Alzheimer's disease (AD) is a multifactorial neurodegenerative disease and has become a major socioeconomic issue in many developed countries. Currently available therapeutic agents for AD provide only symptomatic treatments, mainly because the complete mechanism of the AD pathogenesis is still unclear. Although several different hypotheses have been proposed, mitochondrial dysfunction has gathered interest because of its profound effect on brain bioenergetics and neuronal survival in the pathophysiology of AD. Various therapeutic agents targeting the mitochondrial pathways associated with AD have been developed over the past decade. Although most of these agents are still early in the clinical development process, they are used to restore mitochondrial function, which provides an alternative therapeutic strategy that is likely to slow the progression of the disease. In this mini review, we will survey the AD-related mitochondrial pathways and their small-molecule modulators that have therapeutic potential. We will focus on recently reported examples, and also overview the current challenges and future perspectives of ongoing research.
The ubiquitin-proteasome system (UPS) and autophagy are two major degradative pathways of proteins in eukaryotic cells. As about 30% of newly synthesized proteins are known to be misfolded under normal cell conditions, the precise and timely operation of the UPS and autophagy to remove them as well as their tightly controlled regulation, is so important for proper cell function and survival. In the UPS, target proteins are labeled by small proteins called ubiquitin, which are then transported to the proteasome complex for degradation. Alternatively, many greatly damaged proteins are believed to be delivered to the lysosome for autophagic degradation. Although these autophagy and UPS pathways have not been considered to be directly related, many recent studies proposed their close link and dynamic interconversion. In this review, we'll focus on the several regulatory molecules that function in both UPS and autophagy and their crosstalk. Among the proposed multiple modulators, we will take a closer look at the so-called main connector of UPS-autophagy regulation, p62. Last, the functional role of p62 in the mitophagy and its implication for the pathogenesis of Parkinson's disease, one of the major neurodegenerative diseases, will be briefly reviewed.
A cDNA clone for a wound- and pathogen-induced gene in Chinese cabbage (Brassica rapa subsp. pekinensis) was isolated and characterized. The cabbage gene, designated BrPR4, encodes a pathogenesis-related protein 4 (PR4) of 140 amino acids. The BrPR4 protein shows high similarity with wound-inducible antifungal proteins of tobacco, potato, barley, and wheat. The BrPR4 gene is locally induced by a nonhost pathogen, Pseudomonas syringae pv. tomato, that elicits a hypersensitive response in Chinese cabbage. Treatment of the cabbage leaves with benzothiadiazole (BTH), methyl jasmonate or ethephon showed that the BrPR4 gene expression is strongly induced by ethylene, but not by methyl jasmonate or BTH. The BrPR4 gene is also activated by wounding. Interestingly, however, the wound-inducible BrPR4 gene expression is repressed by salicylic acid or BTH, suggesting that there is cross-talk between salicylate-dependent and -independent signaling pathways.
Parkinson's disease (PD) is a neurodegenerative disease caused by selective degeneration of dopaminergic neurons in the substantia nigra. Mutations in ${\alpha}$-synuclein have been causally linked to the pathogenesis of hereditary PD. In addition, it is a major component of Lewy body found in the brains of sporadic cases as well. In the present study, we examined whether overexpression of wild type or PD-related mutant ${\alpha}$-synuclein induces unfolded protein response (UPR) and triggers the known signaling pathway of the resulting endoplasmic reticulum (ER) stress in SH-SY5Y cells. Overexpression of wild type, A30P, and A53T ${\alpha}$-synuclein all induced XBP-1 mRNA splicing, one of the late stage UPR events. However, activation of ER membrane kinases and upregulation of ER or cytoplsmic chaperones were not detected when ${\alpha}$-synuclein was overexpressed. However, basal level of cytoplsmic calcium was elevated in ${\alpha}$-synuclein-expressing cells. Our observation suggests that overexpression of ${\alpha}$-synuclein induces UPR independent of the known ER membrane kinase-mediated signaling pathway and induces ER stress by disturbing calcium homeostasis.
Severe acute respiratory syndrome-associated coronavirus (SARS-CoV), a distant member of the Group 2 coronaviruses, has recently been identified as the etiological agent of severe acute respiratory syndrome (SARS). The genome of SARS-CoV contains four structural genes that are homologous to genes found in other coronaviruses, as well as six subgroup-specific open reading frames (ORFs). ORF3 encodes a predicted 154-amino-acid protein that lacks similarity to any known protein, and is designated 3b in this article. We reported previously that SARS-CoV 3b is predominantly localized in the nucleolus, and induces G0/G1 arrest and apoptosis in transfected cells. In this study, we show that SARS-CoV 3b fused with EGFP at its N- or C- terminus co-localized with a mitochondriaspecific marker in some transfected cells. Mutation analysis of SARS-CoV 3b revealed that the domain spanning amino acids 80 to 138 was essential for its mitochondria localization. These results provide new directions for studies of the role of SARS-CoV 3b protein in SARS pathogenesis.
Song, Han;Hwang, Junghyun;Myung, Jaehee;Seo, Hyoseok;Yi, Hyojeong;Sim, Hee-Sun;Kim, Bong-Su;Nierman, William C.;Kim, Heenam Stanley
Molecules and Cells
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v.27
no.2
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pp.237-241
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2009
Pathogens Burkholderia pseudomallei (Bp) and Burkholderia mallei (Bm) contain a large number (> 12,000) of Simple Sequence Repeats (SSRs). To study the extent to which these features have contributed to the diversification of genes, we have conducted comparative studies with nineteen genomes of these bacteria. We found 210 genes with characteristic types of SSR variations. SSRs with nonamer repeat units were the most abundant, followed by hexamers and trimers. Amino acids with smaller and nonpolar R-groups are preferred to be encoded by the variant SSRs, perhaps due to their minimal impacts to protein functionality. A majority of these genes appears to code for surface or secreted proteins that may directly interact with the host factors during pathogenesis or other environmental factors. There also are others that encode diverse functions in the cytoplasm, and this protein variability may reflect an extensive involvement of phase variation in survival and adaptation of these pathogens.
Cardiomyocyte apoptosis is initiated by various cellular insults and accumulated cardiomyocyte apoptosis leads to the pathogenesis of heart failure. Excessive reactive oxygen species (ROS) provoke apoptotic cascades. Manganese superoxide dismutase (MnSOD) is an important antioxidant enzyme that converts cellular ROS into harmless products. In this study, we demonstrate that MnSOD is down-regulated upon hydrogen peroxide treatment or ischemia/reperfusion (I/R) injury. Enhanced expression of MnSOD attenuates cardiomyocyte apoptosis and myocardial infarction induced by I/R injury. Further, we show that miR-23a directly regulates the expression of MnSOD. miR-23a regulates cardiomyocyte apoptosis by suppressing the expression of MnSOD. Our study reveals a novel model regulating cardiomyocyte apoptosis which is composed of miR-23a and MnSOD. Our study provides a new method to tackling apoptosis related cardiac diseases.
Kim, Byo-Kyong;Kim, Young-Jin;Paek, Kyoung-Bee;Chung, Jong-Il;Kim, Jeong-Kook
The Plant Pathology Journal
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v.21
no.4
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pp.395-401
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2005
The dlm (disease lesion mimic) mutant of soybean (Glycine max L. Merr) shows the similar lesion of a soybean disease caused by a fungus, Corynespora cassilcola. The lesion was examined at cellular and molecular level. Trypan blue staining result indicated that cell death was detectable in the entire region of leaves excluding veins when the lesions had already been developed. We found that the mesophyll cells of palisade layer in the dim mutant appeared to be wider apart from each other. The chloroplasts of the dim mutant cells contained bigger starch granules than those in normal plants. We also found that the lesion development of dlm plant was light-dependent and the starch degradation during the dark period of diurnal cycle was impaired in the mutant. Three soybean pathogenesis-related genes, PR-1a, PR-4, and PR-10, were examined for their expression patterns during the development of disease lesion mimic. The expression of all three genes was up-regulated to some extent upon the appearance of the disease lesion mimic. Although the exact function of DLM protein remains elusive, our data would provide some insight into mechanism underling the cell death associated with the dim mutation.
Amyloid-${\beta}$ peptide ($A{\beta}$) is still best known as a molecule to cause Alzheimer's disease (AD) through accumulation and deposition within the frontal cortex and hippocampus in the brain. Thus, strategies on developing AD drugs have been focused on the reduction of $A{\beta}$ in the brain. Since accumulation of $A{\beta}$ depends on the rate of its synthesis and clearance, the metabolic pathway of $A{\beta}$ in the brain and the whole body should be carefully explored for AD research. Although the synthetic pathway of $A{\beta}$ is equally important, we summarize primarily the clearance pathway in this paper because the former has been extensively reviewed in previous studies. The clearance of $A{\beta}$ from the brain is accomplished by several mechanisms which include non-enzymatic and enzymatic pathways. Nonenzymatic pathway includes interstitial fluid drainage, uptake by microglial phagocytosis, and transport across the blood vessel walls into the circulation. Multiple $A{\beta}$-degrading enzymes (ADE) implicated in the clearance process have been identified, which include neprilysin, insulin-degrading enzyme, matrix metalloproteinase-9, glutamate carboxypeptidase II and others. A series of studies on $A{\beta}$ clearance mechanism provide new insight into the pathogenesis of AD at the molecular level and suggest a new target for the development of novel therapeutics.
Significant knowledge about the pathophysiology of Alzheimer's disease (AD) has been gained in the last century; however, the understanding of its causes of onset remains limited. Late-onset AD is observed in about 95% of patients, and APOE4-encoding apolipoprotein E4 (ApoE4) is strongly associated with these cases. As an apolipoprotein, the function of ApoE in brain cholesterol transport has been extensively studied and widely appreciated. Development of new technologies such as human-induced pluripotent stem cells (hiPSCs) and CRISPR-Cas9 genome editing tools have enabled us to develop human brain model systems in vitro and readily manipulate genomic information. In the context of these advances, recent studies provide strong evidence that abnormal cholesterol metabolism by ApoE4 could be linked to AD-associated pathology. In this review, we discuss novel discoveries in brain cholesterol dysregulation by ApoE4. We further elaborate cell type-specific roles in cholesterol regulation of four major brain cell types, neurons, astrocytes, microglia, and oligodendrocytes, and how its dysregulation can be linked to AD pathology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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