The mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling pathway is upregulated in the pathogenesis of many cancers, including colorectal cancer (CRC). DEPTOR is an mTOR inhibitor whose expression is negatively regulated by mTOR. However, the role of DEPTOR in the development of CRC is not known. The aim of this study was to investigate the expression of DEPTOR and mTORC1 activity (P-S6) in a subset of CRC patients and determine their relation to tumor differentiation, invasion, nodal metastasis and disease-free survival. Here, Immunohistochemical expression of P-S6 (S235/236) and DEPTOR were evaluated in 1.5 mm tumor cores from 90 CRC patients and in 90 samples of adjacent normal mucosa by tissue microarray. The expression of P-S6 (S235/236) was upregulated in CRC, with the positive rate of P-S6 (S235/236) in CRC (63.3%) significantly higher than that in control tissues (36.7%, 30%) (p<0.05). P-S6 (S235/236) also correlated with high tumor histologic grade (p=0.002), and positive nodal metastasis (p=0.002). In contrast, the expression level of DEPTOR was correlated with low tumor histological grade (p=0.006), and negative nodal metastasis (p=0.001). Interestingly, P-S6 (S235/236) expression showed a significant negative association with the expression of DEPTOR in CRC (p=0.011, R= -0.279). However, upregulation of P-S6 (S235/236) (p=0.693) and downregulation of DEPTOR (p=0.331) in CRC were not significantly associated with overall survival. Thus, we conclude that expression of DEPTOR negatively correlates with mTORC1 activity and tumor progression in CRC. DEPTOR is a potential marker for prognostic evaluation and a target for the treatment of CRC.
Lee, Ji Young;Jun, Do Youn;Kim, Ki Yun;Ha, Eun Ji;Woo, Mi Hee;Ko, Jee Youn;Yun, Young Ho;Oh, In-Seok;Kim, Young Ho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.27
no.1
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pp.197-205
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2017
Exposure of Jurkat T cell clone (J/Neo cells) to acacetin (5,7-dihydroxy-4'-methoxyflavone), which is present in barnyard millet (Echinochloa esculenta (A. Braun)) grains, caused cytotoxicity, enhancement of apoptotic $sub-G_1$ rate, Bak activation, loss of mitochondrial membrane potential (${\Delta}{\Psi}m$), activation of caspase-9 and caspase-3, degradation of poly(ADP-ribose) polymerase, and FITC-Annexin V-stainable phosphatidylserine exposure on the external surface of the cytoplasmic membrane without accompanying necrosis. These apoptotic responses were abrogated in Jurkat T cell clone (J/Bcl-xL) overexpressing Bcl-xL. Under the same conditions, cellular autophagic responses, including suppression of the Akt-mTOR pathway and p62/SQSTM1 down-regulation, were commonly detected in J/Neo and J/Bcl-xL cells; however, formation of acridine orange-stainable acidic vascular organelles, LC3-I/II conversion, and Beclin-1 phosphorylation (Ser-15) were detected only in J/Neo cells. Correspondingly, concomitant treatment with the autophagy inhibitor (3-methyladenine or LY294002) appeared to enhance acacetin-induced apoptotic responses, such as Bak activation, ${\Delta}{\Psi}m$ loss, activation of caspase-9 and caspase-3, and apoptotic $sub-G_1$ accumulation. This indicated that acacetin could induce apoptosis and cytoprotective autophagy in Jurkat T cells simultaneously. Together, these results demonstrate that acacetin induces not only apoptotic cell death via activation of Bak, loss of ${\Delta}{\Psi}m$, and activation of the mitochondrial caspase cascade, but also cytoprotective autophagy resulting from suppression of the Akt-mTOR pathway. Furthermore, pharmacologic inhibition of the autophagy pathway augments the activation of Bak and resultant mitochondrial damage-mediated apoptosis in Jurkat T cells.
A non-protein amino acid, L-ornithine (Orn), has been shown to stimulate the urea cycle and tissue protein synthesis in the liver. The purpose of the current study was to assess whether Orn affects the mammalian target of rapamycin (mTOR) complex 1 (mTORC1) pathway, which is involved in protein synthesis. Primary cultured cells isolated from Wistar rat liver were incubated in an amino acid-free medium, followed by addition of Orn for 3 h. The cell lysate was subjected to immunoblotting to evaluate the phosphorylation of downstream targets of mTORC1, including p70S6K, S6, and 4EBP1. To assess the involvement of mTORC1 for the effect of Orn, the cells were pretreated with the mTOR inhibitor rapamycin before the addition of Orn and the cell lysate was subjected to immunoblotting. We next examined whether the effects of Orn were exerted in vivo. Orn was orally administered to 18 h food-deprived rats, the blood and the livers were collected at 1 and 3 h after administration for immunoblotting. Orn treatment for primary cultured cells for 3 h enhanced the phosphorylation of p70S6K, S6, and 4EBP1. In addition, rapamycin blocked the effects of Orn completely (p70S6K and S6) or partially (4EBP1). The oral administration of Orn to the rat also augmented the phosphorylation of mTORC1 downstream targets notably in S6 at 1 h. Our findings demonstrate that Orn has the potential to induce the phosphorylation of downstream targets of mTORC1 in the rat liver. This may be mediated by the augmentation of mTORC1 activity.
Characterized by abnormal proliferation and migration of vascular smooth muscle cells (VSMCs), neointima hyperplasia is a hallmark of vascular restenosis after percutaneous vascular interventions. Vaccinia-related kinase 1 (VRK1) is a stress adaption-associated ser/thr protein kinase that can induce the proliferation of various types of cells. However, the role of VRK1 in the proliferation and migration of VSMCs and neointima hyperplasia after vascular injury remains unknown. We observed increased expression of VRK1 in VSMCs subjected to platelet-derived growth factor (PDGF)-BB by western blotting. Silencing VRK1 by shVrk1 reduced the number of Ki-67-positive VSMCs and attenuated the migration of VSMCs. Mechanistically, we found that relative expression levels of β-catenin and effectors of mTOR complex 1 (mTORC1) such as phospho (p)-mammalian target of rapamycin (mTOR), p-S6, and p-4EBP1 were decreased after silencing VRK1. Restoration of β-catenin expression by SKL2001 and re-activation of mTORC1 by Tuberous sclerosis 1 siRNA (siTsc1) both abolished shVrk1-mediated inhibitory effect on VSMC proliferation and migration. siTsc1 also rescued the reduced expression of β-catenin caused by VRK1 inhibition. Furthermore, mTORC1 re-activation failed to recover the attenuated proliferation and migration of VSMC resulting from shVrk1 after silencing β-catenin. We also found that the vascular expression of VRK1 was increased after injury. VRK1 inactivation in vivo inhibited vascular injury-induced neointima hyperplasia in a β-catenin-dependent manner. These results demonstrate that inhibition of VRK1 can suppress the proliferation and migration of VSMC and neointima hyperplasia after vascular injury via mTORC1/β-catenin pathway.
S-allylcysteine (SAC) is an aged garlic derived water soluble organosulfur compound and has been suggested to have anticarcinogenic activity against diverse types of cancer cells. This review summarizes the cellular signaling pathways and molecular mechanisms whereby SAC exerts its effects on cellular proliferation, apoptosis, cell cycle progression and metastasis based on the results from both in vitro and in vivo studies. SAC activates proapoptotic proteins including Bax and caspase-3, but suppresses antiapoptotic Bcl-2 family proteins to bring about cancer cell death through mitochondria-mediated intrinsic pathway. SAC also inhibits cellular proliferation by inducing cell cycle arrest in which SAC reduces expression and activation of NF-κB, cyclins, Cdks, PCNA and c-Jun, but elevates expression of cell cycle inhibitor proteins p16 and p21 through suppression of both PI3K/Akt/mTOR and MAPK/ERK signaling pathways. And, SAC inhibits invasion and metastasis of cancer cells by inducing suppression of both angiogenesis and epithelial-mesenchymal transition (EMT) through decreased cyclooxygenase (COX)-2 expression and increased E-cadherin expression which were then caused by suppression of inhibitory transcription factors Id-1 and SLUG from SAC-mediated inactivation of both MAPK/ERK and PI3K/Akt/mTOR/NF-κB signaling pathways. Furthermore, SAC prevents toxic compound-induced carcinogenesis by inducing antioxidant enzymes such as glutathione-s-transferase (GST). Thus, SAC can be considered as a potential chemotherapeutic agent for the prevention and treatment of cancer.
Gu, Ming-Yao;Kwon, Hak Cheol;Song, Min Ok;Ko, Hyeonseok;Cha, Jin-Wook;Lee, Won Jong;Yang, Hyun Ok
Natural Product Sciences
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v.19
no.3
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pp.242-250
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2013
The autophagy-lysosomal pathway is an important protein degradation system, and its dysfunction has been implicated in a number of neurodegenerative diseases, including Parkinson's disease. Raphani Semen, one of the herbs of Yeoldahanso-tang (YH), has neuroprotective effects via the autophagy pathway. The activity-guided method was used to isolate and identify the components of Raphani Semen. In this experiment, the total extract of Raphani Semen was partitioned to n-butanol, methylene chloride, and water fractions. Flow cytometry data showed that only the water fraction showed autophagy-inducing activity in vitro. Compounds 1 and 2 were isolated from this water fraction by preparative HPLC separation. The structures of compounds 1 and 2 were identified as stachyose and raffinose, respectively, by the analysis of various spectral data ($^1H$ NMR, $^{13}C$ NMR, and MS) and comparisons with standard stachyose and raffinose. Of these two compounds, raffinose showed autophagy-inducing activity in PC12 cells through the mTOR pathway.
Leptin, a 16-kDa cytokine, is secreted by adipose tissue in response to the surplus of fat store. Thereby, the brain is informed about the body's energy status. In the hypothalamus, leptin triggers specific neuronal subpopulations (e.g., POMC and NPY neurons) and activates several intracellular signaling events, including the JAK/STAT, MAPK, PI3K, and mTOR pathway, which eventually translates into decreased food intake and increased energy expenditure. Leptin signal is inhibited by a feedback inhibitory pathway mediated by SOCS3. PTP1B involves another inhibitory pathway of leptin. Leptin potently promotes fat mass loss and body weight reduction in lean subjects. However, it is not widely used in the clinical field because of leptin resistance, which is a common feature of obesity characterized by hyperleptinemia and the failure of exogenous leptin administration to provide therapeutic benefit in rodents and humans. The potential mechanisms of leptin resistance include the following: 1) increases in circulating leptin-binding proteins, 2) reduced transport of leptin across the blood-brain barrier, 3) decreased leptin receptor-B (LRB), and/or 4) the provocation of processes that diminish cellular leptin signaling (inflammation, endoplasmic reticulum stress, feedback inhibition, etc.). Thus, interference of the cellular mechanisms that attenuate leptin signaling improves leptin action in cells and animal models, suggesting the potential utility of these processes as points of therapeutic intervention. Various experimental trials and compounds that improve leptin resistance are introduced in this paper.
Objectives: Orostachys japonicas (O. japonicus) has been known for its anti-tumor effect. In the present study, it was investigated whether O. japonicus EtOH extracts could induce apoptosis and autophagy which are part of the main mechanism related to anti-tumor effect in THP-1 cells. Methods: Cells were treated with various concentrations of O. japonicus EtOH extracts ($0-300{\mu}g/ml$) for 24, 48, and 72h. Cell viability was evaluated by MTS/PMS assay and apoptosis rate was examined by flow cytometry and ELISA assay. The mRNA expression of apoptosis-related genes (Bcl-2, Mcl-1, Survivin, Bax) and autophagy-related gene (mTOR) was evaluated using real-time PCR. The protein expression of Caspase-3, Akt, LC3 II, Beclin-1, Atg5, $NF-{\kappa}B$, p38, ERK was evaluated using western blot analysis. Results: O. japonicus EtOH extracts inhibited cell proliferation and apoptosis rate was increased in both flow cytometry and ELISA assay. Bcl-2, Mcl-1, Survivin (anti-apoptosis factors) mRNA expressions were decreased and Bax (pro-apoptosis factor) mRNA level was increased. mTOR mRNA expressions was decreased and LC3 II protein expressions was increased. Activation of $NF-{\kappa}B$ was decreased and phosphorylation of p38 was increased. Conclusion: O. japonicus is regarded to inhibit cell proliferation, to induce apoptosis and to regulate autophagy-related genes in THP-1 cells via $NF-{\kappa}B$ and p38 MAPK signaling pathway. This suggests O. japonicus could be an effective herb in treating acute myeloid leukemia.
Lin, Zuan;Xie, Rongfang;Zhong, Chenhui;Huang, Jianyong;Shi, Peiying;Yao Hong
Journal of Ginseng Research
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v.46
no.1
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pp.39-53
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2022
Ginsenoside Rb1 (Rb1), one of the most important ingredients in Panax ginseng Meyer, has been confirmed to have favorable activities, including reducing antioxidative stress, inhibiting inflammation, regulating cell autophagy and apoptosis, affecting sugar and lipid metabolism, and regulating various cytokines. This study reviewed the recent progress on the pharmacological effects and mechanisms of Rb1 against cardiovascular and nervous system diseases, diabetes, and their complications, especially those related to neurodegenerative diseases, myocardial ischemia, hypoxia injury, and traumatic brain injury. This review retrieved articles from PubMed and Web of Science that were published from 2015 to 2020. The molecular targets or pathways of the effects of Rb1 on these diseases are referring to HMGB1, GLUT4, 11β-HSD1, ERK, Akt, Notch, NF-κB, MAPK, PPAR-γ, TGF-β1/Smad pathway, PI3K/mTOR pathway, Nrf2/HO-1 pathway, Nrf2/ARE pathway, and MAPK/NF-κB pathway. The potential effects of Rb1 and its possible mechanisms against diseases were further predicted via Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathway and disease ontology semantic and enrichment (DOSE) analyses with the reported targets. This study provides insights into the therapeutic effects of Rb1 and its mechanisms against diseases, which is expected to help in promoting the drug development of Rb1 and its clinical applications.
The antitumoral effects of valdecoxib (Val), an United States Food and Drug Administration-approved anti-inflammatory drug that was withdrawn due to the side effects of increased risk of cardiovascular adverse events, were investigated in hypopharyngeal squamous cell carcinoma cells by performing a cell viability assay, transwell assay, immunofluorescence imaging, and Western blotting. Val markedly inhibited cell viability with an IC50 of 67.3 µM after 48 h of treatment, and also downregulated cell cycle proteins such as Cdks and their regulatory cyclin units. Cell migration and invasion were severely suppressed by inhibiting integrin α4/FAK expression. In addition, Val activated the cell cycle checkpoint CHK2 in response to excessive DNA damage, which led to the activation of caspase-3/9 and induced caspase-dependent apoptosis. Furthermore, the signaling cascades of the PI3K/AKT/mTOR and mitogen-activated protein kinase pathways were significantly inhibited by Val treatment. Taken together, our results indicate that Val can be used for the treatment of hypopharyngeal squamous cell carcinoma.
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