the mature fish muscle. Although the physiological significance of the changes in expression levels needs to be further addressed, this research demonstrates the feasibility and power of functional genomics in channel catfish. Channel catfish muscle gene expression profiles provide a valuable molecular muscle physiology blueprint for functional comparative genomics.
본 연구의 목적은 protein kinase C의 활성물질인 phorbol ester의 수축에 대한 cGMP 및 cAMP의 조절기전을 명확히 하기 위하여 흰쥐의 대동맥을 재료로 실험을 수행하였다. Sodium nitroprusside는 guanylyl cyclase를 활성화시켜 cGMP를, forskolin은 adenylyl cyclase를 활성화시켜서 cAMP를 증가시키는 것으로 보고되어 있으므로 위의 두 약물을 선택하였다. Phorbol ester는 시간경과와 함께 지속적인 수축을 발생하였으며 30분경 안정상태에 도달하였다. 동시에 20-kDa myosin light chain (MLC)의 인산화도 증가하였으며 30분경 최대치를 나타내었다. Sodium nitroprusside와 forskolin은 phorbol ester에 의한 수축을 농도의존적으로 억제하였으나 sodium nitroprusside가 forskolin보다 더욱 민감하게 억제하였다. Phorbol ester는 $^{45}Ca^{2+}$의 유입을 증가시켰고 sodium nitroprusside와 forskolin은 이 증가된 $^{45}Ca^{2+}$을 유의하게 억제하였다. Phorbol ester에 의하여 증가된 MLC의 인산화는 sodium nitroprusside 및 forskolin 각각의 최대농도로 억제되었다. 이상과 같은 결과로 볼때 아마도 cGMP와 cAMP는 phorbol ester에 의한 수축을 $^{45}Ca^{2+}$ 유입억제에 이은 MLC 인산화 억제에 의하여 이완작용을 나타내는 것으로 추측되며 cGMP가 cAMP보다 protein kinase C 매개의 수축조절에 더 중요하게 작용하리라 추측된다.
Uncontrolled cell growth and increased cell proliferation are major features of cancer that are dependent on the stable structure and dynamics of the cytoskeleton. Since stable cytoskeleton structure and dynamics are partly regulated by myosin light chain kinase (MLCK), many current studies focused on MLCK inhibition as a chemotherapeutic target. As a potent and selective MLCK inhibitor, ML-7 [1-(5-iodonaphthalene-1-sulfonyl)-1 H-hexahydro-1,4-diazapine hydrochloride] is a promising candidate for an anticancer agent, which would induce apoptosis as well as prevents invasion and metastasis in certain types of cancer cells. This study assessed cytotoxic effects of ML-7 against HL-60 cells and therapeutic efficacy of ML-7 as a potential antileukemia agent. Trypan-blue exclusion assays showed dose- and time- dependent decreases in ML-7 treated HL-60 cells (p<0.05). Comet assays revealed a significant increase in DNA damage in HL-60 cells after treatment with $40{\mu}M$ ML-7 for 2h. Sub-G1 fractions, analyzed by flow cytometry increased in a dose-dependent manner, suggesting that ML-7 can induce apoptotic cell death in HL-60 cells. ML-7 was selectively cytotoxic towards HL-60 cells; not affecting normal human lymphocytes. That selective effect makes it a promising potential anti-leukemia agent. In addition, anticancer efficacy of ML-7 in combination with flavonoids (genistein or quercetin) or anticancer drugs (cisplatin or Ara-C) against HL-60 cells was assessed. Combination of ML-7 with flavonoids increased the anti-cancer effect of ML-7 to a greater extent than combination with the anticancer drugs. This implies that ML-7 in combination with flavonoids could increase the efficacy of anticancer treatment, while avoiding side effects cansed by conventional anticancer drug-containing combination chemotherapy.
The breeding value of marbling score in skeletal muscle is an important factor for evaluating beef quality. In the present study, we investigated proteins associated with the breeding value of the marbling score for bovine sirloin to select potential biomarkers to improve meat quality through comparative proteomic analysis. Proteins isolated from muscle were separated by two-dimensional gel electrophoresis. After analyzing images of the stained gel, seven protein spots for the high marbling score group were identified corresponding to changes in expression that were at least two-fold compared to the low marbling score group. Four spots with increased intensities in the high marbling score group were identified as phosphoglycerate kinase 1, triosephophate isomerase, acidic ribosomal phosphoprotein PO, and capping protein (actin filament) Z-line alpha 2. Spots with decreased intensities in the high marbling score group compared to the low score group were identified as 14-3-3 epsilon, carbonic anhydrase II, and myosin light chain 1. Expression of myosin light chain 1 and carbonic anhydrase 2 was confirmed by Western blotting. Taken together, these data could help improve the economic performance of cattle and provide useful information about the underlying the function of bovine skeletal muscle.
Background: Melatonin, which is mainly produced by the pineal gland, has a good inhibitory effect on cell growth of multiple cancer types. However, the underlying molecular mechanisms of anti-tumor activity for colon cancer have not been fully elucidated. In this study, we investigated the effects of melatonin on migration in human colon cancer RKO cells and the potential molecular mechanisms. Materials and Methods: The viability of RKO cells was investigated by MTT assay after treatment with melatonin, SB203580 (p38 inhibitor) and phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA, MAPK activator) alone or in combination for 48h. The effects of melatonin, and ML-7, a selective inhibitor of myosin light chain kinase (MLCK), and SB203580, and PMA on the migration of RKO cells were analyzed by in vitro scratch-wound assay. The relative mRNA levels of MLCK was assessed by real-time quantitative RT-PCR. Western blotting analysis was performed to examine the expression of MLCK, phosphorylation of myosin light chain (pMLC) and p38 (pp38). Results: The proliferation and migration of human colon cancer RKO cells were inhibited significantly after treatment with melatonin. The expression levels of MLCK and phosphorylation of MLC of RKO cells were reduced, and real-time quantitative RT-PCR showed that melatonin had significant effects on suppressing the expression of MLCK. Furthermore, the phosphorylation level of p38, which showed the same trend, was also reduced when cells were treated by melatonin. In addition, ML-7 (25umol/l) could down-regulate the phosphorylation of p38. Conclusions: Melatonin could inhibit the proliferation and migration of RKO cells, and further experiments confirmed that p38 MAPK plays an important role in regulating melatonin-induced migration inhibition through down-regulating the expression and activity of MLCK.
Contraction of smooth muscle is initiated by an increase in cytosolic $Ca^{2+}$ leading to activation of $Ca^{2+}$/ calmodulin-dependnet myosin light chain (MLC) kinase and phosphorylation of MLC. The types of contraction and signaling mechanisms mediating contraction differ depending on the region. The involvement of these different mechanisms varies depending on the source of $Ca^{2+}$ and the kinetic of $Ca^{2+}$ mobilization. $Ca^{2+}$ mobilizing agonists stimulate different phospholipases $(PLC-{\beta},\;PLD\;and\;PLA_2)$ to generate one or more $Ca^{2+}$ mobilizing messengers $(IP_3\;and\;AA),$ and diacylglycerol (DAG), an activator of protein kinase C (PKC). The relative contributions of $PLC-{\beta},\;PLA_2$ and PLD to generate second messengers vary greatly between cells and types of contraction. In smooth muscle cell derived form the circular muscle layer of the intestine, preferential hydrolysis of $PIP_2$ and generation of $IP_3$ and $IP_3-dependent\;Ca^{2+}$ release initiate the contraction. In smooth muscle cells derived from longitudinal muscle layer of the intestine, preferential hydrolysis of PC by PLA2, generation of AA and AA-mediated $Ca^{2+}$ influx, cADP ribose formation and $Ca^{2+}-induced\;Ca^{2+}$ release initiate the contraction. Sustained contraction, however, in both cell types is mediated by $Ca^{2+}-independent$ mechanism involving activation of $PKC-{\varepsilon}$ by DAG derived form PLD. A functional linkage between $G_{13},$ RhoA, ROCK, $PKC-{\varepsilon},$ CPI-17 and MLC phosphorylation in sustained contraction has been implicated. Contraction of normal esophageal circular muscle (ESO) in response to acetylcholine (ACh) is linked to $M_2$ muscarinic receptors activating at least three intracellular phospholipases, i.e. phosphatidylcholine-specific phospholipase C (PC-PLC), phospholipase D (PLD) and the high molecular weight (85 kDa) cytosolic phospholipase $A_2\;(cPLA_2)$ to induce phosphatidylcholine (PC) metabolism, production of diacylglycerol (DAG) and arachidonic acid (AA), resulting in activation of a protein kinase C (PKC)-dependent pathway. In contrast, lower esophageal sphincter (LES) contraction induced by maximally effective doses of ACh is mediated by muscarinic $M_3$ receptors, linked to pertussis toxin-insensitive GTP-binding proteins of the $G_{q/11}$ type. They activate phospholipase C, which hydrolyzes phosphatidylinositol bisphosphate $(PIP_2),$ producing inositol 1, 4, 5-trisphosphate $(IP_3)$ and DAG. $IP_3$ causes release of intracellular $Ca^{2+}$ and formation of a $Ca^{2+}$-calmodulin complex, resulting in activation of myosin light chain kinase and contraction through a calmodulin-dependent pathway.
The sensory transduction processes of blue light in guard cells have been suggested the involvement of Ca$^{2+}$/calmodulin-dependent myosin light chain kinase (MLCK) or MLCK-like proteins. The source of Ca$^{2+}$ required for the signal transduction process was investigated in guard cell protoplasts (GCPs). The GCPs showed the typical H$^+$ pumping activity by blue light (200 $\mu$mol m$^{-2}$ s$^{-1}$) and fusicoccin (10 $\mu$M) under background red light (600 $\mu$mol m$^{-2}$ s$^{-1}$). The blue light-dependent H$^+$ pumping was not significantly affected by the externally changed Ca$^{2+}$ concentrations. The addition of 1 mM Ca$^{2+}$ in the bathing medium ratherly inhibited the H$^+$ pumping. In contrast, the blue light-dependent H$^+$ pumping was inhibited by caffeine and 2,5-di-(tert-butyl)-1,4-benzohydroquinone (BHQ), inhibitor of C$^{2+}$-ATPase in endoplasmic reticulum (ER) without inhibiting the H $^+$ pump. The inhibition by caffeine and BHQ was fully reversible. The extent of inhibition by caffeine and BHQ was larger when they were added together than when added separately. The results suggest that Ca$^{2+}$ required for the blue light-dependent H$^+$ pumping may be released from the intracellular Ca$^{2+}$ stores, probably ER in guard cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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