Metformin has been widely used as an antidiabetic drug, and reported to inhibit cell proliferation in many cancers including non-small cell lung cancer (NSCLC). In NSCLC cells, metformin suppresses PI3K/AKT/mTOR signaling pathway, but effect of metformin on RAS/RAF/MEK/ERK signaling pathway is controversial; several studies showed the inhibition of ERK activity, while others demonstrated the activation of ERK in response to metformin exposure. Metformin-induced activation of ERK is therapeutically important, since metformin could enhance cell proliferation through RAS/RAF/MEK/ERK pathway and lead to impairment of its anticancer activity suppressing PI3K/AKT/mTOR pathway, requiring blockade of both signaling pathways for more efficient antitumor effect. The present study tested the combination therapy of metformin and trametinib by monitoring the alterations of regulatory effector proteins of cell signaling pathways and the effect of the combination on cell viability in NCI-H2087 NSCLC cells with NRAS and BRAF mutations. We show that metformin alone blocks PI3K/AKT/mTOR signaling pathway but induces the activation and phosphorylation of ERK. The combination therapy synergistically decreased cell viability in treatment with low doses of two drugs, while it gave antagonistic effect with high doses. These findings suggest that the efficacy of metformin and trametinib combination therapy may depend on the alteration of ERK activity induced by metformin and specific cellular context of cancer cells.
Hyun Hwangbo;Min Yeong Kim;Seon Yeong Ji;Da Hye Kim;Beom Su Park;Seong Un Jeong;Jae Hyun Yoon;Tae Hee Kim;Gi-Young Kim;Yung Hyun Choi
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.33
no.12
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pp.1635-1647
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2023
Muscle atrophy, which is defined as a decrease in muscle mass and strength, is caused by an imbalance between the anabolism and catabolism of muscle proteins. Thus, modulating the homeostasis between muscle protein synthesis and degradation represents an efficient treatment approach for this condition. In the present study, the protective effects against muscle atrophy of ethanol extracts of Morus alba L. (MA) and Angelica keiskei Koidz. (AK) leaves and their mixtures (MIX) were evaluated in vitro and in vivo. Our results showed that MIX increased 5-aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide-induced C2C12 myotube thinning, and enhanced soleus and gastrocnemius muscle thickness compared to each extract alone in dexamethasone-induced muscle atrophy Sprague Dawley rats. In addition, although MA and AK substantially improved grip strength and histological changes for dexamethasone-induced muscle atrophy in vivo, the efficacy was superior in the MIX-treated group. Moreover, MIX further increased the expression levels of myogenic factors (MyoD and myogenin) and decreased the expression levels of E3 ubiquitin ligases (atrogin-1 and muscle-specific RING finger protein-1) in vitro and in vivo compared to the MA- and AK-alone treatment groups. Furthermore, MIX increased the levels of phosphorylated phosphoinositide 3-kinase (PI3K), protein kinase B (Akt), and mammalian target of rapamycin (mTOR) that were reduced by dexamethasone, and downregulated the expression of forkhead box O3 (FoxO3a) induced by dexamethasone. These results suggest that MIX has a protective effect against muscle atrophy by enhancing muscle protein anabolism through the activation of the PI3K/Akt/mTOR signaling pathway and attenuating catabolism through the inhibition of FoxO3a.
The serine/threonine kinase mTOR is essential for the phosphoinositide 3-kinases (PI3K) signaling pathway, and regulates the development and function of immune cells. Aberrant activation of mTOR signaling pathway is associated with many cancers including leukemia. Here, we report the contributions of mTOR signaling to growth of human leukemic cell lines and mouse T-cell acute leukemia (T-ALL) cells. Torin, an ATP-competitive mTOR inhibitor, was found to have both cytotoxic and cytostatic effects on U-937, THP-1, and RPMI-8226 cells, but not on Jurkat or K-562 cells. All cells were relatively resistant to rapamycin even with suppressed activity of mTOR complex 1. Growth of T-ALL cells induced by Notch1 was profoundly affected by torin partially due to increased expression of Bcl2l11 and Bbc3. Of note, activation of Akt or knockdown of FoxO1 mitigated the effect of mTOR inhibition on T-ALL cells. Our data provide insight on the effect of mTOR inhibitors on the survival and proliferation of leukemic cells, thus further improving our understanding on cell-context-dependent impacts of mTOR signaling. [BMB Reports 2016; 49(1): 63-68]
S-allylcysteine (SAC) is an aged garlic derived water soluble organosulfur compound and has been suggested to have anticarcinogenic activity against diverse types of cancer cells. This review summarizes the cellular signaling pathways and molecular mechanisms whereby SAC exerts its effects on cellular proliferation, apoptosis, cell cycle progression and metastasis based on the results from both in vitro and in vivo studies. SAC activates proapoptotic proteins including Bax and caspase-3, but suppresses antiapoptotic Bcl-2 family proteins to bring about cancer cell death through mitochondria-mediated intrinsic pathway. SAC also inhibits cellular proliferation by inducing cell cycle arrest in which SAC reduces expression and activation of NF-κB, cyclins, Cdks, PCNA and c-Jun, but elevates expression of cell cycle inhibitor proteins p16 and p21 through suppression of both PI3K/Akt/mTOR and MAPK/ERK signaling pathways. And, SAC inhibits invasion and metastasis of cancer cells by inducing suppression of both angiogenesis and epithelial-mesenchymal transition (EMT) through decreased cyclooxygenase (COX)-2 expression and increased E-cadherin expression which were then caused by suppression of inhibitory transcription factors Id-1 and SLUG from SAC-mediated inactivation of both MAPK/ERK and PI3K/Akt/mTOR/NF-κB signaling pathways. Furthermore, SAC prevents toxic compound-induced carcinogenesis by inducing antioxidant enzymes such as glutathione-s-transferase (GST). Thus, SAC can be considered as a potential chemotherapeutic agent for the prevention and treatment of cancer.
Background and Objectives: Epithelial-Mesenchymal transition (EMT) is one of the origins of myofibroblasts in renal interstitial fibrosis. Mesenchymal stem cells (MSCs) alleviating EMT has been proved, but the concrete mechanism is unclear. To explore the mechanism, serum-free MSCs conditioned medium (SF-MSCs-CM) was used to treat rat renal tubular epithelial cells (NRK-52E) fibrosis induced by transforming growth factor-β1 (TGF-β1) which ameliorated EMT. Methods and Results: Galectin-3 knockdown (Gal-3 KD) and overexpression (Gal-3 OE) lentiviral vectors were established and transfected into NRK-52E. NRK-52E fibrosis model was induced by TGF-β1 and treated with the SF-MSCs-CM for 24 h after modelling. Fibrosis and autophagy related indexes were detected by western blot and immunocytochemistry. In model group, the expressions of α-smooth muscle actin (α-SMA), fibronectin (FN), Galectin-3, Snail, Kim-1, and the ratios of P-Akt/Akt, P-GSK3β/GSK3β, P-PI3K/PI3K, P-mTOR/mTOR, TIMP1/MMP9, and LC3B-II/I were obviously increased, and E-Cadherin (E-cad) and P62 decreased significantly compared with control group. SF-MSCs-CM showed an opposite trend after treatment compared with model group. Whether in Gal-3 KD or Gal-3 OE NRK-52E cells, SF-MSCs-CM also showed similar trends. However, the effects of anti-fibrosis and enhanced autophagy in Gal-3 KD cells were more obvious than those in Gal-3 OE cells. Conclusions: SF-MSCs-CM probably alleviated the EMT via inhibiting Galectin-3/Akt/GSK3β/Snail pathway. Meanwhile, Gal-3 KD possibly enhanced autophagy via inhibiting Galectin-3/Akt/mTOR pathway, which synergistically ameliorated renal fibrosis. Targeting galectin-3 may be a potential target for the treatment of renal fibrosis.
Tan, Heng Kean;Moad, Ahmed Ismail Hassan;Tan, Mei Lan
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.15
no.16
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pp.6463-6475
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2014
The mammalian target of rapamycin (mTOR) kinase plays an important role in regulating cell growth and cell cycle progression in response to cellular signals. It is a key regulator of cell proliferation and many upstream activators and downstream effectors of mTOR are known to be deregulated in various types of cancers. Since the mTOR signalling pathway is commonly activated in human cancers, many researchers are actively developing inhibitors that target key components in the pathway and some of these drugs are already on the market. Numerous preclinical investigations have also suggested that some herbs and natural phytochemicals, such as curcumin, resveratrol, timosaponin III, gallic acid, diosgenin, pomegranate, epigallocatechin gallate (EGCC), genistein and 3,3'-diindolylmethane inhibit the mTOR pathway either directly or indirectly. Some of these natural compounds are also in the clinical trial stage. In this review, the potential anti-cancer and chemopreventive activities and the current status of clinical trials of these phytochemicals are discussed.
Kim, Taewan;Kim, Taehyung;Choi, Soonyoung;Ko, Hyeran;Park, Deokbae;Lee, Youngki
Development and Reproduction
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v.22
no.2
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pp.133-142
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2018
Patients with type II diabetes mellitus are more susceptible to colorectal cancer (CRC) incidence than non-diabetics. The anti-diabetic drug metformin is most commonly prescribed for the treatment of this disease and has recently shown antitumor effect in preclinical studies. The aberrant mutational activation in the components of RAS/RAF/MEK/ERK and PI3K/AKT/mTOR signaling pathway is very frequently observed in CRC. We previously reported that metformin inhibits the phosphorylation of ERK and BEZ235, a dual inhibitor of PI3K and mTOR, has anti-tumor activity against HCT15 CRC cells harboring mutations of KRAS and PIK3CA. Therefore, we hypothesized that simultaneous inhibition of two pathways by combining metformin with BEZ235 could be more effective in the suppression of proliferation than single agent treatment in HCT15 CRC cells. Here, we investigated the combinatory effect of metformin and BEZ235 on the cell survival in HCT15 CRC cells. Our study shows that both of the two signaling pathways can be blocked by this combinational strategy: metformin suppressed both pathways by inhibiting the phosphorylation of ERK, 4E-BP1 and S6, and BEZ235 suppressed PI3K/AKT/mTOR pathway by reducing the phosphorylation of 4E-BP1 and S6. This combination treatment synergistically reduced cell viability. The combination index (CI) values ranged from 0.44 to 0.88, indicating synergism for the combination. These results offer a preclinical rationale for the potential therapeutic option for the treatment of CRC.
Thyroid eye disease (TED) is a complex autoimmune disease with a spectrum of signs. we previously reported that trisialoganglioside (GT)1b is significantly overexpressed in the orbital tissue of TED patients, and that exogenous GT1b strongly induced HA synthesis in orbital fibroblasts. However, the signaling pathway in GT1b-induced hyaluronic acid synthase (HAS) expression in orbital fibroblasts from TED patients have rarely been investigated. Here, we demonstrated that GT1b induced phosphorylation of Akt/mTOR in a dose-dependent manner in orbital fibroblasts from TED patients. Both co-treatment with a specific inhibitor for PI3K and siRNA knockdown of TLR2 attenuated GT1b-induced Akt phosphorylation. GT1b significantly induced HAS2 expression at both the transcriptional and translational level, which was suppressed by specific inhibitors of PI3K or Akt/mTOR, and by siRNA knockdown of TLR2. In conclusion, GT1b induced HAS2 in orbital fibroblasts from TED patients via activation of the PI3K-related signaling pathway, dependent on TLR2.
Li, Jun-Chuan;Zhu, Hong-Yu;Chen, Ting-Xuan;Zou, Lan-Ying;Wang, Xiao-Yan;Zhao, Hui-Chuan;Xu, Jun
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.14
no.10
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pp.5925-5928
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2013
Objective: This study aimed to examine the relationship between expression of mammal target of rapamycin (mTOR) and phosphorylation of mTOR (p-mTOR) protein in the PI3K/Akt/mTOR signaling pathways in gastrointestinal stromal tumors and relatiuonships with clinical factors. Methods: Immunohistochemistry was used to detect the expression of the associated proteins mTOR, p-mTOR, and phosphorylation of the tumor suppressor genes PTEN, P27, VEGF, and EGFR in 40 cases of gastrointestinal stromal tumors, with division into a very low and low risk group as well as a moderate and high risk group. Results: The positive rate of mTOR and p-mTOR was significantly increased in the moderate and high risk group compared with the very low and low risk group. The difference was statistically significant (P<0.05). When grouped according to size, the positive mTOR expression rate exhibited a statistical difference (P<0.05), which was significantly increased in the group of tumors larger than 5 cm. The difference in the positive mTOR and p-mTOR expression rate exhibit no statistical significance among the PTEN, P27, VEGF, and EGFR expression subgroups (P>0.05). Conclusion: The different expressions of mTOR and p-mTOR in the signal transduction pathway of gastrointestinal stromal tumor in the different degree-of-risk groups suggested that the mTOR and p-mTOR of the signal transduction pathway serve an important function in the occurrence and development of gastrointestinal stromal tumors.
Ok Hyeon Kim;Ju-Hee Lee;Shinmee Mah;Sung Yun Park;Sungwoo Hong;Soon-Sun Hong
International Journal of Oncology
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v.56
no.6
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pp.1509-1520
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2020
The phosphoinositide 3-kinase (PI3K) signaling pathway plays an important role in human cancer as it regulates critical cellular functions, such as survival, proliferation and metabolism. In the present study, a novel PI3Kα inhibitor (HS-146) was synthesized and its anticancer effects on MCF-7, MDA-MB-231, SKBR3 and BT-474 human breast cancer cell lines were confirmed. HS-146 was found to be most effective in inhibiting the proliferation of MCF-7 cells and in inducing cell cycle arrest in the G0/G1 phase by downregulating cyclin D1, cyclin E, cyclin-dependent kinase (Cdk)2 and Cdk4, and upregulating p21Waf1/Cip1 protein levels in this cell line. The induction of apoptosis by HS-146 was confirmed by DAPI staining and western blot analysis. Cell shrinkage and nuclear condensation, which are typical morphological markers of apoptosis, were increased by HS-146 in the MCF-7 cells in a concentration-dependent manner, and HS-146 also increased the protein expression levels of cleaved poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) and decreased the protein expression levels of Mcl-1 and caspase-7. In addition, HS-146 effectively decreased the phosphorylation levels of downstream PI3K effectors, such as Akt, mammalian target of rapamycin (mTOR), glycogen synthase kinase 3β (GSK3β), p70S6K1 and eukaryotic translation initiation factor 4E-binding protein 1 (4E-BP1). Hypoxia-inducible factor (HIF)-1α and vascular endothelial growth factor (VEGF) expression were also suppressed by HS-146 under hypoxic conditions, and HS-146 inhibited the migration and invasion of MCF-7 cells in a concentration-dependent manner. On the whole, the findings of the present study suggest that HS-146, a novel PI3Kα inhibitor, may be an effective novel therapeutic candidate that suppresses breast cancer proliferation and metastasis by inhibiting the PI3K/Akt/mTOR pathway.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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