Defects in mitochondrial DNA (mtDNA) cause many human diseases and are critical factors that contribute to aging. The mechanisms of maternally-inherited mtDNA mutations are well studied. However, the role of acquired mutations during the aging process is still poorly understood. The most plausible mechanism is that increased reactive oxygen species (ROS) may affect the opening of mitochondrial voltage dependent anion channel (VDAC) and thus results in damage to mtDNA. This review focuses on recent trends in mtDNA research and the mutations that appear to be associated with increased ROS.
In regard to $A\beta$ toxicity and AD, reactive oxygen species (ROS) are produced by macrophage families in response to $A\beta$ stimulation. In addition to this, neurotrophins (NTs) regulate the neuronal function as well as cell survival and the growth of various types of neurons in both the peripheral nervous system (PNS) and central nervous system (CNS). As high expressions of the ROS and NTs are a routine findings in neuronal cell damage, we wanted to investigate whether Rg3 can inhibit the production of ROS and NTs primary cell cultures. (omitted)
The global obesity epidemic and the growing elderly population largely contribute to the increasing incidence of type 2 diabetes. Insulin resistance acts as a critical link between the present obesity pandemic and type 2 diabetes. Naturally occurring reactive oxygen species (ROS) regulate intracellular signaling and are kept in balance by the antioxidant system. However, the imbalance between ROS production and antioxidant capacity causes ROS accumulation and induces oxidative stress. Oxidative stress interrupts insulin-mediated intracellular signaling pathways, as supported by studies involving genetic modification of antioxidant enzymes in experimental rodents. In addition, a close association between oxidative stress and insulin resistance has been reported in numerous human studies. However, the controversial results with the use of antioxidants in type 2 diabetes raise the question of whether oxidative stress plays a critical role in insulin resistance. In this review article, we discuss the relevance of oxidative stress to insulin resistance based on genetically modified animal models and human trials.
The implications of nutrient starvation due to aging on the degeneration of the retinal pigment epithelium (RPE) is yet to be fully explored. We examined the involvement of AMPK activation in mitochondrial homeostasis and its relationship with the maintenance of a healthy mitochondrial population and epithelial characteristics of RPE cells under nutrient starvation. Nutrient starvation induced mitochondrial senescence, which led to the accumulation of reactive oxygen species (ROS) in RPE cells. As nutrient starvation persisted, RPE cells underwent pathological epithelial-mesenchymal transition (EMT) via the upregulation of TWIST1, a transcription regulator which is activated by ROS-induced NF-κB signaling. Enhanced activation of AMPK with metformin decelerated mitochondrial senescence and EMT progression through mitochondrial biogenesis, primed by activation of PGC1-α. Thus, by facilitating mitochondrial biogenesis, AMPK protects RPE cells from the loss of epithelial integrity due to the accumulation of ROS in senescent mitochondria under nutrient starvation.
Kim, Ji Hoon;Kim, Hyuck;Kim, Young Hak;Chung, Won-Sang;Suh, Jung Kook;Kim, Sung Jin
Journal of Chest Surgery
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v.46
no.1
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pp.14-21
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2013
Background: Reactive oxygen species (ROS) are known to be related to cardiovascular diseases. Many studies have demonstrated that angiotensin-converting enzyme inhibitors have beneficial effects against ROS. We investigated the antioxidant effect of captopril and enalapril in nitric oxide mediated vascular endothelium-dependent relaxations. Materials and Methods: Isolated rabbit abdominal aorta ring segments were exposed to ROS by electrolysis of the organ bath medium (Krebs-Henseleit solution) after pretreatment with various concentrations (range, $10^{-5}$ to $3{\times}10^{-4}$ M) of captopril and enalapril. Before and after electrolysis, the endothelial function was measured by preconstricting the vessels with norepinephrine ($10^{-6}$ M) followed by the cumulative addition of acetylcholine (range, $3{\times}10^{-8}$ to $10^{-6}$ M). The relevance of the superoxide anion and hydrogen peroxide scavenging effect of captopril and enalapril was investigated using additional pretreatments of diethyldithiocarbamate (DETCA, 0.5 mM), an inhibitor of Cu/Zn superoxide dismutase, and 3-amino-1,2,4-triazole (3AT, 50 mM), an inhibitor of catalase. Results: Both captopril and enalapril preserved vascular endothelium-dependent relaxation after exposure to ROS in a dose-dependent manner (p<0.0001). Pretreatment with DETCA attenuated the antioxidant effect of captopril and enalapril (p<0.0001), but pretreatment with 3AT did not have an effect. Conclusion: Both captopril and enalapril protect endothelium against ROS in a dose-dependent fashion in isolated rabbit abdominal aortas. This protective effect is related to superoxide anion scavenging.
Background: Toll-like receptors (TLRs) are well-known pattern recognition receptors. Among the 13 TLRs, TLR2 is the most known receptor for immune response. It activates mitogen-activated protein kinases (MAPKs), which are counterbalanced by MAPK phosphatases [MKPs or dual-specificity phosphatases (DUSPs)]. However, the regulatory mechanism of DUSPs is still unclear. In this study, the effect of a TLR2 ligand (TLR2L, Pam3CSK4) on DUSP4 expression in Raw264.7 cells was demonstrated. Methods: A Raw264.7 mouse macrophage cell line was cultured in Dulbecco's modified Eagle's medium supplemented with 10% fetal bovine serum and 1% antibiotics (100 U/mL penicillin and 100 g/mL streptomycin) at $37^{\circ}C$ in 5% $CO_2$. TLR2L (Pam3CSK4)-mediated DUSP4 expressions were confirmed with RT-PCR and western blot analysis. In addition, the detection of reactive oxygen species (ROS) was measured with lucigenin assay. Results: Pam3CSK4 induced the expression of DUSP1, 2, 4, 5 and 16. The DUSP4 expression was also increased by TLR4 and 9 agonists (lipopolysaccharide and CpG ODN, respectively). Pam3CSK4 also induced ERK1/2 phosphorylation and ROS production, and the Pam3CSK4-induced DUSP4 expression was decreased by ERK1/2 (U0126) and ROS (DPI) inhibitors. U0126 suppressed the ROS production by Pam3CSK4. Conclusion: Pam3CSK4-mediated DUSP4 expression is regulated by ERK1/2 and ROS. This finding suggests the physiological importance of DUSP4 in TLR2-mediated immune response.
Zhang, En Ji;Song, Chang Hwa;Ko, Young Kwon;Lee, Won Hyung
The Korean Journal of Pain
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v.27
no.3
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pp.239-245
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2014
Background: Neuropathic pain induced by spinal or peripheral nerve injury is very resistant to common pain killers, nerve block, and other pain management approaches. Recently, several studies using stem cells suggested a new way to control the neuropatic pain. In this study, we used the spinal nerve L5 ligation (SNL) model to investigate whether intrathecal rat mesenchymal stem cells (rMSCs) were able to decrease pain behavior, as well as the relationship between rMSCs and reactive oxygen species (ROS). Methods: Neuropathic pain of the left hind paw was induced by unilateral SNL in Sprague-Dawley rats (n = 10 in each group). Mechanical sensitivity was assessed using Von Frey filaments at 3, 7, 10, 12, 14, 17, and 24 days post-ligation. rMSCs ($10{\mu}l$, $1{\times}10^5$) or phosphate buffer saline (PBS, $10{\mu}l$) was injected intrathecally at 7 days post-ligation. Dihydroethidium (DHE), an oxidative fluorescent dye, was used to detect ROS at 24 days post-ligation. Results: Tight ligation of the L5 spinal nerve induced allodynia in the left hind paw after 3 days post-ligation. ROS expression was increased significantly (P < 0.05) in spinal dorsal horn of L5. Intrathecal rMSCs significantly (P < 0.01) alleviated the allodynia at 10 days after intrathecal injection (17 days post-ligation). Intrathecal rMSCs administration significantly (P < 0.05) reduced ROS expression in the spinal dorsal horn. Conclusions: These results suggest that rMSCs may modulate neuropathic pain generation through ROS expression after spinal nerve ligation.
The adverse health effects of a number of environment pollutions are related to the formation of free radicals. Induction of antioxidant defensive system in the response to an oxidative attack is an essential element of the cell to survive. CYP2E1 is easily induced by organic solvents and induces continuous formation of reactive oxygen species (ROS). ${\gamma}$-Glutamyltranspeptidase (${\gamma}$GT) plays an important role in glutathione metabolism and xenobiotic detoxification. To evaluate the characteristic of oxidative stress which induces GGT expression and to understand human antioxidant defensive response against oxidative stress induced by CYP2E1, we studied regulation of ${\gamma}$GT enzyme expression in response to various oxidative stresses in human HepG2 cells. The ${\gamma}$GT activity was not modified after exposure of acute oxidative stress inducing agents (ferric nitrilotriacetate, cumene hydroperoxide, ADP-Fe, O-tetradecanoylphorbol-13-acetate, tumor necrosis factor-alpha). To induce continuous exposure of cells to ROS, HepG2 cells were transfected by human CYP2E1 gene transiently. The CYP2E1 activity was verified with chlorzoxazone hydroxylation. Transfection of CYP2E1 showed continuous 60% increase in intracellular ROS and 240 % increase in microsomal ROS. CYP2E1 overexpressing cells showed increased ${\gamma}$GT activity (2.5-fold). The observed enhancement of ${\gamma}$GT activity correlated with a significant increase of ${\gamma}$GT mRNA (2.1-fold). Treatment with antioxidant strongly prevented the increase in ${\gamma}$GT activity. The CYP2E1 overexpression did not modify toxicity index and increased glutathione levels. These results show that continuous exposure of cells to ROS produced by CYP2E1 up-regulates ${\gamma}$GT; This may be one of the adaptive antioxidant responses of cells to oxidative insult. Present study also suggests that the induction of ${\gamma}$GT could be used as a marker of oxidative stress induced by exposure to organic solvents.
During storage, boar spermatozoa undergo several changes including diminished motility and viability and accumulated reactive oxygen species (ROS). In this study, we investigated the effects of green tea extract (GTE) supplementation in the Sui Dil extender on the sperm motility, viability, ROS and lipid peroxidation (LPO) of long-term preserved boar semen at $17^{\circ}C$. A total number of eight boars were used for this experiment. Pooled ejaculates were diluted to $20{\times}10^6sperm/ml$ in the Sui Dil extender containing 0 (control), 1, 10, 100 or 500 mg/l GTE and were preserved at $17^{\circ}C$ for 24, 72, 120 and 168 h, respectively. At each storage time, sperm motility and viability were estimated by microscopic examination and the fluorescent double stain $Fertilight^{(R)}$, respectively. Sperm ROS level and LPO were assessed using the 2', 7'-dichlorodihydrofluorescein diacetate ($H_2DCFDA$)/propidium iodide (PI) and C11-BODIPY581/591/PI with flow cytometry, respectively. Compared to that of the 500 mg group, there were higher sperm motility and viability in the 1, 10 and 100 mg GTE groups during the preservation from 24 to 168 h (p < 0.05). The ROS levels of the 10 and 100 mg groups during the 168 h preservation were lower than those of the 0, 1 and 500 mg groups (p < 0.05). There were no significant differences in LPO regardless of the preservation period or the GTE concentration. In conclusion, the optimal concentrations (10 and 100 mg/l) of GTE that led to lower ROS levels may be useful for liquid boar sperm preservation at $17^{\circ}C$ for a period of 168 h.
The effect of bisphenol S (BPS) on the viability and production of reactive oxygen species (ROS) was studied in boar sperm and ovarian granulosa cells. Boar semen was incubated in Beltsville thawing solution with either 0 or $5{\mu}M$ BPS for 3 and 6 h. The viability of sperm was analyzed by SYBR14/PI doubling staining, and production of ROS was detected. Ovarian granulosa cells were also treated with BPS for 24, 48, and 72 h. Then, cell viability (0, 5, 10, and $20{\mu}M$) and ROS production (only 0 and $5{\mu}M$ BPS) were assessed. The results showed that, BPS decreased sperm viability at 3 and 6 h, and that BPS increased ROS production (p<0.05). Also, BPS reduced the viability of ovarian granulosa cells (p<0.05), and stimulated ROS production (p<0.05). These results suggest that BPS damages sperm activation and ovarian granulosa cells in the reproductive system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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