A challenge in the redox field is the elucidation of the molecular mechanisms, by which $H_2O_2$ mediates signal transduction in cells. This is relevant since redox pathways are disturbed in some pathologies. The transcription factor OxyR is the $H_2O_2$ sensor in bacteria, whereas Cys-based peroxidases are involved in the perception of this oxidant in eukaryotic cells. Three possible mechanisms may be involved in $H_2O_2$ signaling that are not mutually exclusive. In the simplest pathway, $H_2O_2$ signals through direct oxidation of the signaling protein, such as a phosphatase or a transcription factor. Although signaling proteins are frequently observed in the oxidized state in biological systems, in most cases their direct oxidation by $H_2O_2$ is too slow ($10^1M^{-1}s^{-1}$ range) to outcompete Cys-based peroxidases and glutathione. In some particular cellular compartments (such as vicinity of NADPH oxidases), it is possible that a signaling protein faces extremely high $H_2O_2$ concentrations, making the direct oxidation feasible. Alternatively, high $H_2O_2$ levels can hyperoxidize peroxiredoxins leading to local building up of $H_2O_2$ that then could oxidize a signaling protein (floodgate hypothesis). In a second model, $H_2O_2$ oxidizes Cys-based peroxidases that then through thiol-disulfide reshuffling would transmit the oxidized equivalents to the signaling protein. The third model of signaling is centered on the reducing substrate of Cys-based peroxidases that in most cases is thioredoxin. Is this model, peroxiredoxins would signal by modulating the thioredoxin redox status. More kinetic data is required to allow the identification of the complex network of thiol switches.
Objective: Cows that are nursing get around 80% of their glucose from liver gluconeogenesis. Propionate, a significant precursor of liver gluconeogenesis, can regulate the key genes involved in hepatic gluconeogenesis expression, but its precise effects on the activity of enzymes have not yet been fully elucidated. Therefore, the aim of this study was to investigate the effects of propionate on the activity, gene expression, and protein abundance of the key enzymes involved in the gluconeogenesis of dairy cow hepatocytes. Methods: The hepatocytes were cultured and treated with various concentrations of sodium propionate (0, 1.25, 2.50, 3.75, and 5.00 mM) for 12 h. Glucose content in the culture media was determined by an enzymatic coloring method. The activities of gluconeogenesis related enzymes were determined by enzyme linked immunosorbent assay kits, and the levels of gene expression and protein abundance of the enzymes were detected by real-time quantitative polymerase chain reaction and Western blot, respectively. Results: Propionate supplementation considerably increased the amount of glucose in the culture medium compared to the control (p<0.05); while there was no discernible difference among the various treatment concentrations (p>0.05). The activities of cytoplasmic phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPCK1), mitochondrial phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPCK2), pyruvate carboxylase (PC), and glucose-6-phosphatase (G6PC) were increased with the addition of 2.50 and 3.75 mM propionate; the gene expressions and protein abundances of PEPCK1, PEPCK2, PC, and G6PC were increased by 3.75 mM propionate addition. Conclusion: Propionate encouraged glucose synthesis in bovine hepatocytes, and 3.75 mM propionate directly increased the activities, gene expressions and protein abundances of PC, PEPCK1, PEPCK2, and G6PC in bovine hepatocytes, providing a theoretical basis of propionate-regulating gluconeogenesis in bovine hepatocytes.
Aquaperin 4 (AQP4) is the mercurial water channel expressed abundantly in brain, especially the region related with cerebrospinal fluid reabsorption and osmoregulation. The primary structure of AQP4 water channel was elucidated but the molecular mechanism of AQP4 channel regulation is still unknown. To investigate the possible regulation of AQP4 water channel by phosphorylation via various protein kinases, osmotic water permeability of AQP4 expressed in Xenopus oocytes was measured by videomicroscopy technique. Forskolin (10 $\mu$M) did not affect osmotic water permeability of oocytes injected with AQP4 cRNA, excluding the regulation of AQP4 water cnannel by protein kinase A. Osmotic water permeability (P아래첨자) of AQP4-expressed oocytes was ingibited by the pretreatmeat of BAPTA/AM (up to 500$\mu$M), an intracellular Ca윗첨자 chelator, and calmidazolium (100$\mu$M), a specific Ca윗첨자/calmodulin antagonist, in a dose-dependent manner. The inhibition of osmotic water permeability (P아래첨자) by the calmidazolium treatment was completely reversed by the addition of calyculin A (0.1$\mu$M), a nonspecific phosphatase inhibitor. Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA), a protein kinase C activator, had biphasic effects on osmotic water permeability in AQP4 cRNA injected oocytes depending on its concentration; 21% increase by 100 nM PMA, 35% decrease by 1$\mu$M PMA. These effects were reversed with 2$\mu$M staurosporine, a nonspecific PKC inhibitor. These results suggest that phosphorylation of AQP4 water channel by Ca윗첨자/calmodulin kinase and protein kinase C might regulate the osmotic water permeability.
Park, Boryung;Yang, Yu-Mi;Choi, Byung-Jai;Kim, Min Seuk;Shin, Dong Min
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.17
no.5
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pp.427-433
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2013
Receptor activator of NF-${\kappa}B$ ligand (RANKL)-induced osteoclastogenesis is accompanied by intracellular $Ca^{2+}$ mobilization in a form of oscillations, which plays essential roles by activating sequentially $Ca^{2+}$/calmodulin-dependent protein kinase, calcineurin and NFATc1, necessary in the osteoclast differentiation. However, it is not known whether $Ca^{2+}$ mobilization which is evoked in RANKL-independent way induces to differentiate into osteoclasts. In present study, we investigated $Ca^{2+}$ mobilization induced by aluminum fluoride ($AlF_4^-$), a G-protein activator, with or without RANKL and the effects of $AlF_4^-$ on the osteoclastogenesis in primary cultured mouse bone marrow-derived macrophages (BMMs). We show here that $AlF_4^-$ induces intracellular $Ca^{2+}$ concentration ($[Ca^{2+}]_i$) oscillations, which is dependent on extracellular $Ca^{2+}$ influx. Notably, co-stimulation of $AlF_4^-$ with RANKL resulted in enhanced NFATc1 expression and formation of tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) positive multinucleated cells. Additionally, we confirmed that mitogen-activated protein kinase (MAPK) is also activated by $AlF_4^-$. Taken together, these results demonstrate that G-protein would be a novel modulator responsible for $[Ca^{2+}]_i$ oscillations and MAPK activation which lead to enhancement of RANKL-mediated osteoclastogenesis.
Objective: The aim of this study is to identify single nucleotide polymorphisms (SNPs) and genes related to pig IMF and estimate the heritability of intramuscular fat content (IMF). Methods: Genome-wide association study (GWAS) on 704 inbred Berkshires was performed for IMF. To consider the inbreeding among samples, associations of the SNPs with IMF were tested as random effects in a mixed linear model using the genetic relationship matrix by GEMMA. Significant genes were compared with reported pig IMF quantitative trait loci (QTL) regions and functional classification of the identified genes were also performed. Heritability of IMF was estimated by GCTA tool. Results: Total 365 SNPs were found to be significant from a cutoff of p-value <0.01 and the 365 significant SNPs were annotated across 120 genes. Twenty five genes were on pig IMF QTL regions. Bone morphogenetic protein-binding endothelial cell precursor-derived regulator, forkhead box protein O1, ectodysplasin A receptor, ring finger protein 149, cluster of differentiation, tyrosine-protein phosphatase non-receptor type 1, SRY (sex determining region Y)-box 9 (SOX9), MYC proto-oncogene, and macrophage migration inhibitory factor were related to mitogen-activated protein kinase pathway, which regulates the differentiation to adipocytes. These genes and the genes mapped on QTLs could be the candidate genes affecting IMF. Heritability of IMF was estimated as 0.52, which was relatively high, suggesting that a considerable portion of the total variance of IMF is explained by the SNP information. Conclusion: Our results can contribute to breeding pigs with better IMF and therefore, producing pork with better sensory qualities.
Kim, Yun Hee;Song, Hyun-Ok;Ko, Kyung Min;Singaravelu, Gunasekaran;Jee, Changhoon;Kang, Junsu;Ahnn, Joohong
Molecules and Cells
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v.25
no.4
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pp.566-571
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2008
Calcineurin (Cn) is a calcium/calmodulin-dependent serine/threonine protein phosphatase that has diverse functions in different cell types and organisms. We screened proteins interacting with the C. elegans CnA homolog, TAX-6, by the yeast two-hybrid system. CNP-3 (Calcineurin interacting protein-3) is a novel protein that physically interacts with the catalytic domain of TAX-6. It is strongly expressed in the nuclei of intestine, hypodermis, dorsal uterine regions and spermatheca. Expression begins around the 60-cell stage and proceeds during all larval stages and the adult. To elucidate the biological function of cnp-3 we isolated a cnp-3 deletion mutant. Since CNP-3 binds CnA, we looked at factors associated with calcineurin loss-of-function mutants, such as brood size, body size, serotonin- and levamisole-mediated egg-laying behavior. The cnp-3(jh145) single mutant had no gross defects compared to wild-type animal. However, the phenotypes of the double mutants, tax-6(p675);cnp-3(jh145) and cnb-1(jh103);cnp-3(jh145), were more severe in terms of brood size, body size and serotonin-mediated egg-laying defects than tax-6(p675) and cnb-1(jh103), respectively. These results suggest that dysfunction of cnp-3 enhances certain calcineurin loss-of-function phenotypes in C. elegans.
Dovitinib (TKI258) is a small molecule multi-kinase inhibitor currently in clinical phase I/II/III development for the treatment of various types of cancers. This drug has a safe and effective pharmacokinetic/pharmacodynamic profile. Although dovitinib can bind several kinases at nanomolar concentrations, there are no reports relating to osteoporosis or osteoblast differentiation. Herein, we investigated the effect of dovitinib on human recombinant bone morphogenetic protein (BMP)-2-induced osteoblast differentiation in a cell culture model. Dovitinib enhanced the BMP-2-induced alkaline phosphatase (ALP) induction, which is a representative marker of osteoblast differentiation. Dovitinib also stimulated the translocation of phosphorylated Smad1/5/8 into the nucleus and phosphorylation of mitogen-activated protein kinases, including ERK1/2 and p38. In addition, the mRNA expression of BMP-4, BMP-7, ALP, and OCN increased with dovitinib treatment. Our results suggest that dovitinib has a potent stimulating effect on BMP-2-induced osteoblast differentiation and this existing drug has potential for repositioning in the treatment of bone-related disorders.
Ra-Yeong Choi;Bong Sun Kim;Sohyun Park;Minchul Seo;Joon Ha Lee;HaeYong Kweon;In-Woo Kim
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.48
no.1
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pp.13-18
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2024
The rice field grasshopper, Oxya chinensis sinuosa (OC), has traditionally been utilized in Korea for various purposes; however, its potential benefits in the context of osteoporosis remain unclear. The results revealed that OC ethanol extract (OCE) significantly inhibited the formation and activity of tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP)-positive cells in receptor activator of nuclear factor-κB ligand (RANKL)-stimulated RAW264.7 cells. Furthermore, OCE, at concentrations ranging from 100 to 400 ㎍/mL, demonstrated a dose-dependent reduction in the protein expression of osteoclast-specific markers, including nuclear factor of activated T cell cytoplasmic 1, c-Src, and TRAP, when compared to RANKL stimulation alone. Additionally, OCE significantly inhibited RANKL-induced activation of p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) and c-Jun N-terminal kinase (JNK) but not the activation of extracellular signal-regulated kinase. Collectively, these results indicate that OCE suppresses osteoclastogenesis by attenuating the phosphorylation of p38 MAPK and JNK. Consequently, these findings suggest that OCE holds promise for the prevention of osteoporosis.
The ultimate goal of clinical periodontal therapy is to achieve regeneration of a healthy connective tissue reattachment. Conventional therapy including scaling, root planing, gingival curettage, gingivectomy and flap procedures of various types results primarily in repair rather than regeneration of the periodontium. In order for periodontal regeneration to occur, progenitor periodontal ligament cells must migrate to the denuded root surface, attach to it, proliferate and mature into an organized and functional fibrous attachment apparatus. Polypeptide growth factors belong to a class of potent biologic mediators which regulate cell differentiation, proliferation, migration and metabolism. Insulin-like growth factor-I (IGF- I ) of these factors appear to have an important role in periodontal wound healing and bone formation. The purpose of this study is to evaluate the effects of IGF- I on the periodontal ligament cells to use as a regeneration promoting agent of periodontal tissue. Human periodontal ligament cells were obtained from periodontal tissue explants culture of the first premolar tooth extracted for the orthodontic treatment. Cells were cultured in Dulbecco's modified Eagle medium(DMEM) with 10% fetal bovine serum. Fourth to seventh passage cells were plated in 24 well tissue culture plates and medium changed to serum-free medium prior to addition of growth factors. Cell proliferation was measured by the incorporation of $[^3H]-thymidine$ into DNA, Protein synthesis was determined by measurement of $[^3H]-proline$ incorporation into collagenase-digestible protein(CDP) and noncollagenous protein(NCP) according to the method of Peterkofsky and Diegelmann (1971), And alkaline phosphatase activity was measured as one parameter of osteoblastic differentiation. The results were as follows : The DNA synthetic activity was increased in a dose-dependent manner with IGF- I except for 0.1ng/ml concentration of IGF- I At the concentration of 10, 100ng/ml, IGF- I significantly increased the DNA synthetic activity(P<0.05) The total protein, collagen and noncollagen synthesis was increased in a dose-dependent manner with IGF- I except for 0.1ng/ml concentration of IGF- I. At the concentration of 1, 10, 100ng/ml, IGF- I significantly increased the total protein, collagen and noncollagen synthesis activity(P<0.95, P<0.001). The % of collagen was not effected according to the concentration of IGF- I. The alkaline phosphatase activity was increased in a dose-, time-dependent manner with IGF- I (10, 100ng/ml). In conclusions, the present study shows that IGF- I has a potentiality to enhance the DNA synthesis of periodontal ligament cells with including the increase of the total protein and collagen synthetic activity. The use of IGF- I to mediate biological stimulation of periodontal ligament cells shows promise for future therapeutic applications.
Kim, Heung-Jae;Yoo, Moo-Hi;Son, Mi-Won;Kim, Soon-Hoe
Proceedings of the PSK Conference
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2002.10a
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pp.359.3-359.3
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2002
Protein-tyrosine phosphatase 1 B(PTP-l B). which plays a key role in insulin signaling. is rising as a fascinating target for type 2 diabetes and obesity. Many scientists in structural biology solved the three dimensional X-ray Crystal structure of this type of enzyme, so we could easily get the active site structure of PTP-1 B or complex structure with ligand. Our virtual screening study for PTP-1B exactly based on these crystal strucutures from public database. (omitted)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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