Mitochondria and endoplasmic reticulum (ER) are essential organelles in eukaryotic cells, which play key roles in various biological pathways. Mitochondria are responsible for ATP production, maintenance of $Ca^{2+}$ homeostasis and regulation of apoptosis, while ER is involved in protein folding, lipid metabolism as well as $Ca^{2+}$ homeostasis. These organelles have their own functions, but they also communicate via mitochondrial-associated ER membrane (MAM) to provide another level of regulations in energy production, lipid process, $Ca^{2+}$ buffering, and apoptosis. Hence, defects in MAM alter cell survival and death. Here, we review components forming the molecular junctions of MAM and how MAM regulates cellular functions. Furthermore, we discuss the effects of impaired ER-mitochondrial communication in various neurodegenerative diseases.
So, Kum-Kang;Ko, Yo-Han;Chun, Jeesun;Kim, Jung-Mi;Kim, Dae-Hyuk
한국균학회소식:학술대회논문집
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2018.05a
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pp.11-11
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2018
Cryphonectria parasitica, chestnut blight fungus, has a characteristic of decreasing pathogenicity when infected with Cryphonectria hypovirus 1. C. parasitica is known to be one of the most representative model systems used to observe the interaction between viruses, plants and fungi. The mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway, which is well conserved in various organisms ranging from yeast to humans, functions in relaying phosphorylation-dependent signals within MAPK cascades to diverse cellular functions involved in the regulation of pheromone, cell wall integrity, and osmotolerance in filamentous fungi. Several genes in the MAPK pathway were revealed to be regulated by hypovirus, or to be involved in pathogenicity in C. parasitica. Among these pathways, the CWI pathway has aroused interest because CpBck1, an ortholog of yeast Bck1 (a CWI MAPKKK), was previously reported to be involved in cell wall integrity and sectorization. Interestingly, sporadic sectorization was observed in the CpBck1 mutant and sectored phenotypes were stably inherited in the progeny that were successively transferred from sectored mycelia. In this study, we analyzed the biological function of CpSlt2, downstream gene of CpBck1, to confirm whether the sectorization phenomenon occurred in the specific single gene or cell wall integrity (CWI) pathway. As results, the CpSlt2-null mutant exhibited marked changes in colonial growth, near absence of conidiation and aerial hyphae, abnormal pigmentation, CWI-related phenotypic defects, and dramatically impaired virulence. As cultivation of the mutant strains progressed, the majority of the colonies showed sporadic sectorization and mycelia from the sectored area stably maintained the sectored phenotype. These results suggest that the unique sectorization is CWI pathway-specific, though the components in the same CWI pathway have common and specific functions.
Exosomes serve important functions in cell-to-cell communication and biological functions by serving as a delivery cargo shuttle for various molecules. The application of an improved delivery method for microRNAs (miRNAs/miRs) may enhance their potential as a therapeutic tool in cardiac diseases. Thus, the present study investigated whether human peripheral blood-derived exosomes may be used as a delivery cargo system for miRNAs, and whether the delivery of miR-21 using a human peripheral blood derived-exosome may influence the degree of remodeling following myocardial infarction (MI). In H9C2 and HL-1 cells, miR-21 expression was successfully regulated by treatment with human peripheral blood derived-exosomes loaded with an miR-21 mimic or inhibitor compared with untreated cells. In addition, the mRNA and protein expression levels of SMAD family member 7 (Smad7), phosphatase and tensin homolog (PTEN) and matrix metalloproteinase 2 (MMP2), which are involved in cardiac fibrosis, were associated with the uptake of miR-21 mimic- or inhibitor-loaded exosomes. Similarly, the in vivo mRNA and protein expression of Smad7, PTEN and MMP2 were altered following treatment with miR-21 mimic- or inhibitor-loaded exosomes. Furthermore, miR-21 mimic-loaded exosomes enhanced fibrosis, whereas miR-21 inhibitor-loaded exosomes reduced fibrosis in a mouse MI model. These results suggested that miRNA-loaded human peripheral blood derived-exosomes may be used as a therapeutic tool for cardiac diseases.
Lee, Yong Yook;Seo, Hwi Won;Kyung, Jong-Su;Hyun, Sun Hee;Han, Byung Cheol;Park, Songhee;So, Seung Ho;Lee, Seung Ho;Yi, Eugene C.
Journal of Ginseng Research
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v.43
no.4
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pp.666-675
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2019
Background: Korean Red Ginseng (KRG) has been widely used as an herbal medicine to normalize and strengthen body functions. Although many researchers have focused on the biological effects of KRG, more studies on the action mechanism of red ginseng are still needed. Previously, we investigated the proteomic changes of the rat spleen while searching for molecular signatures and the action mechanism of KRG. The proteomic analysis revealed that differentially expressed proteins (DEPs) were involved in the increased immune response and phagocytosis. The aim of this study was to evaluate the biological activities of KRG, especially the immune-enhancing response of KRG. Methods: Rats were divided into 4 groups: 0 (control group), 500, 1000, and 2000 mg/kg administration of KRG powder for 6 weeks, respectively. Isobaric tags for relative and absolute quantitation was performed with Q-Exactive LC-MS/MS to compare associated proteins between the groups. The putative DEPs were identified by a current UniProt rat protein database search and by the Gene Ontology annotations. Results: The DEPs appear to increase the innate and acquired immunity as well as immune cell movement. These results suggest that KRG can stimulate immune responses. This analysis refined our targets of interest to include the potential functions of KRG. Furthermore, we validated the potential molecular targets of the functions, representatively LCN2, CRAMP, and HLA-DQB1, by Western blotting. Conclusion: These results may provide molecular signature candidates to elucidate the mechanisms of the immune response by KRG. Here, we demonstrate a strategy of tissue proteomics for the discovery of the molecular function of KRG.
Host defense peptides are expressed in various immune cells, including phagocytic cells and epithelial cells. These peptides selectively alter innate immune pathways in response to infections by pathogens, such as bacteria, fungi, and viruses, and modify the subsequent adaptive immune environment. Consequently, they play a wide range of roles in both innate and adaptive immune responses. These peptides are of increasing importance due to their broad-spectrum antimicrobial activity and their functions as mediators linking innate and adaptive immune responses. This review focuses on the pleiotropic biological functions and related mechanisms of action of human host defense peptides and discusses their potential clinical applications.
Macrophages residing in various tissue types are unique in terms of their anatomical locations, ontogenies, developmental pathways, gene expression patterns, and immunological functions. Alveolar macrophages (AMs) reside in the alveolar lumen of the lungs and serve as the first line of defense for the respiratory tract. The immunological functions of AMs are implicated in the pathogenesis of various pulmonary diseases such as allergic asthma, chronic obstructive pulmonary disorder (COPD), pulmonary alveolar proteinosis (PAP), viral infection, and bacterial infection. Thus, the molecular mechanisms driving the development and function of AMs have been extensively investigated. In this review article, we discuss the roles of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF) and transforming growth factor (TGF)-β in AM development, and provide an overview of the anti-inflammatory and pro-inflammatory functions of AMs in various contexts. Notably, we examine the relationships between the metabolic status of AMs and their development processes and functions. We hope that this review will provide new information and insight into AM development and function.
Kim, Woosuk;Kim, Ji Hyeon;Kong, Sun-Young;Park, Min-Hye;Sohn, Uy Dong;Kim, Hyun-Jung
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.17
no.1
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pp.23-30
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2013
Neural stem cells (NSCs) have the ability to proliferate and differentiate into various types of cells that compose the nervous system. To study functions of genes in stem cell biology, genes or siRNAs need to be transfected. However, it is difficult to transfect ectopic genes into NSCs. Thus to identify the suitable method to achieve high transfection efficiency, we compared lipid transfection, electroporation, nucleofection and retroviral transduction. Among the methods that we tested, we found that nucleofection and retroviral transduction showed significantly increased transfection efficiency. In addition, with retroviral transduction of Ngn2 that is known to induce neurogenesis in various types of cells, we observed facilitated final cell division in rat NSCs. These data suggest that nucleofection and retroviral transduction provide high efficiency of gene delivery system to study functions of genes in rat NSCs.
Although the short isoform of ErbB3-binding protein 1 (Ebp1), p42 has been considered to be a potent tumor suppressor in a number of human cancers, whether p42 suppresses tumorigenesis of lung cancer cells has never been clarified. In the current study we investigated the tumor suppressor role of p42 in non-small cell lung cancer cells. Our data suggest that the expression level of p42 is inversely correlated with the cancerous properties of NSCLC cells and that ectopic expression of p42 is sufficient to inhibit cell proliferation, anchorage-independent growth, and invasion as well as tumor growth in vivo. Interestingly, p42 suppresses Akt activation and overexpression of a constitutively active form of Akt restores the tumorigenic activity of A549 cells that is ablated by exogenous p42 expression. Thus, we propose that p42 Ebp1 functions as a potent tumor suppressor of NSCLC through interruption of Akt signaling.
Inducible and reversible gene silencing in desired types of cells is instrumental for deciphering gene functions using cultured cells or in vivo models. However, efficient conditional gene knockdown systems remain to be established. Here, we report the generation of an inducible expression system for short hairpin RNA (shRNA) targeted to PTEN, a well-documented dual-specificity phosphatase involved in tumor suppression and ontogenesis. Upon induction by doxycycline (DOX), the reverse tetracycline transcriptional activator (rtTA) switched on the concomitant expression of GFP and a miR-30 precursor, the subsequent processing of which released the embedded PTEN-targeted shRNA. The efficacy and reversibility of PTEN knockdown by this construct was validated in normal and neoplastic cells, in which PTEN deficiency resulted in accelerated cell proliferation, suppressed apoptosis, and increased invasiveness. Transgenic mice harboring the conditional shRNA-expression cassette were obtained; GFP expression and concurrent PTEN silencing were observed upon ectopic expression of rtTA and induction with Dox. Therefore, this study provides novel tools for the precise dissection of PTEN functions and the generation of PTEN loss of function models in specific subsets of cells during carcinogenesis and ontogenesis.
Rahul Mahadev Shelake;Dibyajyoti Pramanik;Jae-Yean Kim
BMB Reports
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v.57
no.1
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pp.30-39
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2024
Directed evolution (DE) of desired locus by targeted random mutagenesis (TRM) tools is a powerful approach for generating genetic variations with novel or improved functions, particularly in complex genomes. TRM-based DE involves developing a mutant library of targeted DNA sequences and screening the variants for the desired properties. However, DE methods have for a long time been confined to bacteria and yeasts. Lately, CRISPR/Cas and DNA deaminase-based tools that circumvent enduring barriers such as longer life cycle, small library sizes, and low mutation rates have been developed to facilitate DE in native genetic environments of multicellular organisms. Notably, deaminase-based base editing-TRM (BE-TRM) tools have greatly expanded the scope and efficiency of DE schemes by enabling base substitutions and randomization of targeted DNA sequences. BE-TRM tools provide a robust platform for the continuous molecular evolution of desired proteins, metabolic pathway engineering, creation of a mutant library of desired locus to evolve novel functions, and other applications, such as predicting mutants conferring antibiotic resistance. This review provides timely updates on the recent advances in BE-TRM tools for DE, their applications in biology, and future directions for further improvements.
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