CCCTC-binding factor (CTCF) critically contributes to 3D chromatin organization by determining topologically associated domain (TAD) borders. Although CTCF primarily binds at TAD borders, there also exist putative CTCF-binding sites within TADs, which are spread throughout the genome by retrotransposition. However, the detailed mechanism responsible for masking the putative CTCF-binding sites remains largely elusive. Here, we show that the ATP-dependent chromatin remodeler, chromodomain helicase DNA-binding 4 (CHD4), regulates chromatin accessibility to conceal aberrant CTCF-binding sites embedded in H3K9me3-enriched heterochromatic B2 short interspersed nuclear elements (SINEs) in mouse embryonic stem cells (mESCs). Upon CHD4 depletion, these aberrant CTCF-binding sites become accessible and aberrant CTCF recruitment occurs within TADs, resulting in disorganization of local TADs. RNA-binding intrinsically disordered domains (IDRs) of CHD4 are required to prevent this aberrant CTCF binding, and CHD4 is critical for the repression of B2 SINE transcripts. These results collectively reveal that a CHD4-mediated mechanism ensures appropriate CTCF binding and associated TAD organization in mESCs.
Fibroblasts are the most common cells in connective tissue and are responsible for the synthesis of extracellular matrix components. The fibrosis associated with chronic inflammation and injury may contribute to cholangiocarcinoma pathogenesis, particularly through an increase in extracellular matrix components, which participate in the regulation of bile duct differentiation during development. Mitochondria produce ATP through oxidative metabolism to provide energy to the cell under physiological conditions. Also, mitochondrial dysfunction and oxidative stress have been implicated in cellular senescence and aging. Alternations in mitochondrial structure and function are early events of programmed cell death or apoptosis and mitochondria appear to be a central regulator of apoptosis in most somatic cell. Clonorchis sinensis, one of the most important parasite of the human bile duct in East Asia, arouses epithelial hyperplasia and ductal fibrosis. Isolated fibroblast from the bile ducts of rats infected by C. sinensis showed increase of cytoplasmic process. In addition, decrease of cellular proliferation was observed in fibroblasts which was isolated from normal rat bile duct and then cultured in media containing C. sinensis excretory-secretory product. However, the effects of C. sinensis infection on the mitochondrial enzyme distribution is not clearly reported yet. Therefore, we investigated the structural change of C. sinensis infected bile duct and mitochondrial enzyme distribution of the cultured fibroblast isolated from the C. sinensis infected rat bile duct. As a result, C. sinensis infected SD rat bile ducts showed the features of chronic clonorchiasis, such as ductal connective and epithelial tissue dilatation, or ductal fibrosis. In addition, fibroblast in ductal connective tissue was damaged by physical effect of fibrotic tissue and chemical stimulation. Immunohistochemically detected mitochondrial electron transferase (ATPase, COXII, Porin) was decreased in C. sinensis infected rat bile duct and cultured fibroblast from infected rat bile duct. It can be hypothesized that the reason why number of electron transferase decrease in fibroblast isolated from the rat bile duct infected with C. sinensis is because dysfunction of electron transport system is occurred mitochondrial dysfunction, increase of ROS (reactive oxygen species) and apoptosis after chemical damage on the cell caused by C. sinensis infection. Overall, C. sinensis infection induces fibrotic change of ductal connective tissue, mutation of cellular metabolism in fibroblast and mitochondrial dysfunction. Consequently, ductal fibrosis inhibits fibroblast proliferation and decreases mitochondrial electron transferase on fibroblast cytoplasm. It was assumed that the structure of bile duct could not normalized and ductal fibrosis was maintained for a long period of time according to fibroblast metamorphosis and death induced by mitochondrial dysfunction.
Conjugated linoleic acid (CLA) is a naturally occurring compound found in dairy and beef products. It has been shown to suppress cancer cells and to induce apoptosis. Practically, there is emerging evidence that CLA can inhibit chemically induced carcinogenesis in various tissues. However, the molecular mechanisms of CLA on human MCF-7 breast cancer cells have not been clearly explained yet. In this report, we investigated the anti-cancer activity of CLA in MCF-7 cells. It was found that CLA could inhibit the growth of the MCF-7 cells and induce apoptosis, through modulating AMP-activated protein kinase (AMPK) and cyclooxygenase-2 (COX-2). AMPK acts as a cellular fuel gauge and responds to decreased cellular energy status by inhibiting ATP-consuming pathways and increasing ATP-synthesis. CLA treatment with variable concentrations and different time of same-dose CLA on MCF-7 cells resulted in a strong activation of AMPK and an inhibition of COX-2 expression. It supports that CLA induces apoptosis in CLA-treated MCF 7 cells. Therefore, the effects of CLA induced COX-2 expression via activating AMPK can provide new possibility into the understanding the molecular mechanisms of anti-cancer component.
Park, Jihoon;Lee, SuRin;Lee, Min Ju;Park, Kyunghoon;Lee, Seungki;Kim, Jihyun F.;Kim, Pil
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.30
no.9
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pp.1420-1429
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2020
Corynebacterium glutamicum, an important industrial strain, has a relatively slower reproduction rate. To acquire a growth-boosted C. glutamicum, a descendant strain was isolated from a continuous culture after 600 generations. The isolated descendant C. glutamicum, JH41 strain, was able to double 58% faster (td=1.15 h) than the parental type strain (PT, td=1.82 h). To understand the factors boosting reproduction, the transcriptomes of JH41 and PT strains were compared. The mRNAs involved in respiration and TCA cycle were upregulated. The intracellular ATP of the JH41 strain was 50% greater than the PT strain. The upregulation of NCgl1610 operon (a putative dyp-type heme peroxidase, a putative copper chaperone, and a putative copper importer) that presumed to role in the assembly and redox control of cytochrome c oxidase was found in the JH41 transcriptome. Plasmid-driven expression of the operon enabled the PT strain to double 19% faster (td=1.82 h) than its control (td=2.17 h) with 14% greater activity of cytochrome c oxidase and 27% greater intracellular ATP under the oxidative stress conditions. Upregulations of genes those might enhance translation fitness were also found in the JH41 transcriptome. Plasmid-driven expressions of NCgl0171 (encoding a cold-shock protein) and NCgl2435 (encoding a putative peptidyl-tRNA hydrolase) enabled the PT to double 22% and 32% faster than its control, respectively (empty vector: td=1.93 h, CspA: td=1.58 h, and Pth: td=1.44 h). Based on the results, the factors boosting growth rate in C. gluctamicum were further discussed in the viewpoints of cellular energy state, oxidative stress management, and translation.
MicroRNAs (miRNAs) have been reported to be involved in many neurodegenerative diseases. The present study focused on the role of hsa-miR-144-3p in one of the neuro-degenerative diseases, Parkinson's disease (PD). Our study showed a remarkable down-regulation of miR-144-3p expression in 1-methyl-4-phenyl-1, 2, 3, 6-tetrahydropyridine (MPTP)-treated SH-SY5Y cells. MiR-144-3p was then overexpressed and silenced in human SH-SY5Y cells by miRNA-mimics and miRNA-inhibitor transfections, respectively. Furthermore, ${\beta}$-amyloid precursor protein (APP) was identified as a target gene of miR-144-3p via a luciferase reporter assay. We found that miR-144-3p overexpression significantly inhibited the protein expression of APP. Since mitochondrial dysfunction has been shown to be one of the major pathological events in PD, we also focused on the role of miR-144-3p and APP in regulating mitochondrial functions. Our study demonstrated that up-regulation of miR-144-3p increased expression of the key genes involved in maintaining mitochondrial function, including peroxisome proliferator-activated receptor ${\gamma}$ coactivator-$1{\alpha}$(PGC-$1{\alpha}$), nuclear respiratory factor 1 (NRF-1) and mitochondrial transcription factor A (TFAM). Moreover, there was also a significant increase in cellular ATP, cell viability and the relative copy number of mtDNA in the presence of miR-144-3p overexpression. In contrast, miR-144-3p silencing showed opposite effects. We also found that APP overexpression significantly decreased ATP level, cell viability, the relative copy number of mtDNA and the expression of these three genes, which reversed the effects of miR-144-3p overexpression. Taken together, these results show that miR-144-3p plays an important role in maintaining mitochondrial function, and its target gene APP is also involved in this process.
The mitochondria is the major cellular organelle of energy metabolism for the supply of cellular energy; it also plays an important role in controlling calcium regulation, reactive oxygen species (ROS) production, and apoptosis. Mitochondrial dysfunction causes various diseases, such as neurodegenerative diseases, Lou Gehrig's disease, cardiovascular disease, mental disorders, diabetes, and cancer. Most of the diseases are age-related diseases. In this review, we focus on the roles of mitochondrial dysfunction in cancer. Mitochondrial dysfunction induces carcinogenesis and is found in many cancers. The factors that cause mitochondrial dysfunction differ depending on the types of carcinoma, and those factors could cause cancer malignancy, such as resistance to therapy and metastasis. Mitochondrial dysfunction is caused by a lack of mitochondria, an inability to provide key substances, or a dysfunction in the ATP synthesis machinery. The main factor associated with cancer malignancy is mtDNA depletion. Mitochondrial dysfunction would leads to malignancy through changes in molecular activity or expression, but it is not known in detail which changes lead to cancer malignancy. In order to explore the relationship between mitochondrial dysfunction and cancer malignancy in detail, mitochondria dysfunctional cell lines are constructed using chemical methods such as EtBr treatment or gene editing methods, including shRNA and CRISPR/Cas9. Those mitochondria dysfunctional cell lines are used in the study of various diseases caused by mitochondrial dysfunction, including cancer.
FUN14 domain-containing protein 1 (FUNDC1), an outer mitochondrial membrane protein, contributes to removal of damaged mitochondria through mitophagy. In this study, to elucidate the role of the FUNDC1 in the amyloid beta peptide (Aβ)-induced neuropathy, changes in the degree of mitochondrial dysfunction and cell injury caused by Aβ treatment were examined in the HT-22 neuronal cells in which the FUNDC1 expression was transiently silenced or overexpressed. We found that Aβ treatment causes a time-dependent decrease of the FUNDC1 expression. In the Aβ-treated cells, there were a drop in MTT reduction ability, depletion of cellular ATP, disruption of mitochondrial membrane potential, stimulation of cellular ROS production, and increased mitochondrial Ca2+ load. Activation of caspase-3 and induction of apoptotic cell death were also observed. Transient silencing of the FUNDC1 expression by transfection with the FUNDC1 small interfering RNA per se caused mitochondrial dysfunction and apoptotic cell death like the effect of Aβ treatment. Conversely, in cells in which the FUNDC1 was transiently overexpressed by FUNDC1-Myc transfection, overexpression itself had no effect on the mitochondrial functional integrity and cell survival but showed a significant prevention effect against mitochondrial and cell injury caused by Aβ treatment. Overall, these results suggest that the FUNDC1 is importantly involved in the Aβ-induced mitochondrial dysfunction and cell injury in the HT-22 neuronal cells.
Kim, Sun-Ouck;Jeong, Han-Seong;Jang, Sujeong;Wu, Mei-Jin;Park, Jong Kyu;Jiao, Han-Yi;Jun, Jae Yeoul;Park, Jong-Seong
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.17
no.6
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pp.531-536
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2013
Interstitial cells of Cajal (ICCs) from the urinary bladder regulate detrusor smooth muscle activities. We cultured ICCs from the urinary bladder of mice and performed patch clamp and intracellular $Ca^{2+}$ ($[Ca^{2+}]_i$) imaging to investigate whether cultured ICCs can be a valuable tool for cellular functional studies. The cultured ICCs displayed two types of spontaneous electrical activities which are similar to those recorded in intact bladder tissues. Spontaneous electrical activities of cultured ICCs were nifedipine-sensitive. Carbachol and ATP, both excitatory neurotransmitters in the urinary bladder, depolarized the membrane and increased the frequency of spike potentials. Carbachol increased $[Ca^{2+}]_i$ oscillations and basal $Ca^{2+}$ levels, which were blocked by atropine. These results suggest that cultured ICCs from the urinary bladder retain rhythmic phenotypes similar to the spontaneous electrical activities recorded from the intact urinary bladder. Therefore, we suggest that cultured ICCs from the urinary bladder may be useful for cellular and molecular studies of ICCs.
Kim, Jeung-Il;Kim, Hye-Young;Kim, Sun-Mi;Lee, Sae-A;Son, Yong-Hae;Eo, Seong-Kug;Rhim, Byung-Yong;Kim, Koanhoi
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.15
no.1
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pp.31-36
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2011
To understand the roles of purinergic receptors and cellular molecules below the receptors in the vascular inflammatory response, we determined if extracellular nucleotides up-regulated chemokine expression in vascular smooth muscle cells (VSMCs). Human aortic smooth muscle cells (AoSMCs) abundantly express $PSY_1$, $PSY_6$, and $PSY_{11}$ receptors, which all respond to extracellular nucleotides. Exposure of human AoSMCs to $NAD^+$, an agonist of the human $PSY_{11}$ receptor, and $NADP^+$ as well as ATP, an agonist for $PSY_1$ and $PSY_{11}$ receptors, caused increase in chemokine (C-C motif) ligand 2 gene (CCL2) transcript and CCL2 release; however, UPT did not affect CCL2 expression. CCL2 release by $NAD^+$ and $NADP^+$ was inhibited by a concentration dependent manner by suramin, an antagonist of P2-purinergic receptors. $NAD^+$ and $NADP^+$ activated protein kinase C and enhanced phosphorylation of mitogen-activated protein kinases and Akt. $NAD^+$- and $NADP^+$-mediated CCL2 release was significantly attenuated by SP6001250, U0126, LY294002, Akt inhibitor IV, RO318220, GF109203X, and diphenyleneiodium chloride. These results indicate that extracellular nucleotides can promote the proinflammatory VSMC phenotype by up-regulating CCL2 expression, and that multiple cellular elements, including phosphatidylinositol 3-kinase, Akt, protein kinase C, and mitogen-activated protein kinases, are involved in that process.
Song, Kyoung;Lee, Hun Seok;Jia, Lina;Chelakkot, Chaithanya;Rajasekaran, Nirmal;Shin, Young Kee
Molecules and Cells
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v.45
no.6
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pp.413-424
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2022
Suppressor of mothers against decapentaplegic homolog (SMAD) 4 is a pluripotent signaling mediator that regulates myriad cellular functions, including cell growth, cell division, angiogenesis, apoptosis, cell invasion, and metastasis, through transforming growth factor β (TGF-β)-dependent and -independent pathways. SMAD4 is a critical modulator in signal transduction and functions primarily as a transcription factor or cofactor. Apart from being a DNA-binding factor, the additional SMAD4 mechanisms in tumor suppression remain elusive. We previously identified methyl malonyl aciduria cobalamin deficiency B type (MMAB) as a critical SMAD4 binding protein using a proto array analysis. This study confirmed the interaction between SMAD4 and MMAB using bimolecular fluorescence complementation (BiFC) assay, proximity ligation assay (PLA), and conventional immunoprecipitation. We found that transient SMAD4 overexpression down-regulates MMAB expression via a proteasome-dependent pathway. SMAD4-MMAB interaction was independent of TGF-β signaling. Finally, we determined the effect of MMAB downregulation on cancer cells. siRNA-mediated knockdown of MMAB affected cancer cell metabolism in HeLa cells by decreasing ATP production and glucose consumption as well as inducing apoptosis. These findings suggest that SMAD4 controls cancer cell metabolism by regulating MMAB.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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