Recently, the productivity of drug discovery has gradually decreased as the limitations of single-target-based drugs for various and complex diseases become exposed. To overcome these limitations, drug combinations have been proposed, and great efforts have been made to predict efficacious drug combinations by statistical methods using drug databases. However, previous methods which did not take into account biological networks are insufficient for elaborate predictions. Also, increased evidences to support the fact that drug effects are closely related to metabolic enzymes suggested the possibility for a new approach to the study drug combinations. Therefore, in this paper we suggest a novel approach for analyzing drug combinations using a metabolic network in a systematic manner. The influence of a drug on the metabolic network is described using the distance between the drug target and an enzyme. Target-enzyme distances are converted into influence scores, and from these scores we calculated the correlations between drugs. The result shows that the influence score derived from the targetenzyme distance reflects the mechanism of drug action onto the metabolic network properly. In an analysis of the correlation score distribution, efficacious drug combinations tended to have low correlation scores, and this tendency corresponded to the known properties of the drug combinations. These facts suggest that our approach is useful for prediction drug combinations with an advanced understanding of drug mechanisms.
Objectives : Saposhnikoviae Radix (SR) and Glehniae Radix (GR) have been frequently used in traditional medicine to treat diseases related to 'wind' syndrome, but there have been cases where it has been mixed in a state where the plant of origin is not clear. In this study, to select materials for conducting preclinical cerebral infarction research, the network pharmacology analysis method was used to select suitable medicinal materials for the study. Methods : In this study, a Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform (TCMSP) based network pharmacology analysis method was used, and oral bioavailability (OB), drug likeness (DL), Caco-2 and BBB permeability were utilized to select compounds with potential activity. For the values of each variable used in this study, OB ≥ 20%, DL ≥ 0.18, Caco-2 ≥ 0, and BBB ≥ -0.3 were applied, then networks of bioactive compounds, target proteins, and target diseases was constructed. STRING database was used to construct a protein-protein interaction network. Results : It was confirmed that SR rather than GR has various target proteins and target diseases based on network pharmacological analysis using TCMSP database. And it was analyzed that the bioactive compounds only in SR act more on neurovascular diseases, and both drugs are expected to be effectively used for cardiovascular diseases. Conclusions : In our future study, SR will be used in an ischemic stroke mouse model, and the mechanism of action will be explored focusing on apoptosis and cell proliferation.
Resistance to anoikis, a cell-detachment induced apoptosis, is one of the malignant phenotypes which support tumor metastasis. Molecular mechanisms underlying the establishment of this phenotype require further investigation. This study aimed at exploring protein expression profiles associated with anoikis resistance of a metastatic breast cancer cell. Cell survival of suspension cultures of non-metastatic MCF-7 and metastatic MDA-MB-231 cells were compared with their adherent cultures. Trypan blue exclusion assays demonstrated a significantly higher percentage of viable cells in MDA-MB-231 than MCF-7 cell cultures, consistent with analysis of annexin V-7-AAD stained cells indicating that MDA-MB-231 possess anti-apoptotic ability 1.7 fold higher than MCF-7 cells. GeLC-MS/MS analysis of protein lysates of MDA-MB-231 and MCF-7 cells grown under both culture conditions identified 925 proteins which are differentially expressed, 54 of which were expressed only in suspended and adherent MDA-MB-231 but not in MCF-7 cells. These proteins have been implicated in various cellular processes, including DNA replication and repair, transcription, translation, protein modification, cytoskeleton, transport and cell signaling. Analysis based on the STITCH database predicted the interaction of phospholipases, PLC and PLD, and 14-3-3 beta/alpha, YWHAB, with the intrinsic and extrinsic apoptotic signaling network, suggesting putative roles in controlling anti-anoikis ability. MDA-MB-231 cells grown in the presence of inhibitors of phospholipase C, U73122, and phospholipase D, FIPI, demonstrated reduced ability to survive in suspension culture, indicating functional roles of PLC and PLD in the process of anti-anoikis. Our study identified intracellular mediators potentially associated with establishment of anoikis resistance of metastatic cells. These proteins require further clarification as prognostic and therapeutic targets for advanced breast cancer.
Gwanghee Kim;Yoojin Lee;Jin Sun You;Wontae Hwang;Jeewon Hwang;Hwa Young Kim;Jieun Kim;Ara Jo;In ho Park;Mohammed Ali;Jongsun Kim;Jeon-Soo Shin;Ho-Keun Kwon;Hyun Jik Kim;Sang Sun Yoon
IMMUNE NETWORK
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v.23
no.4
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pp.31.1-31.18
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2023
Evidence suggests that the human respiratory tract, as with the gastrointestinal tract, has evolved to its current state in association with commensal microbes. However, little is known about how the airway microbiome affects the development of airway immune system. Here, we uncover a previously unidentified mode of interaction between host airway immunity and a unique strain (AIT01) of Staphylococcus epidermidis, a predominant species of the nasal microbiome. Intranasal administration of AIT01 increased the population of neutrophils and monocytes in mouse lungs. The recruitment of these immune cells resulted in the protection of the murine host against infection by Pseudomonas aeruginosa, a pathogenic bacterium. Interestingly, an AIT01-secreted protein identified as GAPDH, a well-known bacterial moonlighting protein, mediated this protective effect. Intranasal delivery of the purified GAPDH conferred significant resistance against other Gram-negative pathogens (Klebsiella pneumoniae and Acinetobacter baumannii) and influenza A virus. Our findings demonstrate the potential of a native nasal microbe and its secretory protein to enhance innate immune defense against airway infections. These results offer a promising preventive measure, particularly relevant in the context of global pandemics.
The formation of ${\beta}$-amyloid peptide ($A{\beta}$) is initiated from cleavage of amyloid precursor protein (APP) by a family of protease, ${\alpha}$-, ${\beta}$-, and ${\gamma}$-secretase. Sub W, a substrate peptide, consists of 10 amino acids, which are adjacent to the ${\beta}$-cleavage site of wild-type APP, and Sub M is Swedish mutant with double mutations on the left side of the ${\beta}$-cleavage site of APP. Sub W is a normal product of the metabolism of APP in the secretary pathway. Sub M is known to increase the efficiency of ${\beta}$-secretase activity, resulting in a more specific binding model compared to Sub W. Three-dimensional structures of Sub W and Sub M were studied by CD and NMR spectroscopy in water solution. On the basis of these structures, interaction models of ${\beta}$-secretase and substrate peptides were determined by molecular dynamics simulation. Four hydrogen bonds and one water-mediated interaction were formed in the docking models. In particular, the hydrogen bonding network of Sub M-BACE formed spread over the broad region of the active site of ${\beta}$-secretase (P5-P3'), and the side chain of P2- Asn formed a hydrogen bond specifically with the side chain of Arg235. These are more favorable to the cleavage of Sub M by ${\beta}$-secretase than Sub W. The two substrate peptides showed different tendency to bind to ${\beta}$-secretase and this information may useful for drug development to treat and prevent Alzheimer's disease.
Yoo, Hyeijung;Kim, Hyun Jung;Yang, Soo Hyun;Son, Gi Hoon;Gim, Jeong-An;Lee, Hyun Woo;Kim, Hyun
Molecules and Cells
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v.45
no.5
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pp.306-316
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2022
Chronic stress contributes to the risk of developing depression; the habenula, a nucleus in epithalamus, is associated with many neuropsychiatric disorders. Using genome-wide gene expression analysis, we analyzed the transcriptome of the habenula in rats exposed to chronic restraint stress for 14 days. We identified 379 differentially expressed genes (DEGs) that were affected by chronic stress. These genes were enriched in neuroactive ligand-receptor interaction, the cAMP (cyclic adenosine monophosphate) signaling pathway, circadian entrainment, and synaptic signaling from the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathway analysis and responded to corticosteroids, positive regulation of lipid transport, anterograde trans-synaptic signaling, and chemical synapse transmission from the Gene Ontology analysis. Based on protein-protein interaction network analysis of the DEGs, we identified neuroactive ligand-receptor interactions, circadian entrainment, and cholinergic synapse-related subclusters. Additionally, cell type and habenular regional expression of DEGs, evaluated using a recently published single-cell RNA sequencing study (GSE137478), strongly suggest that DEGs related to neuroactive ligand-receptor interaction and trans-synaptic signaling are highly enriched in medial habenular neurons. Taken together, our findings provide a valuable set of molecular targets that may play important roles in mediating the habenular response to stress and the onset of chronic stress-induced depressive behaviors.
Objective: Spermatozoa are produced within the seminiferous tubules after sexual maturity. The expression levels of mRNAs and lncRNAs in testicular tissues are different at each stage of testicular development and are closely related to formation of the extracellular matrix (ECM) and spermatogenesis. Therefore, we set out to study the expression of lncRNAs and mRNAs during the different developmental stages of the goat testis. Methods: We constructed 12 RNA libraries using testicular tissues from goats aged 3, 6, and 12 months, and studied the functions of mRNAs and lncRNAs using the gene ontogeny (GO) and Kyoto encyclopedia of genes and genomes (KEGG) databases. Relationships between differentially expressed genes (DEGs) were analyzed by lncRNA-mRNA co-expression network and protein-protein interaction network (PPI). Finally, the protein expression levels of matrix metalloproteinase 2 (MMP2), insulin-like growth factor 2 (IGF2), and insulin-like growth factor-binding protein 6 (IGFBP6) were detected by western blotting. Results: We found 23, 8, and 135 differentially expressed lncRNAs and 161, 12, and 665 differentially expressed mRNAs that were identified between 3 vs 6, 6 vs 12, and 3 vs 12 months, respectively. GO, KEGG, and PPI analyses showed that the differential genes were mainly related to the ECM. Moreover, MMP2 was a hub gene and co-expressed with the lncRNA TCONS-0002139 and TCONS-00093342. The results of quantitative reverse-transcription polymerase chain reaction verification were consistent with those of RNA-seq sequencing. The expression trends of MMP2, IGF2, and IGFBP6 protein were the same as that of mRNA, which all decreased with age. IGF2 and MMP2 were significantly different in the 3 vs 6-month-old group (p<0.05). Conclusion: These results improve our understanding of the molecular mechanisms involved in sexual maturation of the goat testis.
Zhu, Zhu;Li, Ruimei;Qin, Wei;Zhang, Hantao;Cheng, Yao;Chen, Feiyan;Chen, Cuihua;Chen, Lin;Zhao, Yunan
Journal of Ginseng Research
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v.46
no.6
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pp.750-758
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2022
Background: Mild cognitive impairment (MCI) is a transitional condition between normality and dementia. Ginseng is known to have effects on attenuating cognitive deficits in neurogenerative diseases. Ginsenosides are the main bioactive component of ginseng, and their protein targets have not been fully understood. Furthermore, no thorough analysis is reported in ginsenoside-related protein targets in MCI. Methods: The candidate protein targets of ginsenosides in brain tissues were identified by drug affinity responsive target stability (DARTS) coupled with label-free liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) analysis. Network pharmacology approach was used to collect the therapeutic targets for MCI. Based on the above-mentioned overlapping targets, we built up a proteineprotein interaction (PPI) network in STRING database and conducted gene ontology (GO) enrichment analysis. Finally, we assessed the effects of ginseng total saponins (GTS) and different ginsenosides on mitochondrial function by measuring the activity of the mitochondrial respiratory chain complex and performing molecular docking. Results: We screened 2526 MCI-related protein targets by databases and 349 ginsenoside-related protein targets by DARTS. On the basis of these 81 overlapping genes, enrichment analysis showed the mitochondria played an important role in GTS-mediated MCI pharmacological process. Mitochondrial function analysis showed GTS, protopanaxatriol (PPT), and Rd increased the activities of complex I in a dose-dependent manner. Molecular docking also predicted the docking pockets between PPT or Rd and mitochondrial respiratory chain complex I. Conclusion: This study indicated that ginsenosides might alleviate MCI by targeting respiratory chain complex I and regulating mitochondrial function, supporting ginseng's therapeutic application in cognitive deficits.
The dermal papilla cells (DPCs) of hair follicles are known to secrete paracrine factors for follicular cells. Shotgun proteomic analysis was performed to compare the expression profiles of the secretomes of human DPCs and dermal fibroblasts (DFs). In this study, the proteins secreted by DPCs and matched DFs were analyzed by 1DE/LTQ FTICR MS/MS, semi-quantitatively determined using emPAI mole percent values and then characterized using protein interaction network analysis. Among the 1,271 and 1,188 proteins identified in DFs and DPCs, respectively, 1,529 were further analyzed using the Ingenuity Pathway Analysis tool. We identified 28 DPC-specific extracellular matrix proteins including transporters (ECM1, A2M), enzymes (LOX, PON2), and peptidases (C3, C1R). The biochemically-validated DPC-specific proteins included thrombospondin 1 (THBS1), an insulin-like growth factor binding protein3 (IGFBP3), and, of particular interest, an integrin beta1 subunit (ITGB1) as a key network core protein. Using the shotgun proteomic technique and network analysis, we selected ITGB1, IGFBP3, and THBS1 as being possible hair-growth modulating protein biomarkers.
Proceedings of the Korean Society for Bioinformatics Conference
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2005.09a
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pp.278-283
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2005
Cell cycle is regulated cooperatively by several genes. The dynamic regulatory mechanism of protein interaction network of cell cycle will be presented taking the budding yeast as a sample system. Based on the mathematical model developed by Chen et at. (MBC, 11,369), at first, the dynamic role of the feedback loops is investigated. Secondly, using a bifurcation diagram, dynamic analysis of the cell cycle regulation is illustrated. The bifurcation diagram is a kind of ‘dynamic road map’ with stable and unstable solutions. On the map, a stable solution denotes a ‘road’ attracting the state and an unstable solution ‘a repelling road’ The ‘START’ transition, the initiation of the cell cycle, occurs at the point where the dynamic road changes from a fixed point to an oscillatory solution. The 'FINISH' transition, the completion of a cell cycle, is returning back to the initial state. The bifurcation analysis for the mutants could be used uncovering the role of proteins in the cell cycle regulation network.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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