Atg5 and Atg7 have long been considered as essential molecules for autophagy. However, we found that cells lacking these molecules still form autophagic vacuoles and perform autophagic protein degradation when subjected to certain stressors. During this unconventional autophagy pathway, autophagosomes appeared to be generated in a Rab9-dependent manner by the fusion of vesicles derived from the trans-Golgi and late endosomes. Therefore, mammalian autophagy can occur via at least two different pathways; the Atg5/Atg7-dependent conventional pathway and an Atg5/Atg7-independent alternative pathway.
Beclin 1 is a key factor for initiation and regulation of autophagy, which is a cellular catabolic process involved in tumorigenesis. To investigate the role of alternative splicing of Beclin1 in the regulation of autophagy in leukemia cells, Beclin1 mRNA from 6 different types of cell lines and peripheral blood mononuclear cells from 2 healthy volunteers was reversely transcribed, subcloned, and screened for alternative splicing. New transcript variants were analyzed by DNA sequencing. A transcript variant of Beclin 1 gene carrying a deletion of exon 11, which encoded a C-terminal truncation of Beclin 1 isoform, was found. The alternative isoform was assessed by bioinformatics, immunoblotting and subcellular localization. The results showed that this variable transcript is generated by alternative 3' splicing, and its translational product displayed a reduced activity in induction of autophagy by starvation, indicating that the spliced isoform might function as a dominant negative modulator of autophagy. Our findings suggest that the alternative splicing of Beclin 1 might play important roles in leukemogenesis regulated by autophagy.
Cancer is genetically, metabolically and infectiously induced life threatening disorder showing aggressive growing pattern with invasive tendency. In order to prevent this global menace from jeopardizing human life, enormous studies on carcinogenesis and treatment for chemotherapy resistance have been intensively researched. Hinokitiol (${\beta}$-thujaplicin) extracted from heart wood of cupressaceous is a well-known bioactive compound demonstrating anti-inflammation, anti-bacteria and anti-cancer effects on several cancer types via apoptosis and autophagy. This study proposed that hinokitiol activates transcription factor EB (TFEB) nuclear translocation for autophagy and lysosomal biogenesis regardless of nutrient condition in cancer cells. Mitophagy and ${\beta}$-catenin translocation into the nucleus under treatment of hinokitiol on non-small cell lung cancer (NSCLC) cells and HeLa cells were investigated. Hinokitiol exerted cytotoxicity on HeLa and HCC827 cells; moreover, artificially induced autophagy by overexpression of TFEB granted imperfect sustainability onto HeLa cells. Taken together, hinokitiol is the prominent autophagy inducer and activator of TFEB nuclear translocation. Alternative cancer therapy via autophagy is pros and cons since the autophagy in cancer cells is related to prevention and survival mechanism depending on nutrition. To avoid paradox of autophagy in cancer therapy, fine-tuned regulation and application of hinokitiol in due course for successful suppressing cancer cells are recommended.
Thein, Wynn;Po, Wah Wah;Choi, Won Seok;Sohn, Uy Dong
Biomolecules & Therapeutics
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v.29
no.4
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pp.353-364
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2021
The gastrointestinal (GI) tract is a series of hollow organs that is responsible for the digestion and absorption of ingested foods and the excretion of waste. Any changes in the GI tract can lead to GI disorders. GI disorders are highly prevalent in the population and account for substantial morbidity, mortality, and healthcare utilization. GI disorders can be functional, or organic with structural changes. Functional GI disorders include functional dyspepsia and irritable bowel syndrome. Organic GI disorders include inflammation of the GI tract due to chronic infection, drugs, trauma, and other causes. Recent studies have highlighted a new explanatory mechanism for GI disorders. It has been suggested that autophagy, an intracellular homeostatic mechanism, also plays an important role in the pathogenesis of GI disorders. Autophagy has three primary forms: macroautophagy, microautophagy, and chaperone-mediated autophagy. It may affect intestinal homeostasis, host defense against intestinal pathogens, regulation of the gut microbiota, and innate and adaptive immunity. Drugs targeting autophagy could, therefore, have therapeutic potential for treating GI disorders. In this review, we provide an overview of current understanding regarding the evidence for autophagy in GI diseases and updates on potential treatments, including drugs and complementary and alternative medicines.
Autophagy has been suggested as a possible mechanism for non-apoptotic death despite evidence from many species that autophagy represents a survival strategy of cells under stress. From our previous findings that supranutritional doses of sodium selenite induced apoptosis in human leukemia cells, now we show autophagic cell death occurred after selenite exposure in HL60, suggested an alternative mechanism for the potential therapeutic properties of selenite. Additionally, Death-associated Protein Kinase (DAPK) performed a significantly increased expression during this process, concomitantly with gradually decreased phosphorylation at $Ser^{308}$. We further reveal that the up-regulation of DAPK which depends on selenite-activated ERK had no effect on autophagy. However, activation of DAPK via PP2A-mediated dephosphorylation at $Ser^{308}$ serves as a new strategy for autophagy induction. In conclusion, these results indicate that PP2A-mediated activated DAPK sensitizes HL60 cells to selenite, ultimately triggers autophagic cell death pathway to commit cell demise.
Toxoplasma gondii is an intracellular protozoan parasite that infects approximately one third of the human population worldwide. Considering the toxicity and side effects of anti-toxoplasma medications, it is important to develop effective drug alternatives with fewer and less severe off-target effects. In this study, we found that 4-hydroxybenzaldehyde (4-HBA) induced autophagy and the expression of NAD-dependent protein deacetylase sirtuin-1 (SIRT1) in primary murine bone marrow-derived macrophages (BMDMs). Interestingly, treatment of BMDMs with 4-HBA significantly reduced the number of macrophages infected with T. gondii and the proliferation of T. gondii in infected cells. This effect was impaired by pretreating the macrophages with 3-methyladenine or wortmannin (selective autophagy inhibitors) or with sirtinol or EX527 (SIRT1 inhibitors). Moreover, we found that pharmacological inhibition of SIRT1 prevented 4-HBA-mediated expression of LC3-phosphatidylethanolamine conjugate (LC3-II) and the colocalization of T. gondii parasitophorous vacuoles with autophagosomes in BMDMs. These data suggest that 4-HBA promotes antiparasitic host responses by activating SIRT1-mediated autophagy, and 4-HBA might be a promising therapeutic alternative for the treatment of toxoplasmosis.
Tae-Won Jang;Da-Yoon Lee;So-Yeon Han;Hye-Jeong Park;Seo-Yoon Park;Jun-Hwan Jeong;Yoon-Jae Kwon;Jae-Ho Park
Proceedings of the Plant Resources Society of Korea Conference
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2022.09a
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pp.106-106
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2022
The cone of Red Pine (Pinus densiflora), which has been used as a drug in traditional medicine. Its ethyl acetate fraction was reported to exert antioxidant, anti-melanogenesis, and anti-inflammation activites. Apoptosis of hepatic stellate cells (LX-2) is regarding as a potential strategy for alleviation of hepatic fibrosis. We conducted to investigated whether the treatment of cone has a potential to control of some factors related in apoptosis and autophagy in cell signaling pathways. We suggest that the cone induced apoptosis through confirming the expression levels of genes (cPARP, Bcl-XL, Bax, p53, and caspase-3) in LX-2 cells. Also, the cone may regulate autophagy (LC3, p62, Beclin-1, and ATG12). Remarkably, the treatment of cone may affect to formation of autophagosomes in the immunofluorescence image in live cells. These findings suggest that the ethyl acetate fraction from the cone of Red Pine (P. densiflora) may have potential as an alternative therapeutic agent for the alleviation and prevention of liver fibrosis.
Chemotherapy has long been considered as one of useful strategies for cancer treatment. It is primarily based on the apoptosis that can selectively kill cancer cells. However, cancer cells can progressively develop an acquired resistance to apoptotic cell death, rendering refractory to chemo- and radiotherapies. Although the mechanism by which cells attained resistance to drug remains to be clarified, it might be caused by either pumping out of them or interfering with apoptotic signal cascades in response to cancer drugs. In case that cancer cells are defective in some part of apoptotic machinery by repeated exposure to anticancer drugs, alternative cell death mechanistically distinct from apoptosis could be adopted to remove cancer cells refractory to apoptosis-inducing agents. This review will mainly deal with harnessing of necrotic cell death, specifically, programmed necrosis and practical uses. Here, we begin with various defects of apoptotic death machinery in cancer cells, and then provide new perspective on programmed necrosis as an alternative anticancer approach.
Benzimidazole anthelmintic agents have been recently repurposed to overcome cancers resistant to conventional therapies. To evaluate the anti-cancer effects of benzimidazole on resistant cells, various cell death pathways were investigated in 5-fluorouracil-resistant colorectal cancer cells. The viability of wild-type and 5-fluorouracil-resistant SNU-C5 colorectal cancer cells was assayed, followed by Western blotting. Flow cytometry assays for cell death and cell cycle was also performed to analyze the anti-cancer effects of benzimidazole. When compared with albendazole, fenbendazole showed higher susceptibility to 5-fluorouracil-resistant SNU-C5 cells and was used in subsequent experiments. Flow cytometry revealed that fenbendazole significantly induces apoptosis as well as cell cycle arrest at G2/M phase on both cells. When compared with wild-type SNU-C5 cells, 5-fluorouracil-resistant SNU-C5 cells showed reduced autophagy, increased ferroptosis and ferroptosis-augmented apoptosis, and less activation of caspase-8 and p53. These results suggest that fenbendazole may be a potential alternative treatment in 5-fluorouracil-resistant cancer cells, and the anticancer activity of fenbendazole does not require p53 in 5-fluorouracil-resistant SNU-C5 cells.
The anticancer activity of a methanolic extract from lemon leaves (MLL) was assessed in MCF-7-SC human breast cancer stem cells. MLL induced apoptosis in MCF-7-SC, as evidenced by increased apoptotic body formation, sub-G1 cell population, annexin V-positive cells, Bax/Bcl-2 ratio, as well as proteolytic activation of caspase-9 and caspase-3, and degradation of poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) protein. Concomitantly, MLL induced the formation of acidic vesicular organelles, increased LC3-II accumulation, and reduced the activation of Akt, mTOR, and p70S6K, suggesting that MLL initiates an autophagic progression in MCF-7-SC via the Akt/mTOR pathway. Epithelial-mesenchymal transition (EMT), a critical step in the acquisition of the metastatic state, is an attractive target for therapeutic interventions directed against tumor metastasis. At low concentrations, MLL induced anti-metastatic effects on MCF-7-SC by inhibiting the EMT process. Exposure to MLL also led to an increase in the epithelial marker E-cadherin, but decreased protein levels of the mesenchymal markers Snail and Slug. Collectively, this study provides evidence that lemon leaves possess cytotoxicity and anti-metastatic properties. Therefore, MLL may prove to be beneficial as a medicinal plant for alternative novel anticancer drugs and nutraceutical products.
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