Saturated fatty acids contribute to β-cell dysfunction in the onset of type 2 diabetes mellitus. Cellular responses to lipotoxicity include oxidative stress, endoplasmic reticulum (ER) stress, and blockage of autophagy. Palmitate induces ER Ca2+ depletion followed by notable store-operated Ca2+ entry. Subsequent elevation of cytosolic Ca2+ can activate undesirable signaling pathways culminating in cell death. Mitochondrial Ca2+ uniporter (MCU) is the major route for Ca2+ uptake into the matrix and couples metabolism with insulin secretion. However, it has been unclear whether mitochondrial Ca2+ uptake plays a protective role or contributes to lipotoxicity. Here, we observed palmitate upregulated MCU protein expression in a mouse clonal β-cell, MIN6, under normal glucose, but not high glucose medium. Palmitate elevated baseline cytosolic Ca2+ concentration ([Ca2+]i) and reduced depolarization-triggered Ca2+ influx likely due to the inactivation of voltage-gated Ca2+ channels (VGCCs). Targeted reduction of MCU expression using RNA interference abolished mitochondrial superoxide production but exacerbated palmitate-induced [Ca2+]i overload. Consequently, MCU knockdown aggravated blockage of autophagic degradation. In contrast, co-treatment with verapamil, a VGCC inhibitor, prevented palmitate-induced basal [Ca2+]i elevation and defective [Ca2+]i transients. Extracellular Ca2+ chelation as well as VGCC inhibitors effectively rescued autophagy defects and cytotoxicity. These observations suggest enhanced mitochondrial Ca2+ uptake via MCU upregulation is a mechanism by which pancreatic β-cells are able to alleviate cytosolic Ca2+ overload and its detrimental consequences.
Recent studies have highlighted that early enhancement of the glycolytic pathway is a mode of maintaining the proinflammatory status of immune cells. Thiamine, a wellknown co-activator of pyruvate dehydrogenase complex, a gatekeeping enzyme, shifts energy utilization of glucose from glycolysis to oxidative phosphorylation. Thus, we hypothesized that thiamine may modulate inflammation by alleviating metabolic shifts during immune cell activation. First, using allithiamine, which showed the most potent anti-inflammatory capacity among thiamine derivatives, we confirmed the inhibitory effects of allithiamine on the lipopolysaccharide (LPS)-induced pro-inflammatory cytokine production and maturation process in dendritic cells. We applied the LPS-induced sepsis model to examine whether allithiamine has a protective role in hyper-inflammatory status. We observed that allithiamine attenuated tissue damage and organ dysfunction during endotoxemia, even when the treatment was given after the early cytokine release. We assessed the changes in glucose metabolites during LPS-induced dendritic cell activation and found that allithiamine significantly inhibited glucose-driven citrate accumulation. We then examined the clinical implication of regulating metabolites during sepsis by performing a tail bleeding assay upon allithiamine treatment, which expands its capacity to hamper the coagulation process. Finally, we confirmed that the role of allithiamine in metabolic regulation is critical in exerting anti-inflammatory action by demonstrating its inhibitory effect upon mitochondrial citrate transporter activity. In conclusion, thiamine could be used as an alternative approach for controlling the immune response in patients with sepsis.
Aristizabal-Pachon, Andres Felipe;Carvalho, Thais Inacio;Carrara, Helio Humberto;Andrade, Jurandyr;Takahashi, Catarina Satie
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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제16권16호
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pp.7277-7284
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2015
Background: The Wnt/${\beta}$-catenin signaling pathway is an important regulator of cellular functions such as proliferation, survival and cell adhesion. Wnt/${\beta}$-catenin signaling is associated with tumor initiation and progression; ${\beta}$-catenin mutations explain only 30% of aberrant signaling found in breast cancer, indicating that other components and/or regulation of the Wnt/${\beta}$-catenin pathway may be involved. Objective: We evaluated AXIN2 rs2240308 and rs151279728 polymorphisms, and expression profiles of ${\beta}$-catenin destruction complex genes in breast cancer patients. Materials and Methods: We collected peripheral blood samples from 102 breast cancer and 102 healthy subjects. The identification of the genetic variation was performed using PCR-RFLPs and DNA sequencing. RT-qPCR was used to determine expression profiles. Results: We found significant association of AXIN2 rs151279728 and rs2240308 polymorphisms with breast cancer risk. Significant increase was observed in AXIN2 level expression in breast cancer patients. Further analyses showed APC, ${\beta}$-catenin, CK1${\alpha}$, GSK3${\beta}$ and PP2A gene expression to be associated to clinic-pathological characteristics. Conclusions: The present study demonstrated, for the first time, that AXIN2 genetic defects and disturbance of ${\beta}$-catenin destruction complex expression may be found in breast cancer patients, providing additional support for roles of Wnt/${\beta}$-catenin pathway dysfunction in breast cancer tumorigenesis. However, the functional consequences of the genetic alterations remain to be determined.
Yang, Seung-Ju;Yang, Ji Woong;Na, Jung-Min;Ha, Ji Sun;Choi, Soo Young;Cho, Sung-Woo
BMB Reports
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제51권11호
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pp.590-595
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2018
Parkinson's disease (PD) is a common chronic neurodegenerative disease mainly caused by the death of dopaminergic neurons. However, no complete pharmacotherapeutic approaches are currently available for PD therapies. 1-methyl-4-phenylpyridinium $(MPP^+)$-induced SH-SY5Y neurotoxicity has been broadly utilized to create cellular models and study the mechanisms and critical aspects of PD. In the present study, we examined the role of a novel azetidine derivative, 3-(naphthalen-2-yl(propoxy)methyl)azetidine hydrochloride (KHG26792), against $MPP^+$-induced neurotoxicity in SH-SY5Y cells. Treatment of KHG26792 significantly attenuated $MPP^+$-induced changes in the protein levels of Bcl-2 and Bax together with efficient suppression of $MPP^+$-induced activation of caspase-3 activity. KHG26792 also attenuated mitochondrial potential and levels of ROS, $Ca^{2+}$, and ATP in $MPP^+$-treated SH-SY5Y cells. Additionally, KHG26792 inhibited the induced production of nitric oxide and malondialdehyde. Moreover, the protective effect of KHG26792 is mediated through regulation of glutathione peroxidase and GDNF levels. Our results suggest a possibility that KHG26792 treatment significantly protects against $MPP^+$-induced neurotoxicity in SH-SY5Y cells and KHG26792 may be a valuable therapeutic agent for the treatment of PD induced by an environmental toxin.
Objective : Perinatal hypoxic-ischemic encephalopathy (HIE) and prolonged febrile seizures (pFS) are common neurologic problems that occur during childhood. However, there is insufficient evidence from experimental studies to conclude that pFS directly induces hippocampal injury. We studied cognitive function and histological changes in a rat model and investigated which among pFS, HIE, or a dual pathologic effect is most detrimental to the health of children. Methods : A rat model of HIE at postnatal day (PD) 7 and a pFS model at PD10 were used. Behavioral and cognitive functions were investigated by means of weekly open field tests from postnatal week (PW) 3 to PW7, and by daily testing with the Morris water maze test at PW8. Pathological changes in the hippocampus were observed in the control, pFS, HIE, and HIE+pFS groups at PW9. Results : The HIE priming group showed a seizure-prone state. The Morris water maze test revealed a decline in cognitive function in the HIE and HIE+pFS groups compared with the pFS and control groups. Additionally, the HIE and HIE+pFS groups showed significant hippocampal neuronal damage, astrogliosis, and volume loss, after maturation. The pFS alone induced minimal hippocampal neuronal damage without astrogliosis or volume loss. Conclusion : Our findings suggest that pFS alone causes no considerable memory or behavioral impairment, or cellular change. In contrast, HIE results in lasting memory impairment and neuronal damage, gliosis, and tissue loss. These findings may contribute to the understanding of the developing brain concerning conditions caused by HIE or pFS.
Zhang, Peng;Hong, Ji;Yoon, I Na;Kang, Jin Ku;Hwang, Jae Sam;Kim, Ho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제27권6호
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pp.1163-1170
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2017
Clostridium difficile releases two exotoxins, toxin A and toxin B, which disrupt the epithelial cell barrier in the gut to increase mucosal permeability and trigger inflammation with severe diarrhea. Many studies have suggested that enteric nerves are also directly involved in the progression of this toxin-mediated inflammation and diarrhea. C. difficile toxin A is known to enhance neurotransmitter secretion, increase gut motility, and suppress sympathetic neurotransmission in the guinea pig colitis model. Although previous studies have examined the pathophysiological role of enteric nerves in gut inflammation, the direct effect of toxins on neuronal cells and the molecular mechanisms underlying toxin-induced neuronal stress remained to be unveiled. Here, we examined the toxicity of C. difficile toxin A against neuronal cells (SH-SY5Y). We found that toxin A treatment time- and dose-dependently decreased cell viability and triggered apoptosis accompanied by caspase-3 activation in this cell line. These effects were found to depend on the up-regulation of reactive oxygen species (ROS) and the subsequent activation of p38 MAPK and induction of $p21^{Cip1/Waf1}$. Moreover, the N-acetyl-$\text\tiny L$-cysteine (NAC)-induced down-regulation of ROS could recover the viability loss and apoptosis of toxin A-treated neuronal cells. These results collectively suggest that C. difficile toxin A is toxic for neuronal cells, and that this is associated with rapid ROS generation and subsequent p38 MAPK activation and $p21^{Cip1/Waf1}$ up-regulation. Moreover, our data suggest that NAC could inhibit the toxicity of C. difficile toxin A toward enteric neurons.
Objective: Concerns about the safety of assisted reproductive technology (ART) have been raised, as some studies have shown elevated incidence rates of childhood cancer, asthma, allergies, and other diseases in ART-conceived babies. Findings regarding the health of ART-conceived babies are controversial. The present study was conducted to evaluate the prooxidant-antioxidant balance (PAB) in in vitro fertilization (IVF)-conceived mice in comparison to naturally conceived offspring. Methods: Mice (6-8 weeks) were divided into two groups (IVF-conceived and naturally conceived) matched by sex, age, weight, and litter size. A 1-mL blood sample was taken and the sera were separated. The oxidant-antioxidant balance was evaluated using a fast and reliable PAB assay. The results were expressed as $mean{\pm}standard$ deviation. Results: The mean PAB values (HK units) in the IVF-conceived and naturally conceived groups were $59.70{\pm}22.30$ and $54.70{\pm}18.22$, respectively (p= 0.82). Conclusion: Since free radicals contribute to several pathological conditions and antioxidants play an important protective role against oxidative stress, evaluating the oxidant-antioxidant balance is very important. Although the results of this study showed that the quality of the defense mechanism against free radicals was not significantly different between the IVF-conceived and naturally conceived mice, other parameters of metabolic dysfunction need to be measured.
Coenzyme $Q_{10}$ ($CoQ_{10}$, or ubiquinone) is an electron carrier of the mitochondrial respiratory chain (electron transport chain) with antioxidant properties. In view of the involvement of $CoQ_{10}$ in oxidative phosphorylation and cellular antioxidant protection a deficiency in this quinone would be expected to contribute to disease pathophysiology by causing a failure in energy metabolism and antioxidant status. Indeed, a deficit in $CoQ_{10}$ status has been determined in a number of neuromuscular and neurodegenerative disorders. Primary disorders of $CoQ_{10}$ biosynthesis are potentially treatable conditions and therefore a high degree of clinical awareness about this condition is essential. A secondary loss of $CoQ_{10}$ status following HMG-CoA reductase inhibitor (statins) treatment has been implicated in the pathophysiology of the myotoxicity associated with this pharmacotherapy. $CoQ_{10}$ and its analogue, idebenone, have been widely used in the treatment of neurodegenerative and neuromuscular disorders. These compounds could potentially play a role in the treatment of mitochondrial disorders, Parkinson's disease, Huntington's disease, amyotrophic lateral sclerosis, Friedreich's ataxia, and other conditions which have been linked to mitochondrial dysfunction. This article reviews the physiological roles of $CoQ_{10}$, as well as the rationale and the role in clinical practice of $CoQ_{10}$ supplementation in different neurological diseases, from primary $CoQ_{10}$ deficiency to neurodegenerative disorders. These will help in future for treatment of patients suffering from neurodegenerative disease.
Recently, an increasing number of studies have focused on the effects of CD4+ T cell on cognitive function. However, the changes of Th2 cytokines in restricted CD4+ T cell receptor (TCR) repertoire model and their effects on the adult hippocampal neurogenesis and memory are not fully understood. Here, we investigated whether and how the mice with restricted CD4+ repertoire TCR exhibit learning and memory impairment by using OT-II mice. OT-II mice showed decreased adult neurogenesis in hippocampus and short- and long- term memory impairment. Moreover, Th2 cytokines in OT-II mice are significantly increased in peripheral organs and IL-4 is significantly increased in brain. Finally, IL-4 treatment significantly inhibited the proliferation of cultured adult rat hippocampal neural stem cells. Taken together, abnormal level of Th2 cytokines can lead memory dysfunction via impaired adult neurogenesis in OT-II transgenic.
Ishii, Takamasa;Miyazawa, Masaki;Hartman, Phil S.;Ishii, Naoaki
BMB Reports
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제44권5호
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pp.298-305
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2011
Most intracellular reactive oxygen species (ROS), especially superoxide anion ($O_2^{{\bullet}_-}$) that is converted from oxygen, are overproduced by excessive electron leakage from the mitochondrial respiratory chain. Intracellular oxidative stress that damages cellular components can contribute to lifestyle-related diseases such as diabetes and arteriosclerosis, and age-related diseases such as cancer and neuronal degenerative diseases. We have previously demonstrated that the excessive mitochondrial $O_2^{{\bullet}_-}$ production caused by SDHC mutations (G71E in C. elegans, I71E in Drosophila and V69E in mouse) results in premature death in C. elegans and Drosophila, cancer in mouse embryonic fibroblast cells and infertility in transgenic mice. SDHC is a subunit of mitochondrial complex II. In humans, it has been reported that mutations in SDHB, SDHC or SDHD often result in inherited head and neck paragangliomas (PGLs). Recently, we established Tet-mev-1 conditional transgenic mice using our uniquely developed Tet-On/Off system, which equilibrates transgene expression to endogenous levels. These mice experienced mitochondrial respiratory chain dysfunction that resulted in $O_2^{{\bullet}_-}$ overproduction. The mitochondrial oxidative stress caused excessive apoptosis leading to low birth weight and growth retardation in the neonatal developmental phase in Tet-mev-1 mice. Here, we briefly describe the relationships between mitochondrial $O_2^{{\bullet}_-}$ and aging phenomena in mev-1 animal models
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