The aerial part of Artemisia iwayomogi Kitamura has traditionally been used for inflammation, infectious disease, cancer, pyretic, diuretic, liver protective effect, and choleretic purposes in Korea. We investigated that the essential oil induces apoptosis in KB cell as evidenced by Hoechst-33258 dye staining, flow cytometry (cell cycles), and DNA fragmentation for nuclear condensation and Western blotting for activation of caspases-3, -8, -9, Bax, Bcl-2, cytochrome c, and poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) cleavage. In the present study, we found that the essential oil could induce apoptosis in KB cells, as characterized by DNA fragmentation, activation of caspase-3, -8, and -9, and PARP cleavage. The efficacious induction of apoptosis was observed as a dose-dependent. The essential oil-induced apoptotic cell death was accompanied by up-regulation of Bax and down-regulation of Bcl-2. The essential oil also caused the loss of mitochondrial membrane potential and cytochrome c release from mitochondria to cytosol. These findings indicate that mitochondrial pathways might be involved in the essential oil-induced apoptosis and enhance our understanding of the anticancer function of the essential oil in herbal medicine.
Parkinson's disease (PD) is one of the most common neurodegenerative diseases in the elderly population and is caused by the loss of dopaminergic neurons. PD has been predominantly attributed to mitochondrial dysfunction. The structural alteration of α-synuclein triggers toxic oligomer formation in the neurons, which greatly contributes to PD. In this article, we discuss the role of several familial PD-related proteins, such as α-synuclein, DJ-1, LRRK2, PINK1, and parkin in mitophagy, which entails a selective degradation of mitochondria via autophagy. Defective changes in mitochondrial dynamics and their biochemical and functional interaction induce the formation of toxic α-synuclein-containing protein aggregates in PD. In addition, these gene products play an essential role in ubiquitin proteasome system (UPS)-mediated proteolysis as well as mitophagy. Interestingly, a few deubiquitinating enzymes (DUBs) additionally modulate these two pathways negatively or positively. Based on these findings, we summarize the close relationship between several DUBs and the precise modulation of mitophagy. For example, the USP8, USP10, and USP15, among many DUBs are reported to specifically regulate the K48- or K63-linked de-ubiquitination reactions of several target proteins associated with the mitophagic process, in turn upregulating the mitophagy and protecting neuronal cells from α-synuclein-derived toxicity. In contrast, USP30 inhibits mitophagy by opposing parkin-mediated ubiquitination of target proteins. Furthermore, the association between these changes and PD pathogenesis will be discussed. Taken together, although the functional roles of several PD-related genes have yet to be fully understood, they are substantially associated with mitochondrial quality control as well as UPS. Therefore, a better understanding of their relationship provides valuable therapeutic clues for appropriate management strategies.
soybean hypocotyl에서 분리한 미토콘드리아로부터 submitochondrial particles와 matrix 단백질 추출액을 준비하고 전기분해법으로 제조한 superoxide를 처리하여 malate dehydrogenase 및 cytochrome C oxidase의 불활성화와 mitochondrial membrane의 과산화를 각각 조사하였다. 막에 결합되어 있는 cytochrome C oxidase나 수용액상태의 malate dehydrogenas는 모두 $O^{-}_{2}$에 대해 매우 민감하게 불활성화되었다. 즉 dismutation 반응이 빠르게 진행되어 실질적으로 효소의 불활성화에 기여하게 될 농도는 대단히 낮을 것으로 추정되는 $O^{-}_{2}$의 명목상 처리농도 1.4mM 전후에서 두 효소는 그 활성을 완전히 상실하였다. 한편 malondialdehyde의 생성을 지표로 하여 측정된 membrane 과산화는 인지질로서만 이루어진 liposome의 경우보다는 다소 낮은 수준이었으나 무시할 수는 없는 정도였다. mitochondrial membrane의 과산화가 상대적으로 억제된 것은 막에 결합되어 있는 항산화제 및 단백질들에 의한 $O^{-}_{2}$소거효과에 기인하였으리라 해석된다. 식물 미토콘드리아의 대표적인 대사과정인 TCA cycle과 호흡전자전달반응의 성분효소들인 malate dehydrogenase와 cytochrome C oxidase가 불활성화되었고 membrane이 과산화 되었다는 사실은, 식물의 냉해와 광피해 발현기작에서 공히공통적인 화학적 인자로 인정되는 $O^{-}_{2}$의 과잉생성 및 축적이 그것의 주 생성처인 미토콘드리아의 생화학적 기능과 구조에 미칠수 있는 파괴적 효과를 적절히 지시하는 것이다.
The exact causes of cell death in Parkinson's disease (PD) remain unknown despite extensive studies on PD.The identification of signaling and metabolic pathways involved in PD might provide insight into the molecular mechanisms underlying PD. The neurotoxin 1-methyl-4-phenylpyridinium ($MPP^+$) induces cellular changes characteristic of PD, and $MPP^+$-based models have been extensively used for PD studies. In this study, pathways that were significantly perturbed in $MPP^+$-treated human neuroblastoma SH-EP cells were identified from genome-wide gene expression data for five time points (1.5, 3, 9, 12, and 24 h) after treatment. The mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway and endoplasmic reticulum (ER) protein processing pathway showed significant perturbation at all time points. Perturbation of each of these pathways resulted in the common outcome of upregulation of DNA-damage-inducible transcript 3 (DDIT3). Genes involved in ER protein processing pathway included ubiquitin ligase complex genes and ER-associated degradation (ERAD)-related genes. Additionally, overexpression of DDIT3 might induce oxidative stress via glutathione depletion as a result of overexpression of CHAC1. This study suggests that upregulation of DDIT3 caused by perturbation of the MAPK signaling pathway and ER protein processing pathway might play a key role in $MPP^+$-induced neuronal cell death. Moreover, the toxicity signal of $MPP^+$ resulting from mitochondrial dysfunction through inhibition of complex I of the electron transport chain might feed back to the mitochondria via ER stress. This positive feedback could contribute to amplification of the death signal induced by $MPP^+$.
Background: Oxidized low-density lipoprotein (ox-LDL) causes vascular endothelial cell inflammatory response and apoptosis and plays an important role in the development and progression of atherosclerosis. Ginsenoside compound K (CK), a metabolite produced by the hydrolysis of ginsenoside Rb1, possesses strong anti-inflammatory effects. However, whether or not CK protects ox-LDL-damaged endothelial cells and the potential mechanisms have not been elucidated. Methods: In our study, cell viability was tested using a 3-(4, 5-dimethylthiazol-2yl-)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) assay. Expression levels of interleukin-6, monocyte chemoattractant protein-1, tumor necrosis factor-${\alpha}$, intercellular adhesion molecule-1, and vascular cell adhesion molecule-1 were determined by enzyme-linked immunosorbent assay and Western blotting. Mitochondrial membrane potential (${\Delta}{\Psi}m$) was detected using JC-1. The cell apoptotic percentage was measured by the Annexin V/ propidium iodide (PI) assay, lactate dehydrogenase, and caspase-3 expression. Apoptosis-related proteins, nuclear factor $(NF)-{\kappa}B$, and mitogen-activated protein kinases (MAPK) signaling pathways protein expression were quantified by Western blotting. Results: Our results demonstrated that CK could ameliorate ox-LDL-induced human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) inflammation and apoptosis, $NF-{\kappa}B$ nuclear translocation, and the phosphorylation of p38 and c-Jun N-terminal kinase (JNK). Moreover, anisomycin, an activator of p38 and JNK, significantly abolished the anti-apoptotic effects of CK. Conclusion: These results demonstrate that CK prevents ox-LDL-induced HUVECs inflammation and apoptosis through inhibiting the $NF-{\kappa}B$, p38, and JNK MAPK signaling pathways. Thus, CK is a candidate drug for atherosclerosis treatment.
The major pathological lesion in Parkinson's disease(PD) is selective degeneration and loss of pigmented dopaminergic neurons in substantia nigra (SN). Although the initial cause and subsequent molecular signaling mechanisms leading to the dopaminergic cell death underlying the PD process is elusive, the potent neurotrophic factors (NTFs), brain derived neurotrophic factor (BDNF) and glial cell line derived neurotrophic factor (GDNF), are known to exert dopaminergic neuroprotection both in vivo and in vitro models of PD employing the neurotoxin, MPTP. BDNF and its receptor, trkB are expressed in SN dopaminergic neurons and their innervation target. Thus, neurotrophins may have autocrine, paracrine and retrograde transport effects on the SN dopaminergic neurons. This study determined the BDNF secretion from SN dopaminergic neurons by ELISA. Regulation of BDNF synthesis/release and changes in signaling pathways are monitored in the presence of free radical donor, NO donor and mitochondrial inhibitors. Also, this study shows that BDNF is able to promote survival and phenotypic differentiation of SN dopaminergic neurons in culture and protect them against MPTP-induced neurotoxicity via MAP kinase pathway.
Belozersk, Tatyana A.;Potapova, Tatyana V.;Isakova, Elena P.;Shurubor, Eugene I.;Savel'eva, Ludmila V.;Zvyagilskaya, Renata A.
Journal of Microbiology
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제41권1호
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pp.41-45
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2003
N crassa mutant strain nap showed reduced growth rate, decreased electric membrane potential, and elevated intracellular ATP content in comparison to the wild type. Blue light induced a hyperpolarization of the membrane potential in both strains. The analysis of oxidative and phosphorylation activities of mitochondria isolated from the two strains has revealed that nap utilized more efficient oxidative pathways. The higher intracellular ATP content in the nap was presumably due to impaired transport systems of the plasma membrane, and to a lesser extent to the functioning of the fully competent respiratory chain. The excess ATP possibly accounts for carotenoid accumulation in the mutant.
Park, Won-Seok;Eom, Dae-Seok;Han, Baek-S.;Oh, Young-J.
대한약학회:학술대회논문집
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대한약학회 2003년도 Proceedings of the Convention of the Pharmaceutical Society of Korea Vol.2-1
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pp.108-111
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2003
Parkinson's disease (PD) is a common neurodegenerative disorder characterized by a progressive loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra. While its precise etiology is unknown, such factors as oxidative stress, impairment of mitochondrial respiration, excitotoxicity and inflammation may play roles in its pathogenesis. Although the role of apoptosis in the process of dopaminergic neuronal death has been highlighted in studies using postmortem brains and experimental models of PD, other evidence implicates both apoptosis and non-apoptotic death in PD. (omitted)
Skeletal muscle metabolism regulates homeostatic balance in animals. The metabolic impact persists even after farm animal skeletal muscle is converted to edible meat through postmortem rigor mortis and aging. Muscle metabolites resulting from animal growth and postmortem storage have a significant impact on meat quality, including flavor and color. Metabolomics studies of postmortem muscle aging have identified metabolisms that contain signatures inherent to muscle properties and the altered metabolites by physiological adaptation, with glycolysis as the pivotal metabolism in postmortem aging. Metabolomics has also played a role in mining relevant postmortem metabolisms and pathways, such as the citrate cycle and mitochondrial metabolism. This leads to a deeper understanding of the mechanisms underlying the generation of key compounds that are associated with meat quality. Genetic background, feeding strategy, and muscle type primarily determine skeletal muscle properties in live animals and affect post-mortem muscle metabolism. With comprehensive metabolite detection, metabolomics is also beneficial for exploring biomarker candidates that could be useful to monitor meat production and predict the quality traits. The present review focuses on advances in farm animal muscle metabolomics, especially postmortem muscle metabolism associated with genetic factors and muscle type.
Endothelial cells (EC) are the anatomical boundaries between the intravascular and extravascular space. Damage to ECs is catastrophic and induces endothelial cell dysfunction. The pathogenesis is multifactorial and involves dysregulation in the signaling pathways, membrane lipids ratio disturbance, cell-cell adhesion disturbance, unfolded protein response, lysosomal and mitochondrial stress, autophagy dysregulation, and oxidative stress. Autophagy is a lysosomal-dependent turnover of intracellular components. Autophagy was recognized early in the pathogenesis of endothelial dysfunction. Autophagy is a remarkable patho (physiological) process in the cell homeostasis regulation including EC. Regulation of autophagy rate is disease-dependent and impaired with aging. Up-regulation of autophagy induces endothelial cell regeneration/differentiation and improves the function of impaired ones. The paper scrutinizes the molecular mechanisms and triggers of EC dysregulation and current perspectives for future therapeutic strategies by autophagy targeting.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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