Jung, Yieun;Ahn, So-Hee;Park, Sang Hui;Choi, Youn-Hee
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.21
no.5
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pp.509-518
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2017
Glioblastoma multiforme (GBM) is the most common primary intracranial tumor in adults and has poor prognosis. The GBM-specific tumor microenvironment (TME) plays a crucial role in tumor progression, immune escape, local invasion, and metastasis of GBM. Here, we demonstrate that hypoxia, reactive oxygen species (ROS), and differential concentration of glucose influence the expression of cytokines and chemokines, such as IL-6, IL-8, and IP-10, in human glial cell lines. Treatment with cobalt chloride ($CoCl_2$) and hydrogen peroxide ($H_2O_2$) significantly increased the expression levels of IL-6, IL-8, and IP-10 in a dose-dependent manner in CRT-MG and U251-MG astroglioma cells, but not in microglia cells. However, we found strikingly different patterns of expression of cytokines and chemokines between $H_2O_2$-treated CRT-MG cells cultured in low- and high-glucose medium. These results suggest that astroglioma and microglia cells exhibit distinct patterns of cytokine and chemokine expression in response to $CoCl_2$ and $H_2O_2$ treatment, and different concentrations of glucose influence this expression under either hypoxic or oxidant-enriched conditions.
Cancer cells are known to show increased rates of glycolysis metabolism. Based on this, PET studies using F-18-fluorodeoxyglucose have been used for the detection of primary and metastatic tumors. To account for this increased glucose uptake, a variety of mechanisms has been proposed. Glucose influx across the cell membrane is mediated by a family of structurally related proteins known as glucose transporters (Gluts). Among 6 isoforms of Gluts, Glut-1 and/or Glut-3 have been reported to show increased expression in various tumors. Increased level of Glut mRNA transcription is supposed to be the basic mechanism of Glut overexpression at the protein level. Some oncogens such as src or ras intensely stimulate Glut-1 by means of increased Glut-1 mRNA levels. Hexokinase activity is another important factor in glucose uptake in cancer cells. Especially hexokinase type II is considered to be involved in glycolysis of cancer cells. Much of the hexokinase of tumor cells is bound to outer membrane of mitochondria by the porin, a hexokinase receptor. Through this interaction, hexokinase may gain preferred access to ATP synthesized via oxidative phosphorylation in the inner mitochondria compartment. Other biologic factors such as tumor blood flow, blood volume, hypoxia, and infiltrating cells in tumor tissue are involved. Relative hypoxia may activate the anaerobic glycotytic pathway. Surrounding macrophages and newly formed granulation tissue in tumor showed greater glucose uptake than did viable cancer cells. To expand the application of FDG PET in oncology, it is important for nuclear medicine physicians to understand the related mechanisms of glucose uptake in cancer tissue.
Purpose: It is well known that the radiosensitivity of tumor cells can be significantly reduced under hypoxic conditions. Hypoxia-inducible factor-1 $\alpha$ (HIF-1 $\alpha$) plays a pivotal role in the essential adaptive responses to hypoxia. Therefore this study investigated the relationship between HIF-1 $\alpha$ expression and radiosensitivity. M Mouse hepatoma cell line hepafcic7 and HIF-1 $\beta$-deficient mutant cell line hepa1C4 were used to analyze the role of HIF-1 a. on radiosensitivity. These cells were exposed for 6 h to desferrioxamine (DFX) before radiation. HIF-1$\alpha$. expression was examined by Western blot. Apoptosis was assessed by DNA fragmentation, propidium iodide staining, and apoptotic cell death detection ELISA kit. Radiation sensitivity was determined using MTT assay. The radiobioiogical parameters, surviving fractions at 2 Gy and 8 Gy, and mean inactivation dose (MID) from the linear-quadratic model were used to assess radiation sensitivity in the statistical analyses. Results: The expression of HIF-1 $\alpha$. was Increased, whereas apoptosis was decreased, by radiation In the presence of DFX In hepal cl c7, but not In hepal C4. The radlosensitivity of hepal C4 cells was not significantly affected by DFX treatment. The radiosensitivlty of hepal cl c7 cells was significantly decreased in the presence of DFX Conclusion: The expression of HIF-1 w by hypoxia-mimic agent DFX reduced apoptosls and radiosensitlvity in mouse hepatoma cell line hepafclc7. These results suggested that HIF-1 u could be Induced by irradiation in hypoxic ceils of tumor masses, and that this mlght Increase radioresistance in hypoxic cells.
Hypoxia in solid tumors is known to contribute to intrinsic chemoresistance. Tirapazamine(TPZ). a hypoxia-selective cytotoxin. showed synergism with radiation or cytotoxic agents. Paclitaxel(PTX) is a highly active anti-cancer agent against Non small cell lung cancer(NSCLC), however. due to poor penetration into central hypoxic region of tumor tissue. combination with TPZ has been suggested to enhance its efficacy. (omitted)
Intra-tumoral hypoxia is an environment that promotes tumor cell migration, angiogenesis and epithelial-mesenchymal transition that accounts for a major mechanism of metastasis. Chloroquine potentially offers a new therapeutic approach with an 'old' drug for effective and safe cancer therapies, as it exerts anti-metastatic activity. We investigated the inhibitory effect of chloroquine on cholangiocarcinoma (CCA) cell migration under cobalt chloride ($CoCl_2$)-stimulated hypoxia. We showed that chloroquine suppressed CCA cell migration under hypoxic-mimicking conditions on exposure to $100{\mu}M$$CoCl_2$. Moreover, chloroquine stabilized the protein level of prolyl hydroxylase domain proteins (PHD-2) but reduced the levels of hypoxic responsive proteins such as hypoxia-inducible factor (HIF-$1{\alpha}$) and vascular endothelial growth factor (VEGF). It also suppressed epithelial mesenchymal transition (EMT) by increasing the ratio of E-cadherin to N-cadherin under hypoxic conditions. In conclusion, chloroquine can inhibit hypoxia-stimulated metastasis via HIF-$1{\alpha}$/VEGF/EMT which may serve as a useful additional strategy for CCA therapy.
Objective: To explore changes in the serum tumor makers, hypoxia-inducible factor-$1{\alpha}$ (HIF-$1{\alpha}$) and vascular endothelial growth factor (VEGF) level and their relations in patients with non-small cell lung cancer (NSCLC) before and after intervention. Materials and Methods: Forty patients with NSCLC and 40 healthy individuals undergoing physical examination in our hospital provided the observation and control groups. HIF-$1{\alpha}$ and VEGF levels in serum were detected by enzyme-linked immuno-sorbent assay (ELISA) in the observation group before and after intervention and in control group on the day of physical examination, along with serum carcino-embryonic antigen (CEA), neuron-speci ic enolase (NSE) and squamous cell carcinoma antigen (SCC) levels in the observation group with a fully automatic biochemical analyzer. Clinical effects and improvement of life quality in the observation group were also evaluated. Results: The total effective rate and improvement of life quality after treatment in observation group were 30.0% and 32.5%, respectively. Serum HIF-$1{\alpha}$ and VEGF levels in the control group were lower than that in observation group (p<0.01), but remarkably elevatedafter intervention (p<0.01). In addition, serum CEA, NSE and SCC levels were apparently lowered by treatment (p<0.01). Serum HIF-$1{\alpha}$ demonstrated a positive relation with VEGF level (p<0.01) and was inversely related with CEA, NSE and SCC levels (p<0.01). Conclusions: Significant correlations exist between marked increase of serum HIF-$1{\alpha}$ and VEGF levels and decrease of indexes related to hematological tumor markers in NSCLC patients after intervention.
Objective : The purpose of this study is to investigate serial changes of hypoxia-inducible factor $1{\alpha}$ (HIF-$1{\alpha}$), as a key regulator of hypoxic ischemia, and apoptosis of hippocampus induced by bilateral carotid arteries occlusion (BCAO) in rats. Methods : Adult male Wistar rats were subjected to the permanent BCAO. The time points studied were 1, 2, 4, 8, and 12 weeks after occlusions, with n=6 animals subjected to BCAO, and n=2 to sham operation at each time point, and brains were fixed by intracardiac perfusion fixation with 4% neutral-buffered praraformaldehyde for brain section preparation. Immunohistochemistry (IHC), western blot and terminal uridine deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL) assay were performed to evaluate HIF-$1{\alpha}$ expression and apoptosis. Results : In IHC and western blot, HIF-$1{\alpha}$ levels were found to reach the peak at the 2nd week in the hippocampus, while apoptotic neurons, in TUNEL assay, were maximal at the 4th week in the hippocampus, especially in the cornu ammonis 1 (CA1) region. HIF-$1{\alpha}$ levels and apoptosis were found to fluctuate during the time course. Conclusion : This study showed that BCAO induces acute ischemic responses for about 4 weeks then chronic ischemia in the hippocampus. These in vivo data are the first to show the temporal sequence of apoptosis and HIF-$1{\alpha}$ expression.
Evaluation of potentials of chemicals to alter expression of genes that are involved in carcinogenesis may serve useful tools in toxicological research. In this investigation, we developed reporter cell lines that expressed luciferase in response to transactivation of hypoxia inducible factor-1, P53 tumor suppressor and Nur77 of which roles have been well established in cancer development and progression. Whereas these reporter cell lines displayed low constitutive backgrounds, the reporter activities were significantly enhanced in response to $desferriosamine/CoCl_2$, adriamycin or 6-mercaptopurine, which are hypoxia mimicking chemicals, P53 activator or Nur77 inducer, respectively. The activation of the reporter was time- and dose-dependent. Known tumor initiators and promoters, such as phorbol 12-myristate 13-acetate and phorbol 12, 13-dicaprinate induced the reporter activity at as low as 10nM in these stable cell lines. Further, known anti-tumor promoters, such as ascorbic acid and ${\beta}-carotene$ repressed the reporter activities. These results indicate that our stable reporter cell lines could serve as a useful system for rapid assessment of carcinogenicity of toxic chemicals.
Kim, Da Yeon;Jung, Seok Yun;Kim, Yeon Ju;Kang, Songhwa;Park, Ji Hye;Ji, Seung Taek;Jang, Woong Bi;Lamichane, Shreekrishna;Lamichane, Babita Dahal;Chae, Young Chan;Lee, Dongjun;Chung, Joo Seop;Kwon, Sang-Mo
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.22
no.2
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pp.203-213
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2018
Tumor undergo uncontrolled, excessive proliferation leads to hypoxic microenvironment. To fulfill their demand for nutrient, and oxygen, tumor angiogenesis is required. Endothelial progenitor cells (EPCs) have been known to the main source of angiogenesis because of their potential to differentiation into endothelial cells. Therefore, understanding the mechanism of EPC-mediated angiogenesis in hypoxia is critical for development of cancer therapy. Recently, mitochondrial dynamics has emerged as a critical mechanism for cellular function and differentiation under hypoxic conditions. However, the role of mitochondrial dynamics in hypoxia-induced angiogenesis remains to be elucidated. In this study, we demonstrated that hypoxia-induced mitochondrial fission accelerates EPCs bioactivities. We first investigated the effect of hypoxia on EPC-mediated angiogenesis. Cell migration, invasion, and tube formation was significantly increased under hypoxic conditions; expression of EPC surface markers was unchanged. And mitochondrial fission was induced by hypoxia time-dependent manner. We found that hypoxia-induced mitochondrial fission was triggered by dynamin-related protein Drp1, specifically, phosphorylated DRP1 at Ser637, a suppression marker for mitochondrial fission, was impaired in hypoxia time-dependent manner. To confirm the role of DRP1 in EPC-mediated angiogenesis, we analyzed cell bioactivities using Mdivi-1, a selective DRP1 inhibitor, and DRP1 siRNA. DRP1 silencing or Mdivi-1 treatment dramatically reduced cell migration, invasion, and tube formation in EPCs, but the expression of EPC surface markers was unchanged. In conclusion, we uncovered a novel role of mitochondrial fission in hypoxia-induced angiogenesis. Therefore, we suggest that specific modulation of DRP1-mediated mitochondrial dynamics may be a potential therapeutic strategy in EPC-mediated tumor angiogenesis.
The tumor microenvironment, particularly sufficient nutrition and oxygen supply, is important for tumor cell survival. Nutrition deprivation causes cancer cell death. Since apoptosis is a major mechanism of neuronal loss, we explored neuronal apoptosis in various microenvironment conditions employing neuroblastoma (NB) cells. To investigate the effects of tumor malignancy and differentiation on apoptosis, the cells were exposed to poor microenvironments characterized as serum-free, low-glucose, and hypoxia. Incubation of the cells in serum-free and low-glucose environments significantly increased apoptosis in less malignant and more differentiated N-type IMR32 cells, whereas more malignant and less differentiated I-type BE(2)C cells were not affected by those treatments. In contrast, hypoxia (1 % $O_2$) did not affect apoptosis despite cell malignancy. It is suggested that DLK1 constitutes an important stem cell pathway for regulating self-renewal, clonogenicity, and tumorigenicity. This raises questions about the role of DLK1 in the cellular resistance of cancer cells under poor microenvironments, which cancer cells normally encounter. In the present study, DLK1 overexpression resulted in marked protection from apoptosis induced by nutrient deprivation. This in vitro model demonstrated that increasing severity of nutrition deprivation and knock-down of DLK1 caused greater apoptotic death, which could be a useful strategy for targeted therapies in fighting NB as well as for evaluating how nutrient deprived cells respond to therapeutic manipulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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