Park, Hyo-Jin;Kim, In-Su;Kim, Jin-Woo;Yang, Seul-Gi;Kim, Min-Ji;Koo, Deog-Bon
Journal of Animal Reproduction and Biotechnology
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v.34
no.3
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pp.212-221
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2019
Sestrin-2 (SESN2) as a stress-metabolic protein is known for its anti-oxidative effects as a downstream factor of PERK pathways in mammalian cells. However, the expression patterns of SESN2 in conjunction with the UPR signaling against to ER stress on porcine oocyte maturation in vitro, have not been reported. Therefore, we confirmed the expression pattern of SESN2 protein, for which to examine the relationship between PERK signaling and SESN2 in porcine oocyte during IVM. We investigated the SESN2 expression patterns using Western blot analysis in denuded oocytes (DOs), cumulus cells (CCs), and cumulus-oocyte complexes (COCs) at 22 and 44 h of IVM. As expected, the SESN2 protein level significantly increased (p < 0.01) in porcine COCs during 44 h of IVM. We investigated the meiotic maturation after applying ER stress inhibitor in various concentration (50, 100 and 200 μM) of tauroursodeoxycholic acid (TUDCA). We confirmed significant increase (p < 0.05) of meiotic maturation rate in TUDCA 200 μM treated COCs for 44 h of IVM. Finally, we confirmed the protein level of SESN2 and meiotic maturation via regulating ER-stress by only tunicamycin (Tm), only TUDCA, and Tm + TUDCA treatment in porcine COCs. As a result, treatment of the TUDCA following Tm pre-treatment reduced SESN2 protein level in porcine COCs. In addition, SESN2 protein level significantly reduced in only TUDCA treated porcine COCs. Our results suggest that the SESN2 expression is related to the stress mediator response to ER stress through the PERK signaling pathways in porcine oocyte maturation.
Endoplasmic reticulum (ER) stress plays a crucial role in liver diseases, affecting various types of hepatic cells. While studies have focused on the link between ER stress and hepatocytes as well as hepatic stellate cells (HSCs), the precise involvement of hepatic macrophages in ER stress-induced liver injury remains poorly understood. Here, we examined the effects of ER stress on hepatic macrophages and their role in liver injury. Acute ER stress led to the accumulation and activation of hepatic macrophages, which preceded hepatocyte apoptosis. Notably, macrophage depletion mitigated liver injury induced by ER stress, underscoring their detrimental role. Mechanistic studies revealed that ER stress stimulates macrophages predominantly via the PERK signaling pathway, regardless of its canonical substrate ATF4. hnRNPA1 has been identified as a crucial mediator of PERK-driven macrophage activation, as the overexpression of hnRNPA1 effectively reduced ER stress and suppressed pro-inflammatory activation. We observed that hnRNPA1 interacts with mRNAs that encode UPR-related proteins, indicating its role in the regulation of ER stress response in macrophages. These findings illuminate the cell type-specific responses to ER stress and the significance of hepatic macrophages in ER stress-induced liver injury. Collectively, the PERK-hnRNPA1 axis has been discovered as a molecular mechanism for macrophage activation, presenting prospective therapeutic targets for inflammatory hepatic diseases such as acute liver injury.
G protein-coupled estrogen receptor (GPER) is known to play an important role in hormone-associated cancers. G-1, a novel synthetic GPER agonist, has been reported to exhibit anti-carcinogenic properties. However, the chemotherapeutic mechanism of GPER is yet unclear. Here, we evaluated GPER expression in human gastric cancer tissues and cells. We found that G-1 treatment attenuates GPER expression in gastric cancer. GPER expression increased G-1-induced antitumor effects in mouse xenograft model. We analyzed the effects of knockdown/overexpression of GPER on G-1-induced cell death in cancer cells. Increased GPER expression in human gastric cancer cells increased G-1-induced cell death via increased levels of cleaved caspase-3, -9, and cleaved poly ADP-ribose polymerase. Interestingly, during G-1-induced cell death, GPER mRNA and protein expression was attenuated and associated with ER stress-induced expression of PERK, ATF-4, GRP-78, and CHOP. Furthermore, PERK-dependent induction of ER stress activation increased G-1-induced cell death, whereas PERK silencing decreased cell death and increased drug sensitivity. Taken together, the data suggest that the induction of ER stress via GPER expression may increase G-1-induced cell death in gastric cancer cells. These results may contribute to a new paradigm shift in gastric cancer therapy.
Park, Jeongmin;Joe, Yeonsoo;Ryter, Stefan W.;Surh, Young-Joon;Chung, Hun Taeg
Molecules and Cells
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v.42
no.4
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pp.292-300
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2019
Immunometabolism, defined as the interaction of metabolic pathways with the immune system, influences the pathogenesis of metabolic diseases. Metformin and carbon monoxide (CO) are two pharmacological agents known to ameliorate metabolic disorders. There are notable similarities and differences in the reported effects of metformin and CO on immunometabolism. Metformin, an anti-diabetes drug, has positive effects on metabolism and can exert anti-inflammatory and anti-cancer effects via adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK)-dependent and AMPK-independent mechanisms. CO, an endogenous product of heme oxygenase-1 (HO-1), can exert anti-inflammatory and antioxidant effects at low concentration. CO can confer cytoprotection in metabolic disorders and cancer via selective activation of the protein kinase R-like endoplasmic reticulum (ER) kinase (PERK) pathway. Both metformin and CO can induce mitochondrial stress to produce a mild elevation of mitochondrial ROS (mtROS) by distinct mechanisms. Metformin inhibits complex I of the mitochondrial electron transport chain (ETC), while CO inhibits ETC complex IV. Both metformin and CO can differentially induce several protein factors, including fibroblast growth factor 21 (FGF21) and sestrin2 (SESN2), which maintain metabolic homeostasis; nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2), a master regulator of the antioxidant response; and REDD1, which exhibits an anticancer effect. However, metformin and CO regulate these effects via different pathways. Metformin stimulates p53- and AMPK-dependent pathways whereas CO can selectively trigger the PERK-dependent signaling pathway. Although further studies are needed to identify the mechanistic differences between metformin and CO, pharmacological application of these agents may represent useful strategies to ameliorate metabolic diseases associated with altered immunometabolism.
Gossypol, a natural phenolic aldehyde present in cotton plants, was originally used as a means of contraception, but is currently being studied for its anti-proliferative and anti-metastatic effects on various cancers. However, the intracellular mechanism of action regarding the effects of gossypol on pancreatic cancer cells remains unclear. Here, we investigated the anti-cancer effects of gossypol on human pancreatic cancer cells (BxPC-3 and MIA PaCa-2). Cell counting kit-8 assays, annexin V/propidium iodide staining assays, and transmission electron microscopy showed that gossypol induced apoptotic cell death and apoptotic body formation in both cell lines. RNA sequencing analysis also showed that gossypol increased the mRNA levels of CCAAT/enhancer-binding protein homologous protein (CHOP) and activating transcription factor 3 (ATF3) in pancreatic cancer cell lines. In addition, gossypol facilitated the cleavage of caspase-3 via protein kinase RNA-like ER kinase (PERK), CHOP, and Bax/Bcl-2 upregulation in both cells, whereas the upregulation of ATF was limited to BxPC-3 cells. Finally, a three-dimensional culture experiment confirmed the successful suppression of cancer cell spheroids via gossypol treatment. Taken together, our data suggest that gossypol may trigger apoptosis in pancreatic cancer cells via the PERK-CHOP signaling pathway. These findings propose a promising therapeutic approach to pancreatic cancer treatment using gossypol.
The endoplasmic reticulum (ER) is a multifunctional intercellular organelle in which several posttranslational modification steps occurred such as protein folding, lipid biosynthesis, calcium storage and release. Perturbations that disrupt ER homeostasis lead to the misfolding of proteins in the ER lumen and up-regulation of ER signaling pathway called the unfolded protein response (UPR). Here, we have demonstrated that ageing changes the expression of ER chaperone and associated ER membrane kinases of IRE1, ATF6 and PERK.
The endoplasmic reticulum (ER) is a critical organelle for protein synthesis, folding and modification, and lipid synthesis and calcium storage. Dysregulation of ER functions leads to the accumulation of misfolded- or unfolded-protein in the ER lumen, and this triggers the unfolded protein response (UPR), which restores ER homeostasis. The UPR is characterized by three distinct downstream signaling pathways that promote cell survival or apoptosis depending on the stressor, the intensity and duration of ER stress, and the cell type. Mammalian cells express the UPR transducers IRE1, PERK, and ATF6, which control transcriptional and translational responses to ER stress. Direct links between ER stress and immune responses are also evident, but the mechanisms by which UPR signaling cascades are coordinated with immunity remain unclear. This review discusses recent investigations of the roles of ER stress in immune responses that lead to differentiation, maturation, and cytokine expression in immune cells. Further understanding of how ER stress contributes to the pathogenesis of immune disorders will facilitate the development of novel therapies that target UPR pathways.
Endoplasmic Reticulum (ER) is an organelle where most secretory and membrane proteins are synthesized, folded, and undergo further maturation. As numerous conditions can perturb such ER function, eukaryotic cells are equipped with responsive signaling pathways, widely referred to as the Unfolded Protein Response (UPR). Chronic conditions of ER stress that cannot be fully resolved by UPR, or conditions that impair UPR signaling itself, are associated with many metabolic and degenerative diseases. In recent years, Drosophila has been actively employed to study such connections between UPR and disease. Notably, the UPR pathways are largely conserved between Drosophila and humans, and the mediating genes are essential for development in both organisms, indicating their requirement to resolve inherent stress. By now, many Drosophila mutations are known to impose stress in the ER, and a number of these appear similar to those that underlie human diseases. In addition, studies have employed the strategy of overexpressing human mutations in Drosophila tissues to perform genetic modifier screens. The fact that the basic UPR pathways are conserved, together with the availability of many human disease models in this organism, makes Drosophila a powerful tool for studying human disease mechanisms. [BMB Reports 2015; 48(8): 445-453]
Kim, Seon-Hwan;Kwon, Hyon-Jo;Koh, Hyeon-Song;Song, Shi-Hun;Kwon, Ki-Sang;Kwon, O-Yu;Choi, Seung-Won
Journal of Life Science
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v.20
no.12
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pp.1820-1828
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2010
Cobalt(II) chloride, a chemical compound with the formula$CoCl_2$, has been widely used in the treatment of anemia, as a chemical agent for the induction of hypoxia in cell cultures, and is known to activate hypoxic signaling. However, excessive exposure to cobalt is associated with several clinical conditions, including asthma, pneumonia, and hematological abnormalities, and can lead to tissue and cellular toxicity. It is also known to induce apoptosis. One of the questions was that of whether $CoCl_2$ might induce apoptosis via endoplasmic reticulum (ER) stress in neurons. To address this question, first, the level of DNA fragmentation was measured for assay of apoptotic rates using $CoCl_2$ with neuron PC12 cells. After confirmation of apoptosis inductions, under the same conditions, the expression levels of ER stress associated factors [ER chaperones Bip, calnexin, ERp72, ERp29, PDI, and ER membrane kinases (IRE1, ATF6, PERK)] were examined by RT-PCR and Western blotting. These results indicated that apoptosis is induced through activation of ER membrane kinases via ER stress. In conclusion, during induction of apoptosis through $CoCl_2$-induced hypoxia in neuron PC12 cells, ER membrane kinase of IRE1 was dominantly up-expressed, and, consecutively, TRAF2, which has been suggested to be one of the links connecting apoptosis and ER stress, was strongly up-expressed.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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