Background: Muscle wasting in sepsis is associated with increased proteolysis. Interleukin-15 (IL-15) has been characterized as an anabolic factor for skeletal muscles. Our study aims to investigate the role of IL-15 in sepsis-induced muscle atrophy and proteolysis. Methods: Mice were rendered septic either by cecal ligation and puncture or by intraperitoneal injection of lipopolysaccharide (LPS, 10 mg/kg i.p.). Expression of IL-15 mRNA and protein was determined by reverse transcriptase polymerase chain reaction and Western blot analysis in the control and septic limb muscles. C2C12 skeletal muscle cells were stimulated in vitro with either LPS or dexamethasone in the presence and absence of IL-15 and sampled at different time intervals (24, 48, or 72 hours). IL-15 ($10{\mu}g/kg$) was intraperitoneally administered 6 hours before sepsis induction and limb muscles were sampled after 24 hours of sepsis. Cathepsin L activity was determined to measure muscle proteolysis. Atrogin-1 and muscle-specific ring finger protein 1 (MuRF1) expressions in limb muscle protein lysates was analyzed. Results: IL-15 mRNA expression was significantly lower in the limb muscles of septic mice compared to that of controls. Cathepsin L activity in C2C12 cells was significantly lower in presence of IL-15, when compared to that observed with individual treatments of LPS or dexamethasone or tumor necrosis factor ${\alpha}$. Further, the limb muscles of mice pre-treated with IL-15 prior to sepsis induction showed a lower expression of atrogin-1 and MuRF1 than those not pre-treated. Conclusion: IL-15 may play a role in protection against sepsis-induced muscle wasting; thereby, serving as a potential therapeutic target for sepsis-induced skeletal muscle wasting and proteolysis.
Traditionally, small-molecule or antibody-based therapies against human diseases have been designed to inhibit the enzymatic activity or compete for the ligand binding sites of pathological target proteins. Despite its demonstrated effectiveness, such as in cancer treatment, this approach is often limited by recurring drug resistance. More importantly, not all molecular targets are enzymes or receptors with druggable 'hot spots' that can be directly occupied by active site-directed inhibitors. Recently, a promising new paradigm has been created, in which small-molecule chemicals harness the naturally occurring protein quality control machinery of the ubiquitin-proteasome system to specifically eradicate disease-causing proteins in cells. Such 'chemically induced protein degradation' may provide unprecedented opportunities for targeting proteins that are inherently undruggable, such as structural scaffolds and other non-enzymatic molecules, for therapeutic purposes. This review focuses on surveying recent progress in developing E3-guided proteolysis-targeting chimeras (PROTACs) and small-molecule chemical modulators of deubiquitinating enzymes upstream of or on the proteasome.
This study evaluated the binding abilities of rabbit anti-ovalbumin (OVA) immunoglobulin G (IgG) and egg-allergic patient IgE on gamma-irradiated OVA during proteolysis using pepsin and trypsin. The concentrations of both the intact and the irradiated OVAs decreased during proteolysis when detected with IgG However, when detected by patient IgE the concentration of the intact OVA decreased up to 30 min after the trypsin treatment and increased thereafter. Irradiated OVA detected by patient IgE showed a lower initial concentration (0.16%) than that of the intact OVA, and this reduced concentration was maintained stably. The results indicate that irradiation, rather than enzymatic treatment, could reduce the binding of the irradiated and enzyme-treated OVA. Therefore, gamma irradiation has potential as an effective method to reduce OVA-induced allergy and may enhance the safety of egg-allergic individuals.
Kim, Jin-Ik;Kaufman, Randal J.;Back, Sung Hoon;Moon, Ja-Young
Molecules and Cells
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제42권11호
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pp.783-793
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2019
When endoplasmic reticulum (ER) functions are perturbed, the ER induces several signaling pathways called unfolded protein response to reestablish ER homeostasis through three ER transmembrane proteins: inositol-requiring enzyme 1 (IRE1), PKR-like ER kinase (PERK), and activating transcription factor 6 (ATF6). Although it is important to measure the activity of ATF6 that can indicate the status of the ER, no specific cell-based reporter assay is currently available. Here, we report a new cell-based method for monitoring ER stress based on the cleavage of $ATF6{\alpha}$ by sequential actions of proteases at the Golgi apparatus during ER stress. A new expressing vector was constructed by using fusion gene of GAL4 DNA binding domain (GAL4DBD) and activation domain derived from herpes simplex virus VP16 protein (VP16AD) followed by a human $ATF6{\alpha}$ N-terminal deletion variant. During ER stress, the GAL4DBD-VP16AD(GV)-$hATF6{\alpha}$ deletion variant was cleaved to liberate active transcription activator encompassing GV-$hATF6{\alpha}$ fragment which could translocate into the nucleus. The translocated GV-$hATF6{\alpha}$ fragment strongly induced the expression of firefly luciferase in HeLa Luciferase Reporter cell line containing a stably integrated 5X GAL4 site-luciferase gene. The established double stable reporter cell line HLR-GV-$hATF6{\alpha}$(333) represents an innovative tool to investigate regulated intramembrane proteolysis of $ATF6{\alpha}$. It can substitute active pATF6(N) binding motif-based reporter cell lines.
Cadmium is an important occupational and environmental pollutant that damages various organs, especially renal proximal tubular cells. We examined the effect of aqueous extract of Buddleja officinalis (ABO) on cadmium chloride ($CdCl_2$)-induced cytotoxicity in HK-2 human renal proximal tubular cells. HK-2 cells were preincubated with ABO (50, 100, 200 and 400 ${\mu}g/ml$) for 3 hr and then treated with 10 ${\mu}M$$CdCl_2$ for 24 hr. The effect of ABO on $CdCl_2$-induced cytotoxicity in HK-2 cells was investigated by using MTT assay, morphological observation, flow cytometric analysis and Western blot. The results of the MTT assay and morphological observation indicated that $CdCl_2$-induced cytotoxicity was prevented by pretreatment with ABO. In flow cytometric analysis, ABO reduced sub-G1 peak (apoptotic peak) in $CdCl_2$-treated cells. $CdCl_2$-induced procaspase-3 proteolysis and PARP cleavage reduced by pretreatment with ABO. These results suggest that ABO effectively inhibited $CdCl_2$-induced cytotoxicity in HK-2 cells.
Objectives : The amyloid $\beta$-protein ($A\beta$) is the principal component of the senile plaques characteristic of Alzheimer's disease (AD) and elicits a toxic effect on neurons in vitro and in vivo. Many environmental factors including antioxidants and proteoglycans modify $A{\beta}toxicity$. In this study, we have investigated the protective effects of water- and organic solvent-extracts of Hemerocallis fulva root fractions pre-extracted with methanol on $A\beta$-induced oxidative cell death in cultured rat pheochromocytoma (PC12) cells. Methods : For this study, we used MTT reduction assay for detection of protective effects of water- and organic solvent-extracts of Hemerocallis fulva root fractions pre-extracted with methanol on $A{\beta}_{25-35}$-induced cytotoxicity to PC12 cells. We also used cell-based $\beta$-secretase assay system to investigate the inhibitory effect of water- and organic solvent-extracts of Hemerocallis fulva root on $\beta$-secretase activity. Results : We previously reported that methanol extracts of Hemerocallis fulva root strongly attenuated cytotoxicity induced by the three $A\beta$ fragments ($A{\beta}_{25-35},\;A{\beta}_{1-42}\;A{\beta}_{1-43}$) to both SK-N-MC and PC12 cells. In the present study, we found that butanol-, ethylacetate-, chloroform-, and water-extracts of Hemerocallis fulva root fractions pre-extracted with methanol had strong protective effects against $A{\beta}_{25-35}$-induced cytotoxicity to PC12 cells and inhibitory potency to $\beta$-secretase activity. Conclusion : These results suggest that butanol-, ethylacetate-, chloroform-, and water-extracts of Hemerocallis fulva root fractions pre-extracted with methanol may contain the protective component(s) against $A\beta$-induced cell death in PC12 cells as well as inhibitory component(s) to $\beta$-secretase activity.
$Ca^{2+}$-농도 의존적으로 활성화되는 neutral protease calpain에 의한 단백질 분해는 세포의 성장을 조절하는데 중요한 단백질들의 역할에 매우 중요한 역할을 한다. Cyclin의 분해는 세포주기의 진행을 위한 필연적인 과정이다. D-type cyclins는 외부자극이나 신호에 의하여 세포주기의 G1 초기에 합성이 된 후 cyclin-dependent kinases (cdk4 및 cdk6)와의 결합하여 세포주기 S기 진입을 촉진하는 역할을 한다. 본 연구에서는 MDA-MB-231 인체 유방암세포에서 cyclin D3 단백질이 calpain protease에 의하여 전사 후 수준에서 조절 받고 있음을 제시하였다. 본 실험의 조건에서 lovastatin과 actinomycin D가 처리된 MDA-MB-231 세포에서 cyclin D3 단백질의 발현이 완전히 사라졌지만, calpain inhibitor인 LLnL의 처리에 의하여 정상 수준으로 회복되었음을 알 수 있었다. 그러나 26S proteasome의 선택적 억제제인 lactacystin, the lysosome 억제제인 ammonium chloride 및 chloroquine, serine protease 억제제인 PMSF는 동일 조건에서 lovastatin과 actinomycin D 처리에 의한 cyclin D3의 발현저하를 억제하지는 못하였다. In vitro 조건에서 순수 분리된 calpain은 cyclin D3 단백질을 $Ca^{2+}$ 농도 의존적으로 분해하였으며, cyclin D3 단백질의 half-life는 LLnL 처리에 의하여 매우 유의적으로 증가되었다. 이러한 결과는 cyclin D3 단백질이 $Ca^{2+}$에 의해 활성화 되는 protease calpain에 의해 조절됨을 보여준다.
${\beta}$-catenin, which plays a critical role in both the cytoskeleton and in transcriptional regulation in variousadherent cell types, undergoes degradation during adherent cell apoptosis. Although ${\beta}$-catenin has been reported to be present in Jurkat T-acute lymphoblastic leukemia cells, the regulation of ${\beta}$-catenin in hematologic malignancies have not been examined. The data presented here demonstrate that treatment of the T cell leukemia Jurkat iwht the apoptosis inducer anti-Fas induced proteolytic cleavage of ${\beta}$-catenin. ${\beta}$-catenin was cleaved at both the N- and C-terminus after anti-Fas treatment. Cleavage of intact ${\beta}$-catenin was completely inhibited by caspase selective protease inhibitors. These data demonstrate that ${\beta}$ -catenin proteolysis is triggered by the cross-linking of the Fas receptor on Jurkat cells and subsequent activation of caspase protease. There was a clear accumulatio of the large proteolytic fragment in Jurkat cells treated with lactacystin of ALLM. These are potent inhibitors of proteasome and calpain. these results suggest that both the proteasome and clapain may recognize the large ${\beta}$-catenin fragment as a substrate fot further degradation and that these pathewasy may act downstream of scapase in response to Fas receptor activation. Therefore, we suggest that ${\beta}$-catenin may play a role in promoting Jurkat survival.
Naringin, a bioflavonoid found in Citrus seeds, inhibits proliferation of cancer cells. The objectives of this study were to investigate the mode and mechanism(s) of hepatocellular carcinoma HepG2 cell death induced by naringin. The cytotoxicity of naringin towards HepG2 cells proved dose-dependent, measured by MTT assay. Naringin-treated HepG2 cells underwent apoptosis also in a concentration related manner, determined by annexin V-fluorescein isothiocyanate (FITC) and propidium iodide (PI) employing flow cytometry. Mitochondrial transmembrane potential (MTP) measured using 3,3'-dihexyloxacarbocyanine iodide ($DiOC_6$) and flow cytometer was reduced concentration-dependently, which indicated influence on the mitochondrial signaling pathway. Caspase-3, -8 and -9 activities were enhanced as evidenced by colorimetric detection of para-nitroaniline tagged with a substrate for each caspase. Thus, the extrinsic and intrinsic pathways were linked in human naringin-treated HepG2 cell apoptosis. The expression levels of pro-apoptotic Bax and Bak proteins were increased whereas that of the anti-apoptotic Bcl-xL protein was decreased, confirming the involvement of the mitochondrial pathway by immunoblotting. There was an increased expression of truncated Bid (tBid), which indicated caspase-8 proteolysis activity in Bid cleavage as its substrate in the extrinsic pathway. In conclusion, naringin induces human hepatocellular carcinoma HepG2 cell apoptosis via mitochondria-mediated activation of caspase-9 and caspase-8-mediated proteolysis of Bid. Naringin anticancer activity warrants further investigation for application in medical treatment.
한국미생물학회 2008년도 International Meeting of the Microbiological Society of Korea
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pp.23-25
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2008
Serum complement proteins comprise an important system that is responsible for several innate and adaptive immune defence mechanisms. There were three well described pathways known to lead to the generation of a C3 convertase, which catalyses the proteolysis of complement component C3, and leads to the formation of C3 opsonins (C3b, iC3b and C3d) that fix to bacteria. A pivotal step in the complement pathway is the assembly of a C3 convertase, which digests the C3 complement component to form microbial-binding C3 fragments recognized by leukocytes. The spleen clears microorganisms from the blood. Individuals lacking this organ are more susceptible to Streptococcus pneumoniae. Innate resistance to S. pneumoniae has previously been shown to involve complement components C3 and C4, however this resistance has only a partial requirement for mediators of these three pathways, such as immunoglobulin, factor B and mannose-binding lectin. Therefore it was likely that spleen and complement system provide resistance against blood-borne S. pneumoniae infection through unknown mechanism. To better understand the mechanisms involved, we studied Specific intracellular adhesion molecule-grabbing nonintegrin (SIGN)-R1. SIGN-R1, is a C-type lectin that is expressed at high levels by spleen marginal-zone macrophages and lymph-node macrophages. SIGN-R1 has previously been shown to be the main receptor for bacterial dextrans, as well as for the capsular pneumococcal polysaccharide (CPS) of S. pneumoniae. We examined the specific role of this receptor in the activation of complement. Using a monoclonal antibody that selectively downregulates SIGN-R1 expression in vivo, we show that in response to S. pneumoniae or CPS, SIGN-R1 mediates the immediate proteolysis of C3 and fixation of C3 opsonins to S. pneumoniae or to marginal-zone macrophages that had taken up CPS. These data indicate that SIGN-R1 is largely responsible for the rapid C3 convertase formation induced by S. pneumoniae in the spleen of mice. Also, we found that SIGN-R1 directly binds C1q and that C3 fixation by SIGN-R1 requires C1q and C4 but not factor B or immunoglobulin. Traditionally C3 convertase can be formed by the classical C1q- and immunoglobulin-dependent pathway, the alternative factor-B-dependent pathway and the soluble mannose-binding lectin pathway. Furthermore Conditional SIGN-R1 knockout mice developed deficits in C3 catabolism when given S. pneumoniae or its capsular polysaccharide intravenously. There were marked reductions in proteolysis of serum C3, deposition of C3 on organisms within SIGN-$R1^+$ spleen macrophages, and formation of C3 ligands. The transmembrane lectin SIGN-R1 therefore contributes to innate resistance by an unusual C3 activation pathway. We propose that in the SIGN-R1 mediated complement activation pathway, after binding to polysaccharide, SIGN-R1 captures C1q. SIGN-R1 can then, in association with several other complement proteins including C4, lead to the formation of a C3 convertase and fixation of C3. Therefore, this new pathway for C3 fixation by SIGN-R1, which is unusual as it is a classical C1q-dependent pathway that does not require immuno globulin, contributes to innate immune resistance to certain encapsulated microorganisms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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