Background: Massive rotator cuff tears (RCTs) are complicated by muscle atrophy, fibrosis, and intramuscular fatty degeneration, which are associated with postoperative tendon-to-bone healing failure and poor clinical outcomes. We evaluated muscle and enthesis changes in large tears with or without suprascapular nerve (SN) injury in a rat model. Methods: Sixty-two adult Sprague-Dawley rats were divided into SN injury (+) and SN injury (-) groups (n=31 each), comprising tendon (supraspinatus [SSP]/infraspinatus [ISP]) and nerve resection and tendon resection only cases, respectively. Muscle weight measurement, histological evaluation, and biomechanical testing were performed 4, 8, and 12 weeks postoperatively. Ultrastructural analysis with block face imaging was performed 8 weeks postoperatively. Results: SSP/ISP muscles in the SN injury (+) group appeared atrophic, with increased fatty tissue and decreased muscle weight, compared to those in the control and SN injury (-) groups. Immunoreactivity was only positive in the SN injury (+) group. Myofibril arrangement irregularity and mitochondrial swelling severity, along with number of fatty cells, were higher in the SN injury (+) group than in the SN injury (-) group. The bone-tendon junction enthesis was firm in the SN injury (-) group; this was atrophic and thinner in the SN injury (+) group, with decreased cell density and immature fibrocartilage. Mechanically, the tendon-bone insertion was significantly weaker in the SN injury (+) group than in the control and SN injury (+) groups. Conclusions: In clinical settings, SN injury may cause severe fatty changes and inhibition of postoperative tendon healing in large RCTs. Level of evidence: Level Basic research, controlled laboratory study.
Correlations between mitochondrial respiration, glycolysis activity and overall growth activity of rice (Oryza sativa: cv. Dasan) seedlings during low temperature exposure were studied in order to provide insights into the underlying mechanism for the primary phase of chilling injury in plants. Among cellular membranes involved in energy metabolism, only the mitochondrial inner membrane showed not only physical phase transition at ca. $13^{\circ}C$, as monitored by ESR spin label, but also functional phase transition at the same temperature, as assessed by cytochrome c oxidase activity. The main regulatory enzyme of glycolysis, phosphofructokinase, in situ did not suffer phase transition of its activity at least in the $4{\sim}27^{\circ}C$ range. Low temperature caused a significant accumulation of glucose 6-phosphate (G6P) and fructose 6-phosphate (F6P), which disappeared almost completely on rewarming of the seedlings. Temperature profiles of the steady state levels of G6P and F6P revealed the inflection point appearing at around phase transition temperature of the mitochondrial membrane. The results conform to our previous proposition on the mechanism for the early stage events of chilling injury that the accumulation of glycolytic metabolites in cells due to metabolic imbalance at low temperature gives rise to an excess supply of electrons during rewarming period, which, in turn, results in overproduction of active oxygen in mitochondria.
Objectives : Oxidative stress can induce negative responses such as growth inhibition or cell death by necrosis or apoptosis due to the intensity of the oxidative stress, as well as positive responses such as cellular proliferation or activation. We examined the effect of Jihwangeumja on this process. Methods and Results : We analyzed the influence of oxidative stress and agents that modify its effect in human umbilical vein endothelial cell (HUVEC). Oxidative stress was induced by $B_2O_2$. With induced oxidative stress the results obtained indicate that it has a harmful effect over cell function and viability, and that this effect is dose and time dependent. When oxidative stress increased, Jihwangeumja reduced cell damage and had protective functions. $B_2O_2$, induced the apoptosis of HUVEC through the activation of intrinsic caspases pathway as well as mitochondrial dysfunction. A significant increase in cell survival was observed in culture cells with oxidative stress when they were treated with Jihwangeumja. Conclusions : These results suggest that Jihwangeumja may be potentially useful to treat HUVEC against oxidative damages mediated by modulation of caspase protease and mitochondrial dysfunction.
N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors have received considerable attention regarding their involvement in glutamate-induced neuronal excitotoxicity. Resveratrol has been shown to exhibit neuroprotective effects against this kind of overactivation, but the underlying cellular mechanisms are not yet clearly understood. In this study, HT-22 neuronal cells were treated with NMDA in Mg2+-free buffer and subsequently used as an experimental model of glutamate excitotoxicity to elucidate the mechanisms of resveratrol-induced neuroprotection. We found that NMDA treatment causes a drop in MTT reduction ability, disrupts inside-negative transmembrane potential of mitochondria, depletes cellular ATP levels, and stimulates intracellular ROS production. Double fluorescence imaging studies demonstrated an increased formation of mitochondrial permeability transition (MPT) pores accompanied by apoptotic cell death, while cobalt protoporphyrin and bilirubin showed protective effects against NMDA-induced mitochondrial injury. On the other hand, zinc protoporphyrin IX significantly attenuated the protective effects of resveratrol which was itself shown to enhance heme oxygenase-1 (HO-1) mRNA and protein expression levels. In cells transfected with HO-1 small interfering RNA, resveratrol failed to suppress the NMDA-induced effects on MTT reduction ability and MPT pore formation. The present study suggests that resveratrol may prevent mitochondrial injury in NMDA- treated HT-22 cells and that enhanced expression of HO-1 is involved in the underlying cellular mechanism.
Protective effect of superoxide dismutase[SOD] and substrates on acute ischemic and reperfused myocardium was assessed by cardiac microdialysis. 30 Rabbits were divided into 4 groups; normal control group [group I, n=5], ischemic group [group II, n=5], SOD treated group [group III, n=10], and substrates treated group [group IV, n=10]. After a microdialysis apparatus was implanted in rabbit myocardium, coronary artery was occuluded for 5 minutes and reperfusion was performed for 30 minutes. Hemodynamic changes, CK-MB isoenzyme level and adenine ring compound level in effluent dialysates [equilibrated with interstitial fluid], and ultrastructural changes of myocardial cell were analysed. Systolic blood pressure at 10 and 30 minutes after reperfusion was higher in group III and IV than in group II [p<.05]. Also percent recovery of systolic blood pressure in group III [p<.01] and IV [p<.02] was higher than in group II. CK-MB isoenzyme level in effluent dialysates was peaked at 10 minutes after reperfusion, thereafter decreased in group II, III and IV. At 30 minutes after reperfusion, its level was lower in group III and IV than in group II[p<.05]. Adenine ring compound level in effluent dialysates increased till 10 minutes after reperfusion and progressively decreased. At 10 and 30 minutes after reperfusion, its level was lower in group III and IV than in group II without significance. Degree of myocardial damage was estimated by scoring of mitochondrial injury. Group I was within normal range and most severe injury was seen in group II. And the score of mitochondrial injury in group III and IV was lower than in group II. In conclusion, SOD and substrates[KMP solution] had protective effect on stunned myocardium. The microdialysis appratus was a good device for studying stunned myocardium, and cardiac microdialysis might be a unique technique for analysis of regional intramyocardial interstitial fluid.
Apoptotic cell death, characterized by DNA fragmentation and morphological changes, has previously been shown to occur in vascular endothelial cells cultured with hydrogen peroxide. The present study examined the induction of apoptosis by hydrogen peroxide and whether pyruvate, a key glycolytic intermediate and $\alpha$-keto-monocarboxylate, can inhibit the apoptotic effects in bovine pulmonary artery endothelial cells(BPAECs). Culture with 500uM hydrogen peroxide resulted in 30% cell death and induced morphological changes and DNA fragmentation. Cell injury was inhibited by the treatment with pyruvate. Pyruvate(0.1-5.0mM), and cell viability increased in a dose-dependent manner. In the presence of pyruvate(10~20mM), the viability was improved to over 95%. In contrast, treatment with lactate, a reduced form of phyuvate, did not protect against cell death oxidative stress-induced loss of viability and apoptosis was examined with $\alpha$-cyano-3-hydroxycinnarmate(COHC) as a selective mitochondrial monocarboxylate transport blocker. Incubation with COHC(500uM) did not significantly affect cell viability in the presence of hydrogen peroxide. The cytoprotection by pyruvate(3mM)against hydrogen peroxide stress was abolished by COHC. This indicates that the cytoprotection by pyruvate against oxidative stress in endothelial cells is mediated, at least in part, by mitochondrial pyruvate uptake and hence endothelial enerygetics. However, cytosolic mechanisms related, at least in part, by mitochondrial pyruvate uptake and hence endothelial energetics. However, cytosolic mechanisms related to the glutathione system may also contribute. The results suggest that pyruvate has therapeutic potential in the treatment of oxidative stress-induced cytotoxicity associated with increased apoptosis.
Chun, Sung Kook;Go, Kristina;Yang, Ming-Jim;Zendejas, Ivan;Behrns, Kevin E.;Kim, Jae-Sung
Toxicological Research
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v.32
no.1
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pp.35-46
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2016
No-flow ischemia occurs during cardiac arrest, hemorrhagic shock, liver resection and transplantation. Recovery of blood flow and normal physiological pH, however, irreversibly injures the liver and other tissues. Although the liver has the powerful machinery for mitochondrial quality control, a process called mitophagy, mitochondrial dysfunction and subsequent cell death occur after reperfusion. Growing evidence indicates that reperfusion impairs mitophagy, leading to mitochondrial dysfunction, defective oxidative phosphorylation, accumulation of toxic metabolites, energy loss and ultimately cell death. The importance of acetylation/deacetylation cycle in the mitochondria and mitophagy has recently gained attention. Emerging data suggest that sirtuins, enzymes deacetylating a variety of target proteins in cellular metabolism, survival and longevity, may also act as an autophagy modulator. This review highlights recent advances of our understanding of a mechanistic correlation between sirtuin 1, mitophagy and ischemic liver injury.
The molecular mechanism of ischemia/reperfusion injury remains unclear. Reactive oxygen species (ROS) are implicated in cell death caused by ischemia/reperfusion in vivo or hypoxia in vitro. Poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) activation has been reported to be involved in hydrogen peroxide-induced cell death in renal epithelial cells. This study was therefore undertaken to evaluate the role of P ARP activation in chemical hypoxia in opossum kidney (OK) cells. Chemical hypoxia was induced by incubating cells with antimycin A, an inhibitor of mitochondrial electron transport. Exposure of OK cells to chemical hypoxia resulted in a time-dependent cell death. In OK cells subjected to chemical hypoxia, the generation of ROS was increased, and this increase was prevented by the $H_2O_2$ scavenger catalase. Chemical hypoxia increased P ARP activity and chemical hypoxia-induced cell death was prevented by the inhibitor of PARP activation 3-aminobenzamide. Catalase prevented OK cell death induced by chemical hypoxia. $H_2O_2$ caused PARP activation and $H_2O_2-induced$ cell death was prevented by 3-aminobenzamide. Taken together, these results indicate that chemical hypoxia-induced cell injury is mediated by PARP activation through H202 generation in renal epithelial cells.
Intestinal epithelial cell (IEC) apoptosis induced by hypoxia compromise intestinal epithelium barrier function. Both Akt and Hsp90 have cytoprotective function. However, the specific role of Akt and $Hsp90{\beta}$ in IEC apoptosis induced by hypoxia has not been explored. We confirmed that hypoxia-induced apoptosis was reduced by $Hsp90{\beta}$ overexpression but enhanced by decreasing $Hsp90{\beta}$ expression. $Hsp90{\beta}$ overexpression enhanced BAD phosphorylation and thus reduced mitochondrial release of cytochrome C. Reducing $Hsp90{\beta}$ expression had opposite effects. The protective effect of $Hsp90{\beta}$ against apoptosis was negated by LY294002, an Akt inhibitor. Further study showed that Akt phosphorylation was enhanced by $Hsp90{\beta}$, which was not due to the activation of upstream PI3K and PDK1 but because of stabilization of pAkt via direct interaction between $Hsp90{\beta}$ and pAkt. These results demonstrate that $Hsp90{\beta}$ may play a significant role in protecting IECs from hypoxia-induced apoptosis via stabilizing pAkt to phosphorylate BAD and reduce cytochrome C release.
This review describes the neurophathological mechanisms that are implicated in perinatal brain injury. Perinatal brain injury is the most important cause of morbidity and mortality to infants, often leading to spastic motor deficits, mental retardation, seizures, and learning impairments. The immature brain injury is usually caused by cerebral hypoxia-ischemia, hemorrhage, or infection. The important form of perinatal brain injury is the hypoxic-ischemic injury and the cerebral hemorrhage. The pathology of hypoxic-ischemic injury include delayed energy failure by mitochondrial dysfunction, neuronal excitotoxicity and vulnerability of white matter in developing brain. The immature brain has the fragile vascular bed of germinal matrix and can not effectively centralize their circulation. Therefore, the cerebral hemorrhage process is considered to be involved in the periventricular leukomalacia.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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