Jannat, Susoma;Ali, Md Yousof;Kim, Hyeung-Rak;Jung, Hyun Ah;Choi, Jae Sue
Preventive Nutrition and Food Science
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v.21
no.3
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pp.208-220
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2016
The aim of this study was to investigate the protective effects of juice powders from sweet orange [Citrus sinensis (L.) Osbeck], unshiu mikan (Citrus unshiu Marcow), and mini tomato (Solanum lycopersicum L.), and their major flavonoids, hesperidin, narirutin, and rutin in tert-butyl hydroperoxide (t-BHP)-induced oxidative stress in HepG2 cells. The increased reactive oxygen species and decreased glutathione levels observed in t-BHP-treated HepG2 cells were ameliorated by pretreatment with juice powders, indicating that the hepatoprotective effects of juice powders and their major flavonoids are mediated by induction of cellular defense against oxidative stress. Moreover, pretreatment with juice powders up-regulated phase-II genes such as heme oxygenase-1 (HO-1), thereby preventing cellular damage and the resultant increase in HO-1 expression. The high-performance liquid chromatography profiles of the juice powders confirmed that hesperidin, narirutin, and rutin were the key flavonoids present. Our results suggest that these fruit juice powders and their major flavonoids provide a significant cytoprotective effect against oxidative stress, which is most likely due to the flavonoid-related bioactive compounds present, leading to the normal redox status of cells. Therefore, these fruit juice powders could be advantageous as bioactive sources for the prevention of oxidative injury in hepatoma cells.
Epidemiologic studies have showed a close correlation between arsenic exposure and heart disease such as, cardiovascular problem, ischemic heart disease, infarction, atherosclerosis and hypertension in human. It may increase the mortality of high risk group with heart disease. Regarding the mechanism studies of heart failure, blood vessel, vascular smooth muscle cells and endothelial cells have long been focused as the primary targets in arsenic exposure but there are only a few studies on the cardiomyocytes. In this study, the generation of oxidative stress by low dose of arsenic trioxide was investigated in rat cardiomyocytes. By direct measurement of reactive oxygen species and fluorescent microscopic observation using fluorescent dye 2',7'-dichlorofluorescin diacetate, reactive oxygen species were found to be generated without cell death, where cells are treated with 0.1 ppm arsenic for 24 hours. With the induction of reactive oxygen species, GSH level was decreased by the same treatment. However, DNA damage did not seem to be serious by DAPI staining, while high dose of arsenic (2 ppm for 24 hrs) caused fragmentation of DNA. To identify the molecular biomarkers of low-dose arsenic exposure, gene expression was also investigated with whole genome microarray. As results, 9,022 genes were up-regulated including heme oxygenase-l and glutathione S-transrerase, which are well-known biomarkers of oxidative stress. 9,404 genes were down-regulated including endothelial type gp 91-phox gene by the treatment of 0.1 ppm arsenic for 24 hours. This means that biological responses of cardiomyocytes may be altered by ROS induced by low level arsenic without cell death, and this alteration may be detected clearly by molecular biomarkers such as heme oxygenase-1.
Park, Jeongmin;Joe, Yeonsoo;Ryter, Stefan W.;Surh, Young-Joon;Chung, Hun Taeg
Molecules and Cells
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v.42
no.4
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pp.292-300
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2019
Immunometabolism, defined as the interaction of metabolic pathways with the immune system, influences the pathogenesis of metabolic diseases. Metformin and carbon monoxide (CO) are two pharmacological agents known to ameliorate metabolic disorders. There are notable similarities and differences in the reported effects of metformin and CO on immunometabolism. Metformin, an anti-diabetes drug, has positive effects on metabolism and can exert anti-inflammatory and anti-cancer effects via adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK)-dependent and AMPK-independent mechanisms. CO, an endogenous product of heme oxygenase-1 (HO-1), can exert anti-inflammatory and antioxidant effects at low concentration. CO can confer cytoprotection in metabolic disorders and cancer via selective activation of the protein kinase R-like endoplasmic reticulum (ER) kinase (PERK) pathway. Both metformin and CO can induce mitochondrial stress to produce a mild elevation of mitochondrial ROS (mtROS) by distinct mechanisms. Metformin inhibits complex I of the mitochondrial electron transport chain (ETC), while CO inhibits ETC complex IV. Both metformin and CO can differentially induce several protein factors, including fibroblast growth factor 21 (FGF21) and sestrin2 (SESN2), which maintain metabolic homeostasis; nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2), a master regulator of the antioxidant response; and REDD1, which exhibits an anticancer effect. However, metformin and CO regulate these effects via different pathways. Metformin stimulates p53- and AMPK-dependent pathways whereas CO can selectively trigger the PERK-dependent signaling pathway. Although further studies are needed to identify the mechanistic differences between metformin and CO, pharmacological application of these agents may represent useful strategies to ameliorate metabolic diseases associated with altered immunometabolism.
Proanthocyanidins are naturally occurring polyphenolic compounds abundant in many vegetables, plant skins (rind/bark), seeds, flowers, fruits, and nuts. Numerous in vitro and in vivo studies have demonstrated myriad effects potentially beneficial to human health, such as antioxidation, immunomodulation, DNA repair, and antitumor activity. Among immune cells, macrophages are crucial players in a variety of inflammatory responses to environmental conditions. However, it has been widely reported that macrophages cause chronic inflammation and are involved in a variety of diseases, such as obesity, diabetes, metabolic syndrome, and cancer. In this study, we report the suppressive effect of proanthocyanidins via the heme oxygenase-1 (HO-1)-related system, on the immune response of the LPS-stimulated mouse macrophage cell line RAW264.7. Increased HO-1 expression at mRNA and protein levels were found in proanthocyanidins-treated RAW264.7 cells. Further, proanthocyanidins enhanced nuclear factor-erythroid 2-related factor 2 translocation into the nucleus. RAW264.7 cells were treated with lipopolysaccharide (LPS) with or without proanthocyanidins, and inflammatory mediator expression levels were assessed. Proanthocyanidins treatment resulted in the attenuation of nitric oxide production and inducible nitric oxide synthase expression in LPS-stimulated RAW264.7 cells. In addition, mRNA and protein expression of proinflammatory cytokines, such as tumor necrosis factor-${\alpha}$ and interleukin-6, was inhibited by proanthocyanidins treatment in LPS-stimulated RAW264.7 cells. These findings support proanthocyanidins as a promising anti-inflammatory agent.
Carbon monoxide (CO) is well-known as toxic gas and intrinsic signaling molecule such as neurotransmitter and blood vessel relaxant. Recently, it has been reported that low concentration of CO exerts therapeutic actions under various pathological conditions including liver failure, heart failure, gastric cancer, and cardiac arrest. However, little has been known about the effect of CO in neurodegenerative diseases like Parkinson's disease (PD). To test whether CO could exert a beneficial action during oxidative cell death in PD, we examined the effects of CO on 6-hydroxydopamine (6-OHDA)-induced cell death in C6 glioma cells. Treatment of CO-releasing molecule-2 (CORM-2) significantly attenuated 6-OHDA-induced apoptotic cell death in a dose-dependent manner. CORM-2 treatment decreased Bax/Bcl2 ratio and caspase-3 activity, which had been increased by 6-OHDA. CORM-2 increased phosphorylation of NF-E2-related factor 2 (Nrf2) which is a transcription factor regulating antioxidant proteins. Subsequently, CORM-2 also increased the expression of heme oxygenase-1 and superoxide dismutases (CuZnSOD and MnSOD), which were antioxidant enzymes regulated by Nrf2. These results suggest that CO released by CORM-2 treatment may have protective effects against oxidative cell death in PD through the potentiation of cellular adaptive survival responses via activation of Nrf2 and upregulation of heme oxygenase-1, leading to increasing antioxidant defense capacity.
Ginsan, a polysaccharide isolated from Panax ginseng, has been shown to be a potent immunomodulator, producing a variety of cytokines such as TNF-a, IL-1$\beta$, IL-2, IL-6, IL-12, IFN-${\gamma}$ and GM-CSF, and stimulating lymphoid cells to proliferate. In the present study, we analyzed some immune functions 1$^{st}$-5$^{th}$ days after ginsan i.p. injection, including the level of non-protein thiols (NPSH) as antioxidants, heme oxygenase (HO) activity as a marker of oxidative stress, zoxazolamine-induced paralysis time and level of hepatic cytochrome P-450 (CYP450) as indices of drug metabolism system, and activities of serum aspartate aminotransferase (AST), alanine aminotransferase (ALT), alkaline phosphatase (ALP), total bilirubin, and albumin level as indicators of hepatotoxicity. Ginsan in the dose of 100 mg/kg caused marked elevation (1.7-2 fold) of HO activity, decrease of total CYP450 level (by 20-34%), and prolongation of zoxazolamine-induced paralysis time (by 65-70%), and showed some differences between male and female mice. Ginsan treatment did not seem to cause hepatic injury, since serum AST, ALT, and ALP activities and levels of total bilirubin and albumin were not changed.d.
Parkinson's disease (PD) is one of the representative neurodegenerative movement disorders with the selective loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra. 6-Hydroxydopamine (6-OHDA) is widely used as an experimental model system to mimic PD and has been reported to cause neuronal cell death via oxidative and/or nitrosative stress. Therefore, daily intake of dietary or medicinal plants which fortifies cellular antioxidant capacity can exert neuroprotective effects in PD. In the present study, we have investigated the protective effect of Korean red ginseng (KRG) against 6-OHDA-induced nitrosative death in C6 glioma cells. Treatment of C6 cells with 6-OHDA decreased cell viability and increased expression of inducible nitric oxide synthase, production of nitric oxide as well as peroxynitrite, and formation of nitrotyrosine. 6-OHDA led to apoptotic cell death as determined by decreased Bcl-2/Bax, phosphorylation of JNK, activation of caspase-3, and cleavage of PARP. Conversely, pretreatment of C6 cells with KRG attenuated 6-ODHA-induced cytotoxicity, apoptosis, and nitrosative damages. To further elucidate the molecular mechanism of KRG protection against 6-OHDA-induced nitrosative cell death, we have focused on the cellular self-defense molecules against exogenous noxious stimuli. KRG treatment up-regulated heme oxygenase-1 (HO-1), a key antioxidant enzyme essential for cellular defense against oxidative and/or nitrosative stress via activation of Nrf2. Taken together, these findings suggest KRG may have preventive and/or therapeutic potentials for the management of PD.
Jin, Kyong-Suk;Oh, You Na;Lee, Ji Young;Son, Byung Yil;Choi, Woobong;Lee, Eun-Woo;Kwon, Hyun Ju;Kim, Byung Woo
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.41
no.2
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pp.253-262
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2013
In this study, we analyzed the anti-oxidative and anti-inflammatory activities of seven medicinal herbs. All extracts of the tested herbs, Euryale ferox Salisbury, Echinops setifer Iljin, Amomum cardamomum Linne, Tetrapanax papyriferus, Illicium verum Hook. f., Typha orientalis Presl, and Piper longum Linne, exhibited potent anti-oxidative activity as confirmed by DPPH radical scavenging capacity. Lipopolysaccharide (LPS) induced nitric oxide (NO) production, in the RAW 264.7 cell line, was also ameliorated by all extracts' treatments in a dose dependent manner. NO suppressive activity originated from the inhibition of inducible nitric oxide synthase (iNOS) protein expression by the extracts. Three extracts, E. ferox S., I. verum Hook. f., and P. longum L., possessed suppressive activity against, not only iNOS, but also cycloxygenase 2 (COX-2) protein expression. These three extracts may then serve as potential candidates for non steroidal analgesic inflammation drugs (NSAIDs). Furthermore, all extracts induced anti-oxidative enzyme, heme oxygenase 1, protein expression. Taken together, these results provide an important new insight into the fact that various medicinal herbs possess potent anti-oxidative and anti-inflammatory activities and might be utilized as promising agents in the field of health products. Further studies for the identification of the active compounds from medicinal herbs are clearly needed.
We evaluated the effects of extracts of Tsunokaori tangor peel on lipopolysaccharide (LPS)-induced nitric oxide (NO) and prostaglandin $E_2\;(PGE_2)$ in RAW 264.7 cells. The ethyl acetate fraction of Tsunokaori tangor peel (EA-TTP) markedly inhibited the production of NO and $PGE_2$ in LPS-stimulated RAW 264.7 cells. Consistent with these findings, the expression levels of inducible nitric oxide synthase (iNOS) and cyclooxygenase-2 (COX-2) proteins were down-regulated in a dose-dependent manner. Additionally, EA-TTP decreased the expression iNOS mRNA but not COX-2 mRNA. To determine the upstream signaling mechanism for the down-regulation of LPS-induced iNOS expression, we investigated the effect of EA-TTP on the degradation and re-synthesis of $I{\kappa}B{\alpha}$. EA-TTP dose-dependently delayed $I{\kappa}B{\alpha}$ degradation and increased $I{\kappa}B{\alpha}$ re-appearance following degradation, suggesting this as the mechanism by which EA-TTP suppressed iNOS gene expression. The EA-TTP also dose-dependently reduced the expression of the cellular stress-response protein heme oxygenase-1, and inhibited the LPS-induced sustained activation of extracellar signal-regulated kinase (ERK).
Objectives: It was investigated the cytoprotective efficacies of isorhamnetin, a flavonoid originally derived from Hippophae rhamnoides L., against oxidative stress-induced apoptosis in C2C12 myoblasts. Methods: The effects of isorhamnetin on cell growth, apoptosis and reactive oxygen species (ROS) generation were evaluated by trypan blue dye exclusion assay, 4',6-diamidino-2-phenylindole staining and flow cytometry. The levels of apoptosis-regulatory and nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) signaling pathway-related proteins, and caspase activities (caspase-3 and -9) were determined by Western blot analysis and colorimetric assay, respectively. Results: Our results revealed that treatment with isorhamnetin prior to hydrogen peroxide ($H_2O_2$) exposure significantly increased the C2C12 cell viability and, indicating that the exposure of C2C12 cells to isorhamnetin conferred a protective effect against oxidative stress. Isorhamnetin also effectively attenuated $H_2O_2$-induced apoptosis and ROS generation, which was associated with the restoration of the upregulation of Bax and downregulation of Bcl-2 induced by $H_2O_2$. In addition, $H_2O_2$ enhanced the activation of caspase-9 and -3, and degradation of poly (ADP-ribose)-polymerase, a typical substrate protein of activated caspase-3; however, these events were almost totally reversed by pretreatment with isorhamnetin. Moreover, isorhamnetin increased the levels of heme oxygenase-1, a potent antioxidant enzyme, associated with the induction of Nrf2. Conclusions: Our data indicated that isorhamnetin may potentially serve as an agent for the treatment and prevention of muscle disorders caused by oxidative stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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