UV irradiation activates various intracellular signaling pathways causing cell death in a DNA damage-dependent and an independent manner. As DNA photoproducts, major forms of DNA damage, are maximally formed by UV light at 260-nm, short wavelength UV (UVC) is more harmful than middle wavelength UV (UVB). However, the differences or similarities in responses of DNA damage-independent intracellular signaling molecules to UVB and UVC are not elucidated. We examined activation of signaling molecules towards apoptosis in normal human fibroblastic cells after irradiation with UVB or UVC at a dose generating the equal amount of DNA photoproducts. Both UVB and UVC induced transient phosphorylation of ERK and sustained phosphorylation of p38. Phosphorylation of p53 at Ser15 and at Ser392 residues were also observed, which were inhibited by a phosphoinositide 3-kinase inhibitor, wortmannin. In contrast, an antioxidant N-acetyl-cysteine and a p38 inhibitor SB203580 suppressed only Ser392 phosphorylation, suggesting that UV-induced oxidative stress and p38 activation were involved in the phosphorylation of this site. The apoptic signals such as mitochondrial cytochrome C release and annexin V binding were then observed. Overall, no difference was found in chronological responses of p53, MAPK, and apoptosis between UVB-irradiated and UVC-irradiated cells. These results suggested that DNA damage-independent intracellular signaling molecules similarly responded to UVB and UVC when the equal level of DNA photoproducts were generated.
The Bis protein is known to be involved in a variety of cellular processes including apoptosis, migration, autophagy as well as protein quality control. Bis expression is induced in response to a number of types of stress, such as heat shock or a proteasome inhibitor via the activation of heat shock factor (HSF)1. We report herein that Bis expression is increased at the transcriptional level in HK-2 kidney tubular cells and A172 glioma cells by exposure to oxidative stress such as $H_2O_2$ treatment and oxygen-glucose deprivation, respectively. The pretreatment of HK-2 cells with N-acetyl cysteine, suppressed Bis induction. Furthermore, HSF1 silencing attenuated Bis expression that was induced by $H_2O_2$, accompanied by increase in reactive oxygen species (ROS) accumulation. Using a series of deletion constructs of the bis gene promoter, two putative heat shock elements located in the proximal region of the bis gene promoter were found to be essential for the constitutive expression is as well as the inducible expression of Bis. Taken together, our results indicate that oxidative stress induces Bis expression at the transcriptional levels via activation of HSF1, which might confer an expansion of antioxidant capacity against pro-oxidant milieu. However, the possible role of the other cis-element in the induction of Bis remains to be determined.
Lee, Eun Kyeong;Kim, Jin-Ah;Park, Seong Joon;Kim, Jeung Ki;Heo, Kyu;Yang, Kwang Mo;Son, Tae Gen
BMB Reports
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v.46
no.5
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pp.258-263
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2013
In the current study, we explored the effect of LDR on the activation of Nrfs transcription factor involved in cellular redox events. Experiments were carried out utilizing 0.05 and 0.5 Gy X-ray irradiated normal human skin fibroblast HS27 cells. The results showed LDR induced Nrf1 and Nrf2 activation and expression of antioxidant genes HO-1, Mn-SOD, and NQO1. In particular, 0.05 Gy-irradiation increased only Nrf1 activation, but 0.5 Gy induced both Nrf1 and Nrf2 activation. LDR-mediated Nrf1/2 activation was accompanied by reactive species (RS) generation and $Ca^{2+}$ flux. This effect was abolished in the presence of N-acetyl-cysteine and BAPTA- AM. Furthermore, Nrf1/2 activation by LDR was suppressed by PD98059, an inhibitor of ERK1/2. In conclusion, LDR induces Nrf1 and Nrf2 activation and expression of Nrf-regulated antioxidant defense genes through RS and $Ca^{2+}$/ERK1/2 pathways, suggesting new insights into the molecular mechanism underlying the beneficial role of LDR in HS27 cells.
The expression of cyclooxygenase-2 (COX-2) is a characteristic response to inflammation and can be inhibited with sodium salicylate. $TNF-{\alpha}$ plus $IFN-{\gamma}$ can induce extracellular signal-regulated kinase (ERK), IKK, $I{\kappa}B$ degradation and NF-${\kappa}B$ activation. The inhibition of the ERK pathway with selective inhibitor, PD098059, blocked cytokine-induced COX-2 expression and $PGE_2$ release. Salicylate treatment inhibited COX-2 expression induced by $TNF-{\alpha}$/$IFN-{\gamma}$ and regulated the activation of ERK, IKK and $I{\kappa}B$ degradation and subsequent NF-${\kappa}B$ activation in MC3T3E1 osteoblasts. Furthermore, antioxidants such as catalase, N-acetyl-cysteine or reduced glutathione attenuated COX-2 expression in combined cytokines-treated cells, and also inhibited the activation of ERK, IKK and NF-${\kappa}B$ in MC3T3E1 osteoblasts. In addition, $TNF-{\alpha}$/$IFN-{\gamma}$ stimulated ROS release in the osteoblasts. However, salicylate had no obvious effect on ROS release in DCFDA assay. The results showed that salicylate inhibited the activation of ERK and IKK, $I{\kappa}B$ degradation and NF-${\kappa}B$ activation independent of ROS release and suggested that salicylate exerts its anti-inflammatory action in part through inhibition of ERK, IKK, $I{\kappa}B$, $NF-{\kappa}B$ and resultant COX-2 expression pathway.
Resveratrol is a polyphenolic compound frequently found in the diet, and its physiological actions have been extensively investigated. In the present study, modulation of the antioxidant and cytotoxic properties of resveratrol at different pHs by various antioxidants were investigated. To measure its antioxidant effects, resveratrol was incubated at different pHs, including 6.5, 7.4, and 8.0. Resveratrol incubated at pH 6.5 showed significantly higher DPPH radical scavenging activity, whereas resveratrol incubated at pH 8.0 did not show antioxidant effects. Resveratrol produced much higher amounts of $H_2O_2$ at pH 8.0 than 7.4. The cytotoxic effects of resveratrol on HeLa cells were significantly enhanced by several antioxidants, including superoxide dismutase, N-acetyl cysteine, glutathione, and ascorbic acid. The present results suggest that resveratrol shows anti- or pro-oxidant effects in different cellular organelles according to the pH conditions, and blocking of reactive oxygen species from resveratrol enhances its cytotoxic effects.
Ryu Ji Yong;Yun Jong Min;Cho Kwang Ho;Moon Byung Soon
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.18
no.4
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pp.1120-1128
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2004
Zinc ion has both essential and toxic effects on mammalian cells. The results demonstrated that the ability of zinc to act as an inducer of apoptosis in C6 glial cells. Incubation with 0.2 mM ZnCl₂ caused cell death that was characterized as apoptosis by internucleosomal DNA fragmentation, formation of apoptotic bodies, nuclear fragmentation and breakdown of the mitochondrial membrane potential. ZnCl₂-induced apoptosis of C6 glial cells was prevented by the addition of Sibjeondaebo-Tang and antioxidants including reduced glutathione, N-acetyl-L-cysteine. We further confirmed that ZnCl₂ decreased the intracellular levels of GSH as well as generation of H₂O₂ in C6 glial cells. In 2D-electrophoresis, computer-assisted comparative analysis of the respective silver stained spot patterns revealed 3 groups with strongly decreased intensity by ZnCl₂. Whereas, 3 groups with increasing intensity were recovered by Sibjeondaebo-Tang. These results suggest that Sibjeondaebo-Tang may function as an antioxidant against free radicals and be applicable to the treatment of brain cells against oxidative stress.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.32
no.3
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pp.157-164
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2018
This study was designed to investigate the mechanism of the synergistic anticancer effect of Astragalus membranaceus (AM) and Adenophora triphylla var. japonica (AT) in H1299 human lung carcinoma cells. A combined treatment of ethanol extract of AM (EAM) and AT (EAT) explosively increased the reactive oxygen species (ROS) generation in H1299 cells compared to the single treatment of each of them. Co-treatment of N-acetyl-L-cysteine (NAC) with EAM and EAT markedly enhanced the cell viability and suppressed apoptosis in H1299 cells, suggesting that ROS generation contributed to the anticancer effect of EAM and EAT. Interestingly, the combined treatment of EAM and EAT down-regulated p-AKT in H1299 cells, which was abrogated by NAC treatment. These results clearly indicated that ROS generation mediated the inactivation of AKT. Co-treatment of LY294002 with EAM and EAT significantly reduced the cell viability at a concentration which EAM and EAT didn't show any cytotoxicity. In addition, the recovery of cell viability by co-treatment of NAC with EAM and EAT was quite reversed by LY294002 treatment, which confirmed that the inactivation of AKT played a pivotal role in ROS-mediated apoptosis. Taken together, our results demonstrated that the synergistic anticancer effect of EAM and EAT was mediated by ROS generation and inactivation of AKT. We provide a valuable preclinical data for the development of more effective combination of AM and AT to treat lung cancer.
Proceedings of the Korean Society of Applied Pharmacology
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1997.04a
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pp.79-79
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1997
자연계에 존재하는 수은중 유기수은은 생태계 먹이사슬을 통하여 체내의 여러장기에 축적되어 조직손상을 일으키는 것으로 잘 알려져 있다. 그러나 이러한 세포독성에 대한 정확한 생화학적 기전에 대해서는 자세히 알려진 바가 없다. 포스포리파아제 $A_2$(PLA$_2$)는 세포막의 인지질로부터 Arachidonic acid (AA)와 Lysophospholipid를 유리시키는 효소로 최근 세포손상과 관련하여 그 역할이 주목되고 있으며, 극히 최근, 일차배양 소뇌신경세포를 이용한 연구에서 메칠수은처리에 의해 세포독성의 지표인 Lactate dehydrogenase (LDH)의 유리와 함께 AA 유리가 증가되는 것이 관찰되었으나 여러형태의 PLA$_2$중 어느형태의 효소가 관련되어 있는지, 또한, 그 자세한 기전에 대해서는 불분명한 점이 많다. 본 연구에서는 신장세포의 일종인 MDCK세포를 이용하여 메칠수은의 처리에 의한 PLA$_2$의 활성화 및 그 생화학적인 기전을 구명하고자 하였다. [$^3$H]AA를 MDCK세포의 배양액에 첨가하여 라벨링한 후 메칠수은을 처리하였을때 [$^3$H]AA가 대조군에 비해 농도의존적 및 경시적으로 현저하게 증가하였으며 동시에 LDH의 유리도 함께 관찰되었다. 이러한 [$^3$H]AA의 유리 증가는 세포질 PLA$_2$에 특이적인 저해제로 알려진 AACOCF$_3$의 전처리에 의해 거의 완전히 억제되었으나 LDH의 유리는 오히려 증가하였다. 또한, 글루타치온(GSH)의 전구체인 NAC (N-Acetyl Cysteine)에 의해 [$^3$H]AA의 유리는 부분적으로 감소하였으나, LDH의 유리는 변함이 없었다. 돼지비장이나 MDCK 세포에서 얻어진 세포질 PLA$_2$에 메칠수은을 직접 처리하였을때는 오히려 PLA$_2$의 활성은 감소되었다. 위의 결과들로부터 메칠수은에 의한 [$^3$H]AA의 유리 증가는 세포질 PLA$_2$효소에 대한 직접적인 작용이 아니라 세포내 -SH기의 차단이나 Oxidative Stress에 의해 간접적으로 활성화되는 것으로 예상되며, 세포질 PLA$_2$에 의해 유리된 AA의 세포독설과 관련된 세포내의 역할에 대해 의문이 제기되었다.
Sesamin, a lipid-soluble lignin originally isolated from sesame seeds, which induces cancer cell apoptosis and autophagy. In the present study, has been reported that sesamin induces apoptosis via several pathways in human lung cancer cells. However, whether mitophagy is involved in sesamin induced lung cancer cell apotosis remains unclear. This study, the anticancer activity of sesamin in lung cancer was studied by reactive oxygen species (ROS) and mitophagy. A549 cells were treated with sesamin, and cell viability, migration ability, and cell cycle were assessed using the CCK8 assay, scratch-wound test, and flow cytometry, respectively. ROS levels, mitochondrial membrane potential, and apoptosis were examined by flow cytometric detection of DCFH-DA fluorescence and by using JC-1 and TUNEL assays. The results indicated that sesamin treatment inhibited the cell viability and migration ability of A549 cells and induced G0/G1 phase arrest. Furthermore, sesamin induced an increase in ROS levels, a reduction in mitochondrial membrane potential, and apoptosis accompanied by an increase in cleaved caspase-3 and cleaved caspase-9. Additionally, sesamin triggered mitophagy and increased the expression of PINK1 and translocation of Parkin from the cytoplasm to the mitochondria. However, the antioxidant N-acetyl-L-cysteine clearly reduced the oxidative stress and mitophagy induced by sesamin. Furthermore, we found that cyclosporine A (an inhibitor of mitophagy) decreased the inhibitory effect of sesamin on A549 cell viability. Collectively, our data indicate that sesamin exerts lethal effects on lung cancer cells through the induction of ROS-mediated mitophagy and mitochondrial apoptosis.
Zhang, Peng;Hong, Ji;Yoon, I Na;Kang, Jin Ku;Hwang, Jae Sam;Kim, Ho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.27
no.6
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pp.1163-1170
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2017
Clostridium difficile releases two exotoxins, toxin A and toxin B, which disrupt the epithelial cell barrier in the gut to increase mucosal permeability and trigger inflammation with severe diarrhea. Many studies have suggested that enteric nerves are also directly involved in the progression of this toxin-mediated inflammation and diarrhea. C. difficile toxin A is known to enhance neurotransmitter secretion, increase gut motility, and suppress sympathetic neurotransmission in the guinea pig colitis model. Although previous studies have examined the pathophysiological role of enteric nerves in gut inflammation, the direct effect of toxins on neuronal cells and the molecular mechanisms underlying toxin-induced neuronal stress remained to be unveiled. Here, we examined the toxicity of C. difficile toxin A against neuronal cells (SH-SY5Y). We found that toxin A treatment time- and dose-dependently decreased cell viability and triggered apoptosis accompanied by caspase-3 activation in this cell line. These effects were found to depend on the up-regulation of reactive oxygen species (ROS) and the subsequent activation of p38 MAPK and induction of $p21^{Cip1/Waf1}$. Moreover, the N-acetyl-$\text\tiny L$-cysteine (NAC)-induced down-regulation of ROS could recover the viability loss and apoptosis of toxin A-treated neuronal cells. These results collectively suggest that C. difficile toxin A is toxic for neuronal cells, and that this is associated with rapid ROS generation and subsequent p38 MAPK activation and $p21^{Cip1/Waf1}$ up-regulation. Moreover, our data suggest that NAC could inhibit the toxicity of C. difficile toxin A toward enteric neurons.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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