Fabry disease is a lysosomal storage disorder characterized by the lysosomal accumulations of glycosphingolipids in a variety of cytotypes, which include endothelial cells. The disease is inherited and originates from an error in glycosphingolipid catabolism caused by insufficient α-galactosidase A activity, which causes uncontrolled progressive storage of intracellular globotriaosylceramide (Gb3) in the vasculature and extracellular accumulation of lyso-Gb3 (a deacetylated soluble form of Gb3). Necrosis can lead to inflammation, which exacerbates necrosis and creates a positive feedback loop that triggers necroinflammation. However, the role played by necroptosis, a form of programmed necrotic cell death, in the cell-to-cell inflammatory reaction between epithelial and endothelial cells is unclear. Thus, the present study was undertaken to determine whether lyso-Gb3 induces necroptosis and whether necroptosis inhibition protects endothelial dysfunction against lyso-Gb3 inflamed retinal pigment epithelial cells. We found lyso-Gb3 induced necroptosis of a retinal pigment epithelial cell line (ARPE-19) in an autophagy-dependent manner and that conditioned media (CM) from ARPE-19 cells treated with lyso-Gb3 induced the necroptosis, inflammation, and senescence of human umbilical vein endothelial cells. In addition, a pharmacological study showed CM from lyso-Gb3 treated ARPE-19 cells induced endothelial necroptosis, inflammation, and senescence were significantly inhibited by an autophagy inhibitor (3-MA) and by two necroptosis inhibitors (necrostatin and GSK-872), respectively. These results demonstrate lyso-Gb3 induces necroptosis via autophagy and suggest that lyso-Gb3 inflamed retinal pigment epithelial cells trigger endothelial dysfunction via the autophagy-dependent necroptosis pathway. This study suggests the involvement of a novel autophagy-dependent necroptosis pathway in the regulation of endothelial dysfunction in Fabry disease.
Necroptosis is an emerging form of programmed cell death occurring via active and well-regulated necrosis, distinct from apoptosis morphologically, and biochemically. Necroptosis is mainly unmasked when apoptosis is compromised in response to tumor necrosis factor alpha. Unlike apoptotic cells, which are cleared by macrophages or neighboring cells, necrotic cells release danger signals, triggering inflammation, and exacerbating tissue damage. Evidence increasingly suggests that programmed necrosis is not only associated with pathophysiology of disease, but also induces innate immune response to viral infection. Therefore, necroptotic cell death plays both physiological and pathological roles. Physiologically, necroptosis induce an innate immune response as well as premature assembly of viral particles in cells infected with virus that abrogates host apoptotic machinery. On the other hand, necroptosis per se is detrimental, causing various diseases such as sepsis, neurodegenerative diseases and ischemic reperfusion injury. This review discusses the signaling pathways leading to necroptosis, associated necroptotic proteins with target-specific inhibitors and diseases involved. Several studies currently focus on protective approaches to inhibiting necroptotic cell death. In cancer biology, however, anticancer drug resistance severely hampers the efficacy of chemotherapy based on apoptosis. Pharmacological switch of cell death finds therapeutic application in drug- resistant cancers. Therefore, the possible clinical role of necroptosis in cancer control will be discussed in brief.
Necroptosis is a well-known form of caspase-independent cell death. Necroptosis can be triggered by various extrinsic stimuli, including death ligands in the presence of receptorinteracting protein kinase 3 (RIPK3), a key mediator of necroptosis induction. Our recent studies have revealed that C-terminus HSC-70 interacting protein (CHIP), an E3 ligase, can function as an inhibitor of necroptosis. CHIP−/− mouse embryonic fibroblast showed higher sensitivity to necrotic stimuli than wild-type mouse embryonic fibroblast cells. Deleterious effects of CHIP knockout MEFs were retrieved by RIPK3 depletion. We found that CHIP negatively regulated RIPK3 and RIPK1 by ubiquitylation- and lysosome- dependent degradation. In addition, CHIP−/− mice showed postnatal lethality with intestinal defects that could be rescued by crossing with RIPK3−/− mice. These results suggest that CHIP is a negative regulator of RIPK1 and RIPK3, thus inhibiting necroptosis.
Breast cancer, the most common cancer in the women, is the leading cause of death. Necrotic signaling pathways will enable targeted therapeutic agents to eliminate apoptosis-resistant cancer cells. In the present study, the effect of shikonin on the induction of cell necroptosis or apoptosis was evaluated using the T-47D breast cancer cell line. The cell death modes, caspase-3 and 8 activities and the levels of reactive oxygen species (ROS) were assessed. Cell death mainly occurred through necroptosis. In the presence of Nec-1, caspase-3 mediated apoptosis was apparent in the shikonin treated cells. Shikonin stimulates ROS generation in the mitochondria of T-47D cells, which causes necroptosis or apoptosis. Induction of necroptosis, as a backup-programmed cell death pathway via ROS stimulation, offers a new strategy for the treatment of breast cancer.
Programmed cell death is a basic cellular process that is critical to maintaining tissue homeostasis. In contrast to apoptosis, necrosis was previously regarded as an unregulated and uncontrollable process. However, as research has progressed, necrosis, also known as necroptosis or programmed necrosis, is drawing increasing attention, not least becasu of its possible impications for cancer research. Necroptosis exhibits a unique signaling pathway that requires the involvement of receptor interaction protein kinases 1 and 3 (RIP1 and RIP3), mixed lineage kinase domain-like (MLKL), and phosphoglycerate mutase 5 (PGAM5) and can be specifically inhibited by necrostatins. Not only does necroptosis serve as a backup cell death program when apoptosis is inhibited, but it is now recognized to play a pivotal role in regulating various physiological processes and the pathogenesis of a variety of human diseases such as ischemic brain injury, immune system disorders and cancer. The control of necroptosis by various defined trigger factors and signaling pathways now offers the opportunity to target this cellular process for therapeutic purposes. The purpose of this paper is to review current findings concerning the connections between various trigger factors and the RIP1/RIP3 signaling pathway as it relates to necroptosis.
Currently, many available anti-cancer therapies are targeting apoptosis. However, many cancer cells have acquired resistance to apoptosis. To overcome this problem, simultaneous induction of other types of programmed cell death in addition to apoptosis of cancer cells might be an attractive strategy. For this purpose, we initially investigated the inhibitory role of TRIP-Br1/XIAP in necroptosis, a regulated form of necrosis, under nutrient/serum starvation. Our data showed that necroptosis was significantly induced in all tested 9 different types of cancer cell lines in response to prolonged serum starvation. Among them, necroptosis was induced at a relatively lower level in MCF-7 breast cancer line that was highly resistant to apoptosis than that in other cancer cell lines. Interestingly, TRIP-Br1 oncogenic protein level was found to be very high in this cell line. Up-regulated TRIP-Br1 suppressed necroptosis by repressing reactive oxygen species generation. Such suppression of necroptosis was greatly enhanced by XIAP, a potent inhibitor of apoptosis. Our data also showed that TRIP-Br1 increased XIAP phosphorylation at serine87, an active form of XIAP. Our mitochondrial fractionation data revealed that TRIP-Br1 protein level was greatly increased in the mitochondria upon serum starvation. It suppressed the export of CypD, a vital regulator in mitochondria-mediated necroptosis, from mitochondria to cytosol. TRIP-Br1 also suppressed shikonin-mediated necroptosis, but not TNF-α-mediated necroptosis, implying possible presence of another signaling pathway in necroptosis. Taken together, our results suggest that TRIP-Br1/XIAP can function as onco-proteins by suppressing necroptosis of cancer cells under nutrient/serum starvation.
Fas-associated protein with death domain (FADD), an adaptor that bridges death receptor signaling to the caspase cascade, is indispensible for the induction of extrinsic apoptotic cell death. Interest in the non-apoptotic function of FADD has greatly increased due to evidence that FADD-deficient mice or dominant-negative FADD transgenic mice result in embryonic lethality and an immune defect without showing apoptotic features. Numerous studies have suggested that FADD regulates cell cycle progression, proliferation, and autophagy, affecting these phenomena. Recently, programmed necrosis, also called necroptosis, was shown to be a key mechanism that induces embryonic lethality and an immune defect. Supporting these findings, FADD was shown to be involved in various necroptosis models. In this review, we summarize the mechanism of extrinsic apoptosis and necroptosis, and discuss the in vivo and in vitro roles of FADD in necroptosis induced by various stimuli.
BACKGROUND/OBJECTIVES: The study was conducted to investigate the efficacy of the combination treatment of phytochemical resveratrol and the anticancer drug docetaxel (DTX) on prostate carcinoma LNCaP cells, including factors related to detailed cell death mechanisms. MATERIALS/METHODS: Using 2-dimensional monolayer and 3-dimensional spheroid culture systems, we examined the effects of resveratrol and DTX on cell viability, reactive oxygen species (ROS) levels, mitochondrial membrane potential, apoptosis, and necroptosis by MTT, flow cytometry, and Western blotting. RESULTS: At concentrations not toxic to normal human prostate epithelial cells, resveratrol effectively decreased the viability of LNCaP cells depending on concentration and time. The combination treatment of resveratrol and DTX exhibited synergistic inhibitory effects on cell growth, demonstrated by an increase in the sub-G0/G1 peak, Annexin V-phycoerythrin positive cell fraction, ROS, mitochondrial dysfunction, and DNA damage response as well as concurrent activation of apoptosis and necroptosis. Apoptosis and necroptosis were rescued by pretreatment with ROS scavenger N-acetylcysteine. CONCLUSIONS: We report resveratrol as an adjuvant drug candidate for improving the outcome of treatment in DTX therapy. Although the underlying mechanisms of necroptosis should be investigated comprehensively, targeting apoptosis and necroptosis simultaneously in the treatment of cancer can be a useful strategy for the development of promising drug candidates.
Lee, Jiyoung;Lee, Sunmi;Min, Seongchun;Kang, Sang Won
Molecules and Cells
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제45권4호
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pp.193-201
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2022
Excessive production of reactive oxygen species (ROS) is a key phenomenon in tumor necrosis factor (TNF)-α-induced cell death. However, the role of ROS in necroptosis remains mostly elusive. In this study, we show that TNF-α induces the mitochondrial accumulation of superoxide anions, not H2O2, in cancer cells undergoing necroptosis. TNF-α-induced mitochondrial superoxide anions production is strictly RIP3 expression-dependent. Unexpectedly, TNF-α stimulates NADPH oxidase (NOX), not mitochondrial energy metabolism, to activate superoxide production in the RIP3-positive cancer cells. In parallel, mitochondrial superoxide-metabolizing enzymes, such as manganese-superoxide dismutase (SOD2) and peroxiredoxin III, are not involved in the superoxide accumulation. Mitochondrial-targeted superoxide scavengers and a NOX inhibitor eliminate the accumulated superoxide without affecting TNF-α-induced necroptosis. Therefore, our study provides the first evidence that mitochondrial superoxide accumulation is a consequence of necroptosis.
Necroptosis, also known as "programmed necrosis", has emerged as a critical factor in a variety of pathological and physiological processes and is considered a cell type-specific tightly regulated process with mechanisms that may vary rather greatly due to the change of cell line. Here we used HT-29, a human colon cancer cell line, to establish a necroptosis model and elucidate associated mechanisms. We discovered that cobalt chloride, a reagent that could induce hypoxia-inducible $factor-1{\alpha}(HIF1{\alpha})$ expression and therefore mimic the hypoxic microenvironment of tumor tissue in some aspects induces necroptosis in HT-29 cells when caspase activity is compromised. On the other hand, apoptosis appears to be the predominant death form when caspases are functioning normally. HT-29 cells demonstrated significantly increased RIPK1, RIPK3 and MLKL expression in response to cobalt chloride plus z-VAD treatment, which was accompanied by drastically increased $IL1{\alpha}$ and IL6 expression, substantiating the notion that necrosis can induce profound immune reactions. The RIPK1 kinase inhibitor necrostatin-1 and the ROS scavenger NAC each could prevent necrosis in HT-29 cells and the efficiency was enhanced by combined treatment. Thus by building up a necroptosis model in human colon cancer cells, we uncovered that mechanically RIP kinases collaborate with ROS during necrosis promoted by cobalt chloride plus z-VAD, which leads to inflammation. Necroptosis may present a new target for therapeutic intervention in cancer cells that are resistant to apoptotic cell death.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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