Mitochondria are highly dynamic organelles that constantly undergo fission and fusion processes that closely related to their function. Disruption of mitochondrial dynamics has been demonstrated in acute kidney injury (AKI), which could eventually result in cell injury and death. Previously, we reported that augmenter of liver regeneration (ALR) alleviates renal tubular epithelial cell injury. Here, we gained further insights into whether the renoprotective roles of ALR are associated with mitochondrial dynamics. Changes in mitochondrial dynamics were examined in experimental models of renal ischemia-reperfusion (IR). In a model of hypoxia-reoxygenation (HR) injury in vitro, dynamin-related protein 1 (Drp1) and mitochondrial fission process protein 1 (MTFP1), two key proteins of mitochondrial fission, were downregulated in the Lv-ALR + HR group. ALR overexpression additionally had an impact on phosphorylation of Drp1 Ser637 during AKI. The inner membrane fusion protein, Optic Atrophy 1 (OPA1), was significantly increased whereas levels of outer membrane fusion proteins Mitofusin-1 and -2 (Mfn1, Mfn2) were not affected in the Lv-ALR + HR group, compared with the control group. Furthermore, the mTOR/4E-BP1 signaling pathway was highly activated in the Lv-ALR + HR group. ALR overexpression led to suppression of HR-induced apoptosis. Our collective findings indicate that ALR gene transfection alleviates mitochondrial injury, possibly through inhibiting fission and promoting fusion of the mitochondrial inner membrane, both of which contribute to reduction of HK-2 cell apoptosis. Additionally, fission processes are potentially mediated by promoting tubular cell survival through activating the mTOR/4E-BP1 signaling pathway.
Background: Ginsenoside Rb2, a major active component of Panax ginseng, has various physiological activities, including anticancer and anti-inflammatory effects. However, the mechanisms underlying the rejuvenation effect of Rb2 in human skin cells have not been elucidated. Methods: We performed a senescence-associated β-galactosidase staining assay to confirm cellular senescence in human dermal fibroblasts (HDFs). The regulatory effects of Rb2 on autophagy were evaluated by analyzing the expression of autophagy marker proteins, such as microtubule-associated protein 1A/1B-light chain (LC) 3 and p62, using immunoblotting. Autophagosome and autolysosome formation was monitored using transmission electron microscopy. Autophagic flux was analyzed using tandem-labeled GFP-RFP-LC3, and lysosomal function was assessed with Lysotracker. We performed RNA sequencing to identify potential target genes related to HDF rejuvenation mediated by Rb2. To verify the functions of the target genes, we silenced them using shRNAs. Results: Rb2 decreased β-galactosidase activity and altered the expression of cell cycle regulatory proteins in senescent HDFs. Rb2 markedly induced the conversion of LC3-I to LC3-II and LC3 puncta. Moreover, Rb2 increased lysosomal function and red puncta in tandem-labeled GFP-RFP-LC3, which indicate that Rb2 promoted autophagic flux. RNA sequencing data showed that the expression of DNA damage-regulated autophagy modulator 2 (DRAM2) was induced by Rb2. In autophagy signaling, Rb2 activated the AMPK-ULK1 pathway and inactivated mTOR. DRAM2 knockdown inhibited autophagy and Rb2-restored cellular senescence. Conclusion: Rb2 reverses cellular senescence by activating autophagy via the AMPK-mTOR pathway and induction of DRAM2, suggesting that Rb2 might have potential value as an antiaging agent.
Anwar, Sumadi Lukman;Wahyono, Artanto;Aryandono, Teguh;Haryono, Samuel J
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.16
no.16
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pp.6803-6812
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2015
Caveolin-1 is a 22-kD trans-membrane protein enriched in particular plasma membrane invaginations known as caveolae. Cav-1 expression is often dysregulated in human breast cancers, being commonly upregulated in cancer cells and downregulated in stromal cells. As an intracellular scaffolding protein, Cav-1, is involved in several vital biological regulations including endocytosis, transcytosis, vesicular transport, and signaling pathways. Several pathways are modulated by Cav-1 including estrogen receptor, EGFR, Her2/neu, $TGF{\beta}$, and mTOR and represent as major drivers in mammary carcinogenesis. Expression and role of Cav-1 in breast carcinogenesis is highly variable depending on the stage of tumor development as well as context of the cell. However, recent data have shown that downregulation of Cav-1 expression in stromal breast tumors is associated with frequent relapse, resistance to therapy, and poor outcome. Modification of Cav-1 expression for translational cancer therapy is particularly challenging since numerous signaling pathways might be affected. This review focuses on present understanding of Cav-1 in breast carcinogenesis and its potential role as a new biomarker for predicting therapeutic response and prognosis as well as new target for therapeutic manipulation.
Kim, Kidae;Park, Sung Goo;Park, Byoung Chul;Kim, Jeong-Hoon;Kim, Sunhong
BMB Reports
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v.53
no.7
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pp.373-378
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2020
Phosphorylation of the signaling component by protein kinase often leads to a kinase cascade or feedback loop. 3-Phosphoinositide-dependent kinase 1 (PDK1) signaling pathway diverges into various kinases including Akt and p70 S6 kinase (p70S6k). However, the PDK1 feedback mechanism remains elusive. Here, we demonstrated that UNC-51-like kinase (ULK1), an autophagy initiator kinase downstream of mechanistic target of rapamycin (mTOR), directly phosphorylated PDK1 on serine 389 at the linker region. Furthermore, our data showed that this phosphorylation affected the kinase activity of PDK1 toward downstream substrates. These results suggest a possible negative feedback loop between PDK1 and ULK1.
During the cortical development, cells in the brain acquire somatic mutations that can be implicated in various neurodevelopmental disorders. There is increasing evidence that brain somatic mutations lead to sporadic form of epileptic disorders with previously unknown etiology. In particular, malformation of cortical developments (MCD), ganglioglioma (GG) associated with intractable epilepsy and non-lesional focal epilepsy (NLFE) are known to be attributable to brain somatic mutations in mTOR pathway genes and others. In order to identify such somatic mutations presenting as low-level in epileptic brain tissues, the mutated cells should be enriched and sequenced with high-depth coverage. Nevertheless, there are a lot of technical limitations to accurately detect low-level of somatic mutations. Also, it is important to validate whether identified somatic mutations are truly causative for epileptic seizures or not. Furthermore, it will be necessary to understand the molecular mechanism of how brain somatic mutations disturb neuronal circuitry since epilepsy is a typical example of neural network disorder. In this review, we overview current genetic techniques and experimental tools in neuroscience that can address the existence and significance of brain somatic mutations in epileptic disorders as well as their effect on neuronal circuitry.
Syed Sayeed Ahmad;Hee Jin Chun;Khurshid Ahmad;Inho Choi
Journal of Ginseng Research
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v.48
no.1
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pp.12-19
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2024
Skeletal muscle (SM) is the largest organ of the body and is largely responsible for the metabolism required to maintain body functions. Furthermore, the maintenance of SM is dependent on the activation of muscle satellite (stem) cells (MSCs) and the subsequent proliferation and fusion of differentiating myoblasts into mature myofibers (myogenesis). Natural compounds are being used as therapeutic options to promote SM regeneration during aging, muscle atrophy, sarcopenia, cachexia, or obesity. In particular, ginseng-derived compounds have been utilized in these contexts, though ginsenoside Rg1 is mostly used for SM mass management. These compounds primarily function by activating the Akt/mTOR signaling pathway, upregulating myogenin and MyoD to induce muscle hypertrophy, downregulating atrophic factors (atrogin1, muscle ring-finger protein-1, myostatin, and mitochondrial reactive oxygen species production), and suppressing the expressions of tumor necrosis factor-α (TNF-α) and interleukin-6 (IL-6) in cachexia. Ginsenoside compounds are also used for obesity management, and their anti-obesity effects are attributed to peroxisome proliferator activated receptor gamma (PPARγ) inhibition, AMPK activation, glucose transporter type 4 (GLUT4) translocation, and increased phosphorylations of insulin resistance (IR), insulin receptor substrate-1 (IRS-1), and Akt. This review was undertaken to provide an overview of the use of ginseng-related compounds for the management of SM-related disorders.
Yun, Seung Pil;Han, Yong-Seok;Lee, Jun Hee;Kim, Sang Min;Lee, Sang Hun
Biomolecules & Therapeutics
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v.26
no.4
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pp.389-398
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2018
p-Cresol, found at high concentrations in the serum of chronic kidney failure patients, is known to cause cell senescence and other complications in different parts of the body. p-Cresol is thought to mediate cytotoxic effects through the induction of autophagy response. However, toxic effects of p-cresol on mesenchymal stem cells have not been elucidated. Thus, we aimed to investigate whether p-cresol induces senescence of mesenchymal stem cells, and whether melatonin can ameliorate abnormal autophagy response caused by p-cresol. We found that p-cresol concentration-dependently reduced proliferation of mesenchymal stem cells. Pretreatment with melatonin prevented pro-senescence effects of p-cresol on mesenchymal stem cells. We found that by inducing phosphorylation of Akt and activating the Akt signaling pathway, melatonin enhanced catalase activity and thereby inhibited the accumulation of reactive oxygen species induced by p-cresol in mesenchymal stem cells, ultimately preventing abnormal activation of autophagy. Furthermore, preincubation with melatonin counteracted other pro-senescence changes caused by p-cresol, such as the increase in total 5'-AMP-activated protein kinase expression and decrease in the level of phosphorylated mechanistic target of rapamycin. Ultimately, we discovered that melatonin restored the expression of senescence marker protein 30, which is normally suppressed because of the induction of the autophagy pathway in chronic kidney failure patients by p-cresol. Our findings suggest that stem cell senescence in patients with chronic kidney failure could be potentially rescued by the administration of melatonin, which grants this hormone a novel therapeutic role.
Some phytoestrogens in soy and red wine, for example, might have beneficiary rather than adverse effects. In particular, dietary soy intake seems to be highly correlated with protection of breast cancer, osteoporosis and cardiovascular disorders. However, questions persist on the potential adverse effects of the main soy constituent genistein (GS) on female reproductive physiology. Previously we found that prepubertal exposure to GS could activate the reproductive system of immature female rats leading to precocious puberty onset, and intracerebroventricularly (ICV) injected GS could directly activate hypothalamic kisspeptin-GnRH neuronal circuits in adult female rats. The present study was performed to examine the hypothalamus-specific GS effects in prepubertal female rats and which subtype of estrogen receptor is mediated in this GS effect. Prepubertal female rats (PND 30) were anaesthetized, treated with single dose of GS (3.4 ${\mu}g$/animal), and sacrificed at 2 hrs post-injection. To determine the transcriptional changes of reproductive hormone-related genes in hypothalamus, total RNAs were extracted and applied to the semi-quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). ICV infusion of GS significantly lowered the transcriptional activities of mTOR (1:$0.361{\pm}0.058$ AU, p<0.001) but increased that of GAD67 (1:$1.285{\pm}0.099$ AU, p<0.05), which are known to act as an upstream modulator of kisspeptin and GnRH neuronal activities in the hypothalamus, respectively. GS administration enhanced significantly the mRNA levels of KiSS-1(1:$1.458{\pm}0.078$ AU, p<0.001), and exerted no effect on the mRNA level of kisspeptin receptor GPR-54 (1:$1.29{\pm}0.08$ AU). GnRH gene expression was significantly decreased in GS-treated group compared to control group (1:$0.379{\pm}0.196$ AU, p<0.05). There was no difference in the mRNA level of $ER{\alpha}$ in the GS-treated group compare to control group (1:$1.180{\pm}0.390$ AU, Fig. 3A). However, icv infusion of GS significantly increased the transcriptional activities of $ER{\beta}$ (1:$4.209{\pm}0.796$ AU, p<0.01, Fig. 3B). Taken together, the present study indicated that the acute exposure to GS could directly alter the hypothalamic GnRH modulating system in prepubertal female rats. Our study strongly suggested the involvement of $ER{\beta}$ pathway in GS's hypothalamus-specific action, and this idea is consistent with the GS's well-known $ER{\beta}$-mediated protective action in breast cancer.
Background: As a process of aging, skeletal muscle mass and function gradually decrease. It is reported that ginsenoside Rb1 and Rb2 play a role as AMP-activated protein kinase activator, resulting in regulating glucose homeostasis, and Rb1 reduces oxidative stress in aged skeletal muscles through activating the phosphatidylinositol 3-kinase/Akt/Nrf2 pathway. We examined the effects of Rb1 and Rb2 on differentiation of the muscle stem cells and myotube formation. Methods: C2C12 myoblasts treated with Rb1 and/or Rb2 were differentiated and induced to myotube formation, followed by immunoblotting for myogenic marker proteins, such as myosin heavy chain, MyoD, and myogenin, or immunostaining for myosin heavy chain or immunoprecipitation analysis for heterodimerization of MyoD/E-proteins. Results: Rb1 and Rb2 enhanced myoblast differentiation through accelerating MyoD/E-protein heterodimerization and increased myotube hypertrophy, accompanied by activation of Akt/mammalian target of rapamycin signaling. In addition, Rb1 and Rb2 induced the MyoD-mediated transdifferentiation of the rhabdomyosarcoma cells into myoblasts. Furthermore, co-treatment with Rb1 and Rb2 had synergistically enhanced myoblast differentiation through Akt activation. Conclusion: Rb1 and Rb2 upregulate myotube growth and myogenic differentiation through activating Akt/mammalian target of rapamycin signaling and inducing myogenic conversion of fibroblasts. Thus, our first finding indicates that Rb1 and Rb2 have strong potential as a helpful remedy to prevent and treat muscle atrophy, such as age-related muscular dystrophy.
Natural products are attractive as the source of new drug development. Especially, numerous unknown marine bioresources are an object of attention because the ocean occupies three fourth of the earth. Survival of marine bioresources in extreme environment may induce the production of biological active compounds. As previous study, we examined over 40 specimens of marine sponges collected from Micronesia and screened their anti-proliferative activities in various cancer cell lines. Among them, we investigated Coscinoderma sp.'s activity and mechanism in human colon carcinoma HCT116 and RKO cells. Furthermore, we also used the p53-knockout of HCT116 cells and the p53 loss of RKO cells for elucidating the role of p53. Coscinoderma sp. inhibited cellular viability independently of the p53 status. Therefore, we compared the expression level of cell death-related proteins by Coscinoderma sp. in HCT16 and in HCT116 p53KO cells. Coscinoderma sp. increased p53 level and NOXA levels and induced apoptosis under the condition of p53 existence. On the other hand, Coscinoderma sp. increased p21 and mTOR levels in HCT116 p53KO cells. These results suggest that Coscinoderma sp. induced anti-proliferation effect through different pathway depending on p53 status.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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