Toxoplasma gondii provokes rapid and sustained nuclear translocation of the signal transducer and activator of transcription 6 (STAT6) in HeLa cells. We observed activation of STAT6 as early as 2hr after infection with T. gondii by the nuclear translocation of fluorescence expressed from exogenously transfected pDsRed2-STAT6 plasmid and by the detection of phosphotyrosine-STAT6 in Western blot. STAT6 activation occurred only by infection with live tachyzoites but not by co-culture with killed tachyzoites or soluble T. gondii extracts. STAT6 phosphorylation was inhibited by small interfering RNA of STAT6 (siSTAT6). In view of the fact that STAT6 is a central mediator of IL-4 induced gene expression, activation of STAT6 by T. gondii infection resembles that infected host cells has been stimulated by IL-4 treatment. STAT1 was affected to increase the transcription and expression by the treatment of siSTAT6. STAT6 activation was not affected by any excess SOCS's whereas that with IL-4 was inhibited by SOCS-1 and SOCS-3. T. gondii infection induced Eotaxin-3 gene expression which was reduced by $IFN-{\gamma}$. These results demonstrate that T. gondii exploits host STAT6 to take away various harmful reactions by $IFN-{\gamma}$. This shows, for the first time, IL-4-like action by T. gondii infection modulates microbicidal action by $IFN-{\gamma}$ in infected cells.
To elucidate the molecular mechanisms of autoimmune inflammation in the central nervous system, we examined the expression and localization of STAT1, STAT3, STAT4 and STAT6 molecules during experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) by competitive PCR. In the present study, we quantitated IL-4 and IL-12 p40 mRNA by competitive PCR in the CNS during EAE. IL-4 mRNA was found at early and peak stages. On the other hand, the IL-12 p40 mRNA level reached maximal levels at the peak stage and still found at the recovery stage of the disease. We examined the kinetics of STAT mRNA in the CNS during EAE and demonstrated that STAT1 and STAT4 mRNA reached a maximal level at the peak stage of EAE, whereas STAT3 mRNA level increased gradually to the recovery stage. STAT6 mRNA increased rapidly at the early stage followed by gradual decrease till the recovery stage. Taken together, these findings suggest that STAT4 which was probably activated by IL-12 plays a pro-inflammatory role and that STAT3 which was activated throughout the disease course seems to serve as a transducer of anti-inflammatory signals.
In the peripheral nerves, injury-induced cytokines and growth factors perform critical functions in the activation of both the MEK/ERK and JAK/STAT3 pathways. In this study, we determined that nerve injury-induced ERK activation was temporally correlated with STAT3 phosphorylation at the serine 727 residue. In cultured Schwann cells, we noted that ERK activation is required for the serine phosphorylation of STAT3 by neuropoietic cytokine interleukin-6 (IL-6). Serine phosphorylated STAT3 by IL-6 was transported into Schwann cell nuclei, thereby indicating that ERK may regulate the transcriptional activity of STAT3 via the induction of serine phosphorylation of STAT3. Neuregulin-1 (NRG) also induced the serine phosphorylation of STAT3 in an ERK-dependent fashion. In contrast with the IL-6 response, serine phosphorylated STAT3 induced by NRG was not detected in the nucleus, thus indicating the non-nuclear function of serine phosphorylated STAT3 in response to NRG. Finally, we determined that the inhibition of ERK prevented injury-induced serine phosphorylation of STAT3 in an ex-vivo explants culture of the sciatic nerves. Collectively, the results of this study show that ERK may be an upstream kinase for the serine phosphorylation of STAT3 induced by multiple stimuli in Schwann cells after peripheral nerve injury.
STATs are proteins with a dual function: signal transducers in the cytoplasm and transcriptional activators in the nucleus. Among the six known major STATs (STAT1-6), STAT3 has been implicated in the widest range of signaling pathways that regulate cell growth and differentiation. As a part of our on-going investigation on the pleiotropic functions of STAT proteins, we examined the role of STAT3 as a molecular adaptor that links diverse cell growth signaling pathways. We observed that STAT3 can be specifically activated by multiple cytokines, such as IL-3, in transformed fibroblasts and IL-4 or IFN-$\gamma$ in primary immune cells, respectively. The selective activation of STAT3 in H-ras-transformed NIH3T3 cells is associated with an increased expression of phosphoserioe STAT3 in these cells, compared to the parental cells. Notably phosphoresine-STAT3 interacts with oncogenic ras, shown by immunoprecipitation and Western blots. The results suggest the role of STAT3 in rasinduced cellular transformation as a molecular adaptor linking the Jak/STAT and Ras/MAPK pathways. In primary immune cells, IL-4 and IFN-$\gamma$ each induced (in addition to the characteristic STAT6 and STAT1 homodimers) the formation of STAT3-containing complexes that bind to GAS probes, which correspond to the $Fe{\varepsilon}$ Rll and $Fe{\gamma}$ RI promoter sequences, respectively. Since IL-4 and IFN-$\gamma$ are known to counter-regulate the expression of these genes, the ability of STAT3 to form heterodimeric complexes with STAT6 or STAT1 implies its role in the fine-tuned control of genes that are regulated by IL-4 and IFN-$\gamma$.
패혈증은 병원성 감염에 의해 여러 장기에 나타나는 전신성 염증 반응으로, 현재로서는 유망한 치료제가 없다. Signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3)은 세포 신호전달 전사 인자로서 항염증 및 염증 반응과 관련된 다양한 세포의 생물학적 과정에서 중요한 역할을 한다. Niclosamide는 FDA에서 승인된 구충제로 STAT3 조절에 관여한다고 알려져 있다. C57BL/6 마우스에 복강 주사로 지질 다당체 (lipopolysaccharide, LPS)를 투여해 패혈증을 유발하였고, Niclosamide를 LPS 주사 2시간 후에 경구 투여하였다. 본 연구에서 Niclosamide가 LPS로 유발된 패혈증 모델의 생존률과 폐 손상을 완화시켰고, 혈청 내 interleukin (IL)-6, 종양괴사인자(tumor necrosis factor-α, TNF-α), IL-1β, AST, ALT, LDH 수치를 유의하게 감소시켰다. 또한 폐 조직 면역 블롯을 통해 PI3K, AKT, NF-κB, STAT3 신호 전달 경로가 Niclosamide에 의해 조절되는 것을 확인하였다. Niclosamide는 LPS를 자극한 RAW 264.7 세포주에서 IL-6, TNF-α, IL-1β와 같은 염증성 사이토카인의 발현을 감소시켰으며, 또한 STAT3의 인산화를 감소시켰다. 본 연구를 통해 Niclosamide에 의한 STAT3 조절이 염증 반응을 억제함으로써 패혈증 모델에 대한 새로운 치료 전략을 제시하였다.
목적: STAT3는 주요 세포 진행과정을 조절하는 암유전자로, 활성화되면 여러 악성종양의 생물학적, 임상적 특징과 연관된다고 알려져 있고, 한편 배아줄기세포와 연관된 유전자이기도 하다. 본 연구에서는 연골종양의 발생에 STAT3 활성화가 관여하는지 살펴보았다. 대상 및 방법: 총 33예의 각종 양성 및 악성 연골종양에서 STAT3 활성화를 살펴보기 위해 활성화된 $pSTAT3^{tyr705}$에 특이한 단클론성 항체를 이용한 면역조직화학법을 시행하였다. 결과: 통상적인 연골육종 17예 중, 조직학적 등급 3의 연골육종은 3예(50%)에서 pSTAT3에 양성이었고, 등급 1 및 2 연골육종은 모두 음성이었다. 즉 pSTAT3 양성도는 조직학적 등급과 통계학적으로 유의한 상관관계(p=0.0432)를 나타내었다. 또한 투명세포 연골육종 2예(50%)도 pSTAT3에 양성이었다. 내연골종, 연골모세포종, 연골점액양섬유종 등 12예의 양성 연골종양 중 6예(50%)에서 pSTAT3가 관찰되었다. 결론: STAT3 활성화는 통상적인 연골육종 중 고도의 조직학적 분화도가 나쁜 등급에서 주로 발견된다. 배아줄기세포 표지자인 STAT3가 양성 및 악성 연골종양 일부에서 활성화되는 것으로 미루어보아 연골 기원 종양에서도 악성종양의 줄기세포 가설을 제안할 수 있다.
The importance of signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) signaling in gastric carcinogenesis was firmly evaluated in the previous studies. Fully activated STAT3 induces various target genes involving tumor invasion and epithelial-mesenchymal transition (EMT), and mediates interaction between cancer cells and microenvironmental immune cells. Thus, suppression of STAT3 activity is an important issue for inhibition of gastric carcinogenesis and invasion. Unfortunately, data from clinical studies of direct inhibitor targeting STAT3 have been disappointing. SH2-containing protein tyrosine phosphatase 1 (SHP-1) effectively dephosphorylates and inhibits STAT3 activity, which has not been extensively studied gastric cancer research field. However, by summarizing recent data, it is evident that protein and gene expression of SHP-1 are minimal in gastric cancer cells, and induction of SHP-1 effectively downregulates phosphorylated STAT3 and inhibits cellular invasion in gastric cancer cells. Several SHP-1 inducers have been investigated in the experimental studies, including proton pump inhibitor, arsenic trioxide, and other natural compounds. Taken together, we suggest that modulation of SHP-1/STAT3 signaling axis may present a new way for treatment of gastric cancer, and development of effective SHP-1 inducer may be an important task in the future search field of gastric cancer.
Specific gene expressions of host cells by spontaneous STAT6 phosphorylation are major strategy for the survival of intracellular Toxoplasma gondii against parasiticidal events through STAT1 phosphorylation by infection provoked $IFN-{\gamma}$. We determined the effects of small molecules of tyrosine kinase inhibitors (TKIs) on the growth of T. gondii and on the relationship with STAT1 and STAT6 phosphorylation in ARPE-19 cells. We counted the number of T. gondii RH tachyzoites per parasitophorous vacuolar membrane (PVM) after treatment with TKIs at 12-hr intervals for 72 hr. The change of STAT6 phosphorylation was assessed via western blot and immunofluorescence assay. Among the tested TKIs, Afatinib (pan ErbB/EGFR inhibitor, $5{\mu}M$) inhibited 98.0% of the growth of T. gondii, which was comparable to pyrimethamine ($5{\mu}M$) at 96.9% and followed by Erlotinib (ErbB1/EGFR inhibitor, $20{\mu}M$) at 33.8% and Sunitinib (PDGFR or c-Kit inhibitor, $10{\mu}M$) at 21.3%. In the early stage of the infection (2, 4, and 8 hr after T. gondii challenge), Afatinib inhibited the phosphorylation of STAT6 in western blot and immunofluorescence assay. Both JAK1 and JAK3, the upper hierarchical kinases of cytokine signaling, were strongly phosphorylated at 2 hr and then disappeared entirely after 4 hr. Some TKIs, especially the EGFR inhibitors, might play an important role in the inhibition of intracellular replication of T. gondii through the inhibition of the direct phosphorylation of STAT6 by T. gondii.
본 연구에서는 전사억제제(transcriptional inhibitor)로 알려진 actinomycin D가 전사조절인자(transcription factor)인 STAT의 인산화를 유도한다는 것을 확인하였다. Actinomycin D 처리 시 STAT1의 Tyr701, Ser727 인산화는 유도되지 않았지만 STAT3의 Tyr705 잔기의 인산화를 특이적으로 유도하는 것을 확인하였다. Actinomycin D에 의한 STAT3의 Tyr705 인산화 유도가 어떠한 기전을 통한 것인지 확인하기 위해서 관련 인자의 단백질 및 mRNA 발현을 확인한 결과 SOCS3의 단백질 및 mRNA 발현의 감소를 확인하였다. STAT3의 탈인산화를 유도한다고 알려진 tyrosine phosphatase인 SHP-1와 STAT의 upstream kinase인 JAK2의 인산화는 변화가 없었다. 또한 actinomycin D 뿐 아니라 다른 전사억제제인 DRB를 처리 하였을 경우에도 STAT3의 Tyr705 인산화가 유도되는 것을 확인하였다. 이상의 결과는 전사억제제에 의하여 특이적인 SOCS3 단백질 발현감소는 SOCS3의 하류의 target인 STAT3 인산화를 유도하였다.
Veena Jaganivasan;Dona Samuel Karen;Bavya Chandrasekhar
통합자연과학논문집
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제16권3호
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pp.81-95
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2023
Colorectal cancer is one of the most common types of cancer worldwide, ranking third after lung and breast cancer in terms of global prevalence. With an expected 1.93 million new cases and 935,000 deaths in 2020, it is more prevalent in males than in women. Evidence has shown that during the later stages of colon cancer, STAT1 promotes tumor progression by promoting cell survival and resistance to chemotherapy. Recent studies have shown that inhibiting STAT1 pathway leads to a reduction in tumor cell proliferation and growth, and can also promote apoptosis in colon cancer cells. One of the recent approaches in the field of drug discovery is drug repurposing. In drug repurposing approach we have virtually screened FDA database against STAT1 protein and their interactions have been studied through Molecular docking. Cross docking was performed with the top 10 compounds to be more specific with STAT1 comparing the affinity with STAT2, STAT3, STAT4, STAT5a, STAT5b and STAT6. The drugs that showed higher affinity were subjected to Conceptual - Density functional theory. Besides, the Molecular dynamic simulation was also carried out for the selected leads. We also validated in-vitro against colon cancer cell lines. The results showed mainly Acetyldigitoxin has shown better binding to the target. From this study, we can predict that the drug Acetyldigitoxin has shown noticeable inhibitory efficiency against STAT1, which in turn can also lead to the reduction of tumor cell growth in colon cancer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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