Background: Ca2+ signaling plays a vital role in neuronal signaling and altered Ca2+ homeostasis in Parkinson's disease (PD). Overexpression of αSYN significantly promote the Ca2+-Calmodulin (CaM) activity and subsequent nuclear translocation of nuclear factor of activated T cells (NFAT) transcription factor in dopaminergic neurons of midbrain. However, the exact role of Ca2+-CaM and NFAT in PD pathology is yet to be elucidated. Methods: We designed the CaM-NFAT-oligodeoxynucleotide (ODN), a synthetic short DNA containing complementary sequence for NFAT transcription factor and CaM mRNA. Then, the effect of CaM-NFAT-ODN on 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+)-mediated neurotoxicity was investigated in mimic PD model in vitro. Results: First, the expression of αSYN and CaM was strongly increased in substantia nigra (SN) of PD and the expression of tyrosine hydroxylase (TH) was strongly increased in control SN. Additionally, the expression of apoptosis marker proteins was strongly increased in SN of PD. Transfection of CaM-NFAT-ODN repressed CaM and pNFAT, the target genes of this ODN in rat embryo primary mesencephalic neurons. It also reduced ERK phosphorylation, a downstream target of these genes. These results demonstrated that CaM-NFAT-ODN operated successfully in rat embryo primary mesencephalic neurons. Transfection of CaM-NFAT-ODN repressed TH reduction, αSYN accumulation, and apoptosis by MPP+-induced neurotoxicity response through Ca2+ signaling and mitogen-activated protein kinases (MAPK) signaling. Conclusion: Synthetic CaM-NFAT-ODN has substantial therapeutic feasibility for the treatment of neurodegenerative diseases.
The nuclear factor of activated T cells (NFAT) protein induce transcription of cytokine genes required for T-cell activation, including the IL-2 gene. Activation of NFAT normally plays a significant role in inducing immune response. However, excessive activation provokes immunopathological reactions including autoimmunity, transplant rejection and inflammation. Thus, several natural products were screened on the inhibitory activity against the NFAT transcription factor. Among them, Euonymus sieboldiana showed strong inhibitory activity against the NFAT transcription factor without affecting cell viability.
The NFAT family of transcription factors plays pivotal roles in the development and function of the immune system. Their activation process is tightly regulated by calcium-dependent phosphatase calcineurin and has been a target of the immunosuppressive drugs cyclosporin A and FK-506. Although the clinical use of these drugs has dramatically increased the success of organ transplantation, their therapeutic use is limited by severe side effects. Recent studies for the calcineurin/NFAT signaling pathway have identified a number of cellular proteins that inhibit calcineurin function. Specific peptide sequences that interfere with the interaction between calcineurin and NFAT have also been characterized. Moreover, diverse approaches to identify small organic molecules that modulate NFAT function have been performed. This review focuses on the recent advances in our understanding of the inhibitory modulation of NFAT function, which may open up the additional avenues for immunosuppressive therapy.
Kim, Kyoung-Shin;Park, Jae-Won;Chae, Suhn-Kee;Kang, Jung-Soo;Kim, Byoung-Soo
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.25
no.3
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pp.459-465
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2011
The nuclear factor of activated T cells (NFAT) protein induces transcriptions of cytokine genes including IL-2 for T-cell activation. Normally activation of NFAT is important to induce immune responses but excessive NFAT activation provokes immunopathological reactions such as autoimmunity, transplant rejection, and inflammation. Thus, for the treatment of autoimmune diseases drugs repressing the activation of NFAT have been searched. In this study, immnunosuppressive effects of Rosa chinensis Jacq. extracts identified as a potent NFAT inhibitor from a natural product library were examined. NFAT reporter assay, MTS assay, real time PCR, IL-2 ELISA, MLR, and FACS (Fluorescent Activated Cell Sorting) were used to measure inhibitory immunocyte activities of Rosa chinensis Jacq. The variety of natural products have been screened and some were found to show inhibitory activities against the NFAT transcription factor. Among them, extract of Rosa chinensis Jacq. showed an strong inhibitory effect on the activation of NFAT without affecting cell viability. Levels of IL-2 transcripts as well as IL-2 protein were decreased with treatment of Rosa chinensis Jacq. extract. In addition, immunosuppressive activity of Rosa chinensis Jacq. extract was exhibited in the mixed leukocytes reaction. The increasement of CD4+CD25+ (Treg) immunocyte was also detected in the analysis using FACS after applying Rosa chinensis Jacq. extract. Immunosuppressive effects of the Rosa chinensis Jacq. extracts were clearly demonstrated in the present study. In addition, Rosa chinensis Jacq. extract also positively affected regulatory T cell induction. Further investigations in particular on purification of single substance responsible for the immunosuppressive effects from the extract and analysis on possible actions of the extract in interfering cell signaling and cytokine production will be needed.
Human adipose tissue-derived mesenchymal stem cells (hADSCs) have therapeutic potential, including the ability to self-renew and differentiate into multiple lineages. Understanding of molecular mechanisms of stem cell differentiation is important for improving the therapeutic efficacies of stem cell transplantation. In this study, we determined the role of nuclear factor of activated T cells (NFAT5) in the osteogenic differentiation of hADSCs. The down-regulation of NFAT5 expression by the transfection of a specific siRNA significantly inhibited osteogenic differentiation of hADSCs and decreased the activity of the nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-${\kappa}B$) promoter without affecting their proliferation and adipogenic differentiation. The inhibition of NFAT5 expression inhibited the basal and Tumor Necrosis Factor ${\alpha}$ (TNF-${\alpha}$) induced activation of NF-${\kappa}B$, but it did not affect TNF-${\alpha}$-induced degradation of the $I{\kappa}B$ protein. These findings indicate that NFAT5 plays an important role in the osteogenic differentiation of hADSCs through the modulation of the NF-${\kappa}B$ pathway.
HK shiitake mushroom mycelium (HKSMM), containing 14% β-glucan, is a health functional food ingredient approved individually for liver health by the Ministry of Food and Drug Safety. The immune-enhancing efficacy of a 50% aqueous ethanol extract of HKSMM (designated HKSMM50) was studied in Jurkat cells activated with concanavalin A (ConA). Active hexose correlated compound (AHCC) was used as a positive control. ConA-activated Jurkat cells were treated with HKSMM50 (0, 25, 50, 100 ㎍ g/ml) or AHCC (100 ㎍ g/ml), and cultured for 3 and 6 hours. The nuclear factor of activated T cells (NFAT) protein content in the cytosol and the nucleus was measured by Western blotting. Interleukin-2 (IL-2), interferon-gamma (IFN-γ), and cyclooxygenase-2 (COX-2) were determined using enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) kits. HKSMM50 lowered NFAT content in the cytosol, but elevated NFAT content in the nucleus. The IL-2 and IFN-γ productions were elevated. Meanwhile, both COX-2 activity and apoptosis were suppressed. The efficacy of the AHCC treatment showed similar to those of HKSMM50 treatments. These results indicate that the HKSMM50 exhibited immune-enhancing effects in ConA-treated Jurkat cells by activation of NFAT protein, and suggest that HKSMM could be used as a health functional food ingredient to improve immune functions in humans.
Although nuclear factor of activated T cell (NFAT) plays a key role in inflammation, its anti-inflammatory effects and mechanism of action in periodontitis are still unknown. This study aimed to identify the effects of NFAT on the proinflammatory mediators activated by lipopolysaccharide (LPS) plus nicotine stimulation in human periodontal ligament cells (hPDLCs). The production of nitric oxide (NO) and prostaglandin $E_2(PGE_2)$ was evaluated using Griess reagent and an enzyme immunoassay, respectively. The expression of inducible nitric oxide synthase (iNOS), cyclooxygenase-2 (COX-2) and NFAT proteins was evaluated by Western blot analysis. LPS plus nicotine synergistically induced the production of NO and $PGE_2$ and increased the protein expression of iNOS, COX-2 and NFAT. Treatment with an NFAT inhibitor blocked the LPS plus nicotine-stimulated NO and $PGE_2$ release as well as the expression of iNOS and COX-2. Our data suggest that the LPS plus nicotine-induced inflammatory effects on hPDLCs may act through a novel mechanism involving the action of NFAT. Thus, NFAT may provide a potential therapeutic target for the treatment of periodontal disease associated with smoking and dental plaque.
Three lignans isolated from the roots of A. koreanum (Araliaceae), namely eleutheroside E(1), tortoside A(2), and hemiariensin(4), were evaluated for their ability to inhibit NFAT transcription factor. Of these compounds, compound 4, possessing a diarylbutane skeleton, exhibited potent inhibitory activity against NFAT transcription factor (($IC_{50}$ : 36.3${\pm}2.5{\mu}\textrm{M}$). However, the activities of 1 (($IC_{50}$:>500 11M) and 2 (($IC_{50}$: 136.1 ${\pm}9.4\mu\textrm{M}$), which possess bisaryldioxabicy-clooctane skeletons, were lower. As the lignan derivatives of the same skeletons, hinokinin (5) and (-)-yatein (6) with diarylbutane skeletons and(+)-syringaresinol (3) with a bisaryldioxabicy-clooctane skeleton were also studied for their inhibitory effects on NFAT transcription factor.
Objectives The suppressive effect of CSBHT has been mysterious. Thus, the present study is designed to investigate the suppressive effect and its mechanism. Methods To investigate the anti-allergy effect from ChungShimBoHyeolTang(CSBHT), RBL-2H3 cell was used and examined by Real-Time PCR, and IL-4 and IL-13 from RBL-2H3 was examined by ELIS. In addition, GATA-1, GATA-2, NFAT-1, NFAT-2, c-Fos, c-Jun, NF-${\kappa}B$ p65 transcription factors of RBL-2H3 mast cell were examined by Western Blotting. Also, OVA/alum-sensitized mice were orally administrated CSBHT and serum OVA-specific IgE production, IL-4, and IL-13 production in splenocytes supernatant were examined. Results As a result of treating with CSBHT extract, RBL-2H3 mast cells significantly suppressed the IL-4 and IL-13 mRNA expression and IL-4 and IL-13 production. Western blot analysis of transcription factors involving IL-4 and IL-13 expression also revealed a prominent decreases of mast cell's specific transcription factors including GATA-1, GATA-2, NFAT-1, NFAT-2, c-Fos, and NF-${\kappa}B$ p65. Also, examining the mice, administration of CSBHT suppressed the amount of OVA-specific IgE in OVA/alum-sensitized mice and IL-4 and IL-13 production in splenocytes supernatant. Conclusions The study suggested that the anti-allergic activities of CSBHT suppresses IL-4 and IL-13 production from the Th2 cytokines by suppressing transcription factors as GATA-1, GATA-2, NFAT-1, NFAT-2, c-Fos and NF-${\kappa}B$ p65 in mast cells.
2Department of Marine Molecular Biotechnology, College of Life Science, Gangneung-Wonju National University Recently, we reported that diarylheptanoid hirsutenone (HST) effectively inactivated T lymphocytes. However, it has not been evaluated whether HST is involved in calcineurin or calmodulin inactivation. In the present study, cells were treated with T-cell inhibitors with or without HST. Our results revealed that HST successfully inhibited expression of T-helper type I (Th1) and Th2 cytokines. Co-treatment with HST and nuclear factor-activated T cell (NFAT) activation inhibitor III (INCA-6) showed a more sensitive effect than that with other inhibitors, suggesting that HST contributes to inhibition of dephosphorylation of NFAT in the cytosol. HST up-regulated cell cycle arrest genes and inhibited the growth of Staphylococcus aureus. These effects were confirmed in an NFAT electrophoretic-mobility shift assay via successful inhibition of NFAT translocation and in the histological recovery in a 2,4-dinitrochloro benzene-induced in vivo model. Taken together, HST was shown to effectively inhibit T-cell activation via inhibition of cytosolic NFAT dephosphorylation, similar to INCA-6.
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