Gu, Li-li;Shen, Zhe-lun;Li, Yang-Lei;Bao, Yi-Qi;Lu, Hong
Molecules and Cells
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v.41
no.5
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pp.401-412
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2018
Oxymatrine (OMT) often used in treatment for chronic hepatitis B virus infection in clinic. However, OMT-induced liver injury has been reported. In this study, we aim to investigate the possible mechanism of OMT-induced hepatotoxicity in human normal liver cells (L02). Exposed cells to OMT, the cell viability was decreased and apoptosis rate increased, the intracellular markers of oxidative stress were changed. Simultaneously, OMT altered apoptotic related proteins levels, including Bcl-2, Bax and pro-caspase-8/-9/-3. In addition, OMT enhanced the protein levels of endoplasmic reticulum (ER) stress makers (GRP78/Bip, CHOP, and cleaved-Caspase-4) and phosphorylation of c-Jun N-terminal kinase (p-JNK), as well as the mRNA levels of GRP78/Bip, CHOP, caspase-4, and ER stress sensors (IREI, ATF6, and PERK). Pre-treatment with Z-VAD-fmk, JNK inhibitor SP600125 and N-acetyl-l-cysteine (NAC), a ROS scavenger, partly improved the survival rates and restored OMT-induced cellular damage, and reduced caspase-3 cleavage. SP600125 or NAC reduced OMT-induced p-JNK and NAC significantly lowered caspase-4. Furthermore, 4-PBA, the ER stress inhibitor, weakened inhibitory effect of OMT on cells, on the contrary, TM worsen. 4-PBA also reduced the levels of p-JNK and cleaved-caspase-3 proteins. Therefore, OMT-induced injury in L02 cells was related to ROS mediated p-JNK and ER stress induction. Antioxidant, by inhibition of p-JNK or ER stress, may be a feasible method to alleviate OMT-induced liver injury.
Kim, Jin-Ik;Kaufman, Randal J.;Back, Sung Hoon;Moon, Ja-Young
Molecules and Cells
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v.42
no.11
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pp.783-793
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2019
When endoplasmic reticulum (ER) functions are perturbed, the ER induces several signaling pathways called unfolded protein response to reestablish ER homeostasis through three ER transmembrane proteins: inositol-requiring enzyme 1 (IRE1), PKR-like ER kinase (PERK), and activating transcription factor 6 (ATF6). Although it is important to measure the activity of ATF6 that can indicate the status of the ER, no specific cell-based reporter assay is currently available. Here, we report a new cell-based method for monitoring ER stress based on the cleavage of $ATF6{\alpha}$ by sequential actions of proteases at the Golgi apparatus during ER stress. A new expressing vector was constructed by using fusion gene of GAL4 DNA binding domain (GAL4DBD) and activation domain derived from herpes simplex virus VP16 protein (VP16AD) followed by a human $ATF6{\alpha}$ N-terminal deletion variant. During ER stress, the GAL4DBD-VP16AD(GV)-$hATF6{\alpha}$ deletion variant was cleaved to liberate active transcription activator encompassing GV-$hATF6{\alpha}$ fragment which could translocate into the nucleus. The translocated GV-$hATF6{\alpha}$ fragment strongly induced the expression of firefly luciferase in HeLa Luciferase Reporter cell line containing a stably integrated 5X GAL4 site-luciferase gene. The established double stable reporter cell line HLR-GV-$hATF6{\alpha}$(333) represents an innovative tool to investigate regulated intramembrane proteolysis of $ATF6{\alpha}$. It can substitute active pATF6(N) binding motif-based reporter cell lines.
Piao, Mei Jing;Han, Xia;Kang, Kyoung Ah;Fernando, Pincha Devage Sameera Madushan;Herath, Herath Mudiyanselage Udari Lakmini;Hyun, Jin Won
Biomolecules & Therapeutics
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v.30
no.3
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pp.265-273
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2022
Resistance to chemotherapeutic drugs is a significant problem in the treatment of colorectal cancer, resulting in low response rates and decreased survival. Recent studies have shown that shikonin, a naphthoquinone derivative, promotes apoptosis in colon cancer cells and cisplatin-resistant ovarian cells, raising the possibility that this compound may be effective in drug-resistant colorectal cancer. The aim of this study was to characterize the molecular mechanisms underpinning shikonin-induced apoptosis, with a focus on endoplasmic reticulum (ER) stress, in a 5-fluorouracil-resistant colorectal cancer cell line, SNU-C5/5-FUR. Our results showed that shikonin significantly increased the proportion of sub-G1 cells and DNA fragmentation and that shikonin-induced apoptosis is mediated by mitochondrial Ca2+ accumulation. Shikonin treatment also increased the expression of ER-related proteins, such as glucose regulatory protein 78 (GRP78), phospho-protein kinase RNA-like ER kinase (PERK), phospho-eukaryotic initiation factor 2 (eIF2α), phospho-phosphoinositol-requiring protein-1 (IRE1), spliced X-box-binding protein-1 (XBP-1), cleaved caspase-12, and C/EBP-homologous protein (CHOP). In addition, siRNA-mediated knockdown of CHOP attenuated shikonin-induced apoptosis, as did the ER stress inhibitor TUDCA. These data suggest that ER stress is a key factor mediating the cytotoxic effect of shikonin in SNU-C5/5-FUR cells. Our findings provide an evidence for a mechanism in which ER stress leads to apoptosis in shikonin-treated SNU-C5/5-FUR cells. Our study provides evidence to support further investigations on shikonin as a therapeutic option for 5-fluorouracil-resistant colorectal cancer.
Won Kyu Kim;Wooseon Choi;Barsha Deshar;Shinwon Kang;Jiyoon Kim
Molecules and Cells
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v.46
no.4
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pp.191-199
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2023
The Golgi apparatus modifies and transports secretory and membrane proteins. In some instances, the production of secretory and membrane proteins exceeds the capacity of the Golgi apparatus, including vesicle trafficking and the post-translational modification of macromolecules. These proteins are not modified or delivered appropriately due to the insufficiency in the Golgi function. These conditions disturb Golgi homeostasis and induce a cellular condition known as Golgi stress, causing cells to activate the 'Golgi stress response,' which is a homeostatic process to increase the capacity of the Golgi based on cellular requirements. Since the Golgi functions are diverse, several response pathways involving TFE3, HSP47, CREB3, proteoglycan, mucin, MAPK/ETS, and PERK regulate the capacity of each Golgi function separately. Understanding the Golgi stress response is crucial for revealing the mechanisms underlying Golgi dynamics and its effect on human health because many signaling molecules are related to diseases, ranging from viral infections to fatal neurodegenerative diseases. Therefore, it is valuable to summarize and investigate the mechanisms underlying Golgi stress response in disease pathogenesis, as they may contribute to developing novel therapeutic strategies. In this review, we investigate the perturbations and stress signaling of the Golgi, as well as the therapeutic potentials of new strategies for treating Golgi stress-associated diseases.
Background: This study was designed to investigate whether ginsenoside Rb1 (Rb1) and compound K (CK) ameliorated insulin resistance by suppressing endoplasmic reticulum (ER) stress-induced inflammation in adipose tissue. Methods: To induce ER stress, epididymal adipose tissue from mice or differentiated 3T3 adipocytes were exposed to high glucose. The effects of Rb1 and CK on reactive oxygen species production, ER stress, TXNIP/NLRP3 inflammasome activation, inflammation, insulin signaling activation, and glucose uptake were detected by western blot, emzyme-linked immunosorbent assay, or fluorometry. Results: Rb1 and CK suppressed ER stress by dephosphorylation of $IRE1{\alpha}$ and PERK, thereby reducing TXNIP-associated NLRP3 inflammasome activation in adipose tissue. As a result, Rb1 and CK inhibited IL-$1{\beta}$ maturation and downstream inflammatory factor IL-6 secretion. Inflammatory molecules induced insulin resistance by upregulating phosphorylation of insulin receptor substrate-1 at serine residues and impairing insulin PI3K/Akt signaling, leading to decreased glucose uptake by adipocytes. Rb1 and CK reversed these changes by inhibiting ER stress-induced inflammation and ameliorating insulin resistance, thereby improving the insulin IRS-1/PI3K/Akt-signaling pathway in adipose tissue. Conclusion: Rb1 and CK inhibited inflammation and improved insulin signaling in adipose tissue by suppressing ER stress-associated NLRP3 inflammation activation. These findings offered novel insight into the mechanism by which Rb1 and CK ameliorate insulin resistance in adipose tissue.
Expressions of endoplasmic reticulum stress response (ERSR) genes were examined during the neuronal differentiation of rat fetal cortical precursor cells (rCPC) and rat pheochromocytoma PC12 cells. When rCPC were differentiated into neuronal cells for 7 days, early stem cell marker, nest in, expression was decreased from day 4, and neuronal markers such as neurofilament-L, -M and Tuj1 were increased after day 4. In this condition, expressions of BIP, ATF6, and phosphorylated PERK as well as their down stream signaling molecules such as CHOP, ATF4, XBP1, GADD34, Nrf2 and $p58^{IPK}$ were significantly increased, suggesting the induction of ERSR during neuronal differentiation of rCPC. ERSR was also induced during the differentiation of PC12 cells for 9 days with NGF. Neurofilament-L transcript was time-dependently increased. Both mRNA and protein levels of Tuj1 were increased after the induction, and the significant increase in NeuN was observed at day 9. Similar to the expression patterns of neuronal markers, BIP/GRP78 and CHOP mRNAs were highly increased at day 9, and ATF4 mRNA was also increased from day 7. These results strongly suggest the induction and possible role of ERSR in neuronal differentiation process. Further study to identify targets responsible for neuronal induction will be necessary.
Kim, Mo-Kyung;Park, Han-Su;Jo, Sung-Cho;Chae, Jeong-Ryong;Kim, Mo-Young;Shin, Byung-Cheul
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.20
no.5
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pp.1211-1216
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2006
The effect of a chronic programme of either low- or moderate-to-high-intensity treadmill running on the activation of the Extracellular-signal regulated protein kinase (ERK1/2), Phosphorylated ERK 1/2(pERK1/2) and the Phosphorylated c-Jun N-terminal kinase(pJNK) pathways was determined in rat Back skin Hair follicle. Sprague-Dawley rats were assigned to one of three groups: (i) sedentary group(NE; n=10); (ii) low-intensity exercise group (Bm/min; LIE; n=10); and (iii) moderate-high-intensity exercise group(28m1min; HIE; n=10). The training regimens were planned so that animals covered the same distance and had similar utilization for both LIE and HIE exercise sessions. The report runs as follows; A single bout of LIE or HIE following 4 weeks of exercise led to a twofold increase in the phosphorylation of ERK2, pERK2 and a threefold increase in pJNKl, pERKl. ERKI phosphorylation in LIE Back skin sampled and pJNK2 in HIE Back skin sampled 48h after the last exercise bout was similar to sedentary values, while pJNK2 phosphorylation in LIE Back skin sampled was 70-80% lower than sedentary. 48h after the last exercise bout of LIE or HIE increased ERK2, pERKl and pJNKl expression, with the magnitude of this increase being independent of prior exercise intensity or duration. PERK1/2, pJNKl expression was increased Three- to fourfold in Back skin Hair follicle sampled 48h after the last exercise bout irrespective of the prior exercise programme, but ERKI expression in HIE Back skin sampled was approximately 90% lower than sedentary values. In conclusion, exercise-training of different jntensities/durations results in selective postexercise activation of intracellular signal pathways, which may be one mechanism regulating specific adaptations induced by diverse training programmes.
Petrov, Klim Alekseevich;Dudareva, Lyubov Vissarionovna;Nokhsorov, Vasilii Vasilevich;Perk, Aleksandr Aleksandrovich;Chepalov, Valentin Azotovich;Sophronova, Valentina Egorovna;Voinikov, Victor Kirillovich;Zulfugarov, Ismayil S.;Lee, Choon-Hwan
Journal of Life Science
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v.26
no.5
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pp.519-530
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2016
Vegetative plants in Yakutia are naturally frozen when they are covered with snow in the fall, and they function as green cryo-fodder that is a source of biologically active substances and nutrients for herbivorous animals. We observed a considerable increase in the total fatty acid content in the leaves of Avena sativa, Elytrigia rеpens, Equisetum variegatum and Equisetum scirpoides during the fall period. However, the degree of unsaturation of fatty acids was not higher in the frozen plants covered with snow than in the summer plants, with the exception of E. scirpoides, a dwarf horsetail found in the Pole of Cold in the northern hemisphere. In the internal adipose tissue of the Yakut horse (young horse meat), 18 fatty acids were found, including 10 saturated ones. Monounsaturated oleic С18:1 (n-9) acid and polyunsaturated α-linolenic С18:3 (n-3) acid were equally prevalent among the unsaturated fatty acids, accounting for 70% of the total unsaturated fatty acids. This composition of polyenoic fatty acids in the internal adipose tissue indicates that the Yakut horse actively feeds on the fall vegetation and the wintergreen sedge-grass. We believe that the high plant-specific free fatty acid content in the tissue of Yakut horses may play an important role in the regulation of their resistance to long-term low-temperature stress.
Histone deacetylase inhibitor (HDACI) is a new promising candidate as an antineoplastic agent for the treatment of solid and hematologic malignancies. In order to evaluate cell death and to elucidate the related mechanism(s) in NSCLC cells after HDACI, sodium butyrate (SB), a representative HDACI, was used to treat H460 cells for 48 hrs. SB exposure resulted in a significant reduction of cell viability at concentrations below 7.5 mM, and about 50% of cell death occurred at 20 mM. The types of cell death induced by SB were both apoptosis and necrosis, evaluated by Annexin-V staining combined with propidium iodide. SB treatment significantly evoked G2/M cell cycle arrest and subsequently induced cell death with caspase-dependent manner. While ERK protein content was not altered after SB, phosphorylated forms of ERK were markedly reduced. Taken together, SB is significantly able to induce cell death in NSCLC cell line H460, and it is suggested that the reduction of ERK phosphorylation might be closely involved in the cancer cell death mechanism initiated by HDACI.
Sorafenib is the only approved systemic, therapeutic agent for hepatocellular carcinoma (HCC). The use of Ginseng Extract (GE) in cancer patients is growing worldwide; however, drug interaction between sorafenib and GE has not been illuminated. Four different human cancer cell lines including HepG2 were used and immunocompetent mice were implanted subcutaneously with a mouse HCC cell line. Treatment with low dose GE stimulated cell growth, while a high dose inhibited growth. pERK (phosphorylation of extracellular signal-regulated kinase) was concomitantly increased and decreased respective of different doses of GE. Antitumoral effect of sorafenib decreased in non-proliferating phase cells but was sensitized after low dose GE (LDG) treatment. PD98059 (ERK phosphorylation inhibitor) efficiently blocked ERK phosphorylation, resulting in loss of sorafenib sensitization even after LDG treatment. In the HCC mouse model, LDG alone slightly increased tumor size while sorafenib alone significantly decreased it. However, a combination of LDG and sorafenib significantly decreased tumor size compared with sorafenib alone. Increase of pERK was observed in some normal mice organs and mild inflammatory change was observed in some of these organs, suggesting pERK activation by LDG may cause unexpected toxicity in normal cells. GE, dose-dependently, induced stimulation or inhibition in some human cancer cell lines. Combinational use of GE and sorafenib possibly potentiated an antitumoral response to sorafenib. pERK level has been provided as a potential predictive marker for sorafenib. Our result may suggest GE's dual effects in relation to pERK level in HCC cancer cell lines, and that certain doses of GE can sensitize sorafenib.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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