Jung, Eun Hye;Kim, Sang Chan;Cho, Il Je;Kim, Young Woo
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.29
no.1
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pp.18-26
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2015
Akebiae Caulis is a galenical originated from Akebia quinata Decaisne species. It is commonly used in the treatment of oposiuria, inflammation, nociceptive and fever. Here, we investigated the effect of Akebiae Caulis extract (ACE) to protect hepatocyte against the malfunction of mitochondria and apoptosis. Arachidonic acid (AA)+iron promoted excessive reactive oxygen species (ROS) production and exerted a deleterious effect on mitochondria. Treatment with ACE protected hepatocytes from AA+iron-induced cytotoxicity, as shown by alterations in the protein levels related with apoptosis such as poly(ADP-ribose) polymerase, pro-caspase 3, Bcl-XL and Bcl-2. Moreover, AA+iron-induced $H_2O_2$ production, GSH depletion and mitochondrial dysfunction were alleviated by ACE pretreatment. As a potential molecular mechanism for the ACE-mediated cytoprotection, phosphorylation of AMP-activated protein kinase (AMPK), a key regulator in determining cell survival or death, was increased by ACE. Moreover, ACE treatment enhanced inactive phosphorylation of glycogen synthase kinase-$3{\beta}$ ($GSK3{\beta}$), downstream substrate kinase of AMPK. More importantly, ACE prevented a decrease in the $GSK3{\beta}$ phosphorylation derived by AA+iron, which might contribute to mitohondiral protection and cell survival. To further identify essential compounds in Akebiae Caulis for the protection of AA+iron-mediated cytotoxicity, we found that betulin in combination with hederagenin protected from AA+iron-induced mitochondrial dysfunction. Betulin+hederagenin treatment also increased inactive phosphorylation of $GSK3{\beta}$ in common with ACE. These results suggest that ACE protected hepatocytes against oxidative stress and mitochondrial dysfunction, which is mediated with inactive $GSK3{\beta}$ phosphorylation downstream of AMPK.
Inflammation induced by metabolic syndromes, cancers, injuries, and sepsis can alter cellular metabolism by reducing mitochondrial function via oxidative stress, thereby resulting in neuropathy and muscle atrophy. In this study, we investigated whether butyrate, a short chain fatty acid produced by gut microbiota, could prevent mitochondrial dysfunction and muscle atrophy induced by lipopolysaccharide (LPS) in the C2C12 cell line. LPS-activated MAPK signaling pathways increased the levels of the mitochondrial fission signal, p-DRP1 (Ser616), and the muscle atrophy marker, atrogin 1. Interestingly, butyrate significantly inhibited the phosphorylation of JNK and p38 and reduced the atrogin 1 level in LPS-treated C2C12 cells while increasing the phosphorylation of DRP1 (Ser637) and levels of mitofusin2, which are both mitochondrial fusion markers. Next, we investigated the effect of MAPK inhibitors, finding that butyrate had the same effect as JNK inhibition in C2C12 cells. Also, butyrate inhibited the LPS-induced expression of pyruvate dehydrogenase kinase 4 (PDK4), resulting in decreased PDHE1α phosphorylation and lactate production, suggesting that butyrate shifted glucose metabolism from aerobic glycolysis to oxidative phosphorylation. Finally, we found that these effects of butyrate on LPS-induced mitochondrial dysfunction were caused by its antioxidant effects. Thus, our findings demonstrate that butyrate prevents LPS-induced muscle atrophy by improving mitochondrial dynamics and metabolic stress via the inhibition of JNK phosphorylation. Consequently, butyrate could be used to improve LPS-induced mitochondrial dysfunction and myopathy in sepsis.
Nam, Jeong Bin;Park, Hyung Bin;Jung, Ji Young;Yang, Jae-Kyung
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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v.42
no.5
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pp.523-532
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2014
This study was done to evaluate the antioxidant effect of oak hot water extracts on the oxidative stress induced by reactive oxygen species (ROS). The cytotoxicity of $H_2O_2$-induced oxidative stress was performed by 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) assay for the cell viability according to the dose-dependent treatment. Oak extracts demonstrated a dose-dependent ability to inhibit $H_2O_2$-induced apoptosis in cultured tenofibroblasts, as assessed by MTT assay and FACS analysis. $H_2O_2$ increased the phosphorylation of extracellular regulated kinase1/2 (ERK1/2) and of c-Jun N-terminal kinase (JNK) and the production of reactive oxygen species (ROS). In contrast, treatment with oak extracts was decreased this activation of ERK1/2 and JNK, as confirmed by western blot analysis, and reduced the production of ROS, as verified by fluorescent microscopic and flow cytometry (FACS) analyses. These findings suggest that oak extracts, by suppressing JNK, ERK1/2, and intracellular ROS production, have a concentration-dependent antiapoptotic effect on achilles tenofibroblasts exposed to an oxidative stressor, and may have therapeutic potential.
We have studied the cytoprotective effect on H$_2$O$_2$ induced oxidative stress from leaves of Carpinus tschonoskii. The methanol extract of Carpinus tschonoskii was found to scavenge intracellular reactive oxygen species (ROS) using flow cytometry and confocal microscope. This extract prevented lipid peroxidation and thus reduced cell death of Chinese hamster lung fibroblast (V79-4) induced by H$_2$O$_2$ treatment. The extract increased catalase activity and phosphorylation of extracellular signal regulated kinase (ERK). Taken together, the results suggest that Carpinus tschonoskii protects V79-4 cells against oxidative damage by H$_2$O$_2$ through scavenging ROS.
Camellia sinensis, Green tea, contains phenolic compounds that act to scavenge reactive oxygen species (ROS), such as catechin, epicatechin, etc. In contrast with the tea leaf, the bioactivity of its fruit and the fruit peels remains still unclear. This study focused on the effects of fruit and fruit peels of C. sinensis (FC and PC) against oxidative DNA damage in NIH/3T3 cells. The scavenging effects of FC and PC on ROS were assessed using 1,1-diphenyl-2-picryl hydrazyl or 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid radicals. The measurement of ROS in cellular levels was conducted by DCFDA reagent and the protein expression of γ-H2AX, H2AX, cleaved caspase-3, p53, and, p-p53 was analyzed by immunoblotting. The gene expressions of p53 and H2AX were assessed using polymerase chain reaction techniques. The major metabolites of FC and PC were quantitatively measured analyzed and the amounts of phenolic compounds and flavonoids in PC were greater than those in FC. Further, PC suppressed ROS production, which protects the oxidative stress-induced DNA damage through reducing H2AX, p53, and caspase-3 phosphorylation. These results refer that the protective effects of FC and PC are mediated by inhibition of p53 signaling pathways, probably via the bioactivity of phenolic compounds. Thus, FC and PC can serve as a potential antioxidant in DNA damage-associated diseases.
UV irradiation activates various intracellular signaling pathways causing cell death in a DNA damage-dependent and an independent manner. As DNA photoproducts, major forms of DNA damage, are maximally formed by UV light at 260-nm, short wavelength UV (UVC) is more harmful than middle wavelength UV (UVB). However, the differences or similarities in responses of DNA damage-independent intracellular signaling molecules to UVB and UVC are not elucidated. We examined activation of signaling molecules towards apoptosis in normal human fibroblastic cells after irradiation with UVB or UVC at a dose generating the equal amount of DNA photoproducts. Both UVB and UVC induced transient phosphorylation of ERK and sustained phosphorylation of p38. Phosphorylation of p53 at Ser15 and at Ser392 residues were also observed, which were inhibited by a phosphoinositide 3-kinase inhibitor, wortmannin. In contrast, an antioxidant N-acetyl-cysteine and a p38 inhibitor SB203580 suppressed only Ser392 phosphorylation, suggesting that UV-induced oxidative stress and p38 activation were involved in the phosphorylation of this site. The apoptic signals such as mitochondrial cytochrome C release and annexin V binding were then observed. Overall, no difference was found in chronological responses of p53, MAPK, and apoptosis between UVB-irradiated and UVC-irradiated cells. These results suggested that DNA damage-independent intracellular signaling molecules similarly responded to UVB and UVC when the equal level of DNA photoproducts were generated.
Kwan, Kenneth Kin Leung;Yun, Huang;Dong, Tina Ting Xia;Tsim, Karl Wah Keung
Journal of Ginseng Research
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v.45
no.4
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pp.473-481
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2021
Background: Mitochondrial dysfunction is one of the significant reasons for Alzheimer's disease (AD). Ginsenosides, natural molecules extracted from Panax ginseng, have been demonstrated to exert essential neuroprotective functions, which can ascribe to its anti-oxidative effect, enhancing central metabolism and improving mitochondrial function. However, a comprehensive analysis of cellular mitochondrial bioenergetics after ginsenoside treatment under Aβ-oxidative stress is missing. Methods: The antioxidant activities of ginsenoside Rb1, Rd, Re, Rg1 were compared by measuring the cell survival and reactive oxygen species (ROS) formation. Next, the protective effects of ginsenosides of mitochondrial bioenergetics were examined by measuring oxygen consumption rate (OCR) in PC12 cells under Aβ-oxidative stress with an extracellular flux analyzer. Meanwhile, mitochondrial membrane potential (MMP) and mitochondrial dynamics were evaluated by confocal laser scanning microscopy. Results: Ginsenoside Rg1 possessed the strongest anti-oxidative property, and which therefore provided the best protective function to PC12 cells under the Aβ oxidative stress by increasing ATP production to 3 folds, spare capacity to 2 folds, maximal respiration to 2 folds and non-mitochondrial respiration to 1.5 folds, as compared to Aβ cell model. Furthermore, ginsenoside Rg1 enhanced MMP and mitochondrial interconnectivity, and simultaneously reduced mitochondrial circularity. Conclusion: In the present study, these results demonstrated that ginsenoside Rg1 could be the best natural compound, as compared with other ginsenosides, by modulating the OCR of cultured PC12 cells during oxidative phosphorylation, in regulating MMP and in improving mitochondria dynamics under Aβ-induced oxidative stress.
Objectives : Sparganii Rhizoma is frequently used in traditional herbal medicine for treatment of blood stasis, amenorrhea and functional dyspepsia and has been reported to exhibit anti-oxidant, anti-proliferation and anti-angiogenesis peoperties. In this study, we investigated the cytoprotective effect and underlying mechanism of Sparganii Rhizoma water extract (SRE) against oxidative stress-induced mitochondrial dysfunction and apoptosis in hepatocyte. Methods : To determine the effects of SRE on oxidative stress, we induced synergistic cytotoxicity by co-treatment of arachidonic acid (AA) and iron in the HepG2 cell, a human derived hepatocyte cell line. Results : Treatment of SRE increased relative cell viability and altered the expression levels of apoptosis-related proteins such as Bcl-xL, Bcl-2 and procaspase-3. And SRE also inhibited the mitochondrial dysfunction and excessive reactive oxygen species production induced by AA+iron. In addition, SRE activated of AMP-activated protein kinase (AMPK), a potential target for cytoprotection, by increasing the phosphorylation of AMPKα at Thr-172. Morever, SRE increased phosphorylation of acetyl-CoA carboxylase, a direct downstream target of AMPK. Conclusion : These results indicated that SRE has the ability to protect against oxidative stress-induced hepatocyte damage, which may be mediated with AMPK pathway.
Osteoporosis development is closely associated with oxidative stress and reactive oxygen species (ROS). Taurine has potential antioxidant effects, but its role in osteoblasts is not clearly understood. The aim of this study was to determine the protective effects and mechanisms of actions of taurine on hydrogen peroxide ($H_2O_2$)-induced oxidative stress in osteoblast cells. UMR-106 cells were treated with taurine prior to $H_2O_2$ exposure. After treatment, cell viability, apoptosis, intracellular ROS production, malondialdehyde content, and alkaline phosphate (ALP) activity were measured. We also investigated the protein levels of ${\beta}-catenin$, ERK, CHOP and NF-E2-related factor 2 (Nrf2) along with the mRNA levels of Nrf2 downstream antioxidants. The results showed that pretreatment of taurine could reverse the inhibition of cell viability and suppress the induced apoptosis in a dose-dependent manner: taurine significantly reduced $H_2O_2$-induced oxidative damage and expression of CHOP, while it induced protein expression of Nrf2 and ${\beta}-catenin$ and activated ERK phosphorylation. DKK1, a Wnt/${\beta}-catenin$ signaling inhibitor, significantly suppressed the taurine-induced Nrf2 signaling pathway and increased CHOP. Activation of ERK signaling mediated by taurine in the presence of $H_2O_2$ was significantly inhibited by DKK1. These data demonstrated that taurine protects osteoblast cells against oxidative damage via Wnt/${\beta}-catenin$-mediated activation of the ERK signaling pathway.
Lee, Ah Young;Nam, Mi Na;Kim, Hyun Young;Cho, Eun Ju
Journal of Applied Biological Chemistry
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v.63
no.2
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pp.137-145
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2020
Oxidative stress is one of the pathogenic mechanisms of various neurodegenerative diseases, such as Alzheimer's disease. Neuroglia, the most abundant cells in the brain, is thought to play an important role in the antioxidant defense system and neuronal metabolic support against neurotoxicity and oxidative stress. We investigated the protective effect of paeoniflorin (PF) against oxidative stress in C6 glial cells. Exposure of C6 glial cells to hydrogen peroxide (H2O2, 500 μM) significantly decreased cell viability and increased amounts of lactate dehydrogenase (LDH) release, indicating H2O2-induced cellular damage. However, treatment with PF significantly attenuated H2O2-induced cell death as shown by increased cell survival and decreased LDH release. The H2O2-stimulated reactive oxygen species production was also suppressed, and it may be associated with improvement of superoxide dismutase activity by treatment with PF. In addition, an increase in ratio of Bcl-2/Bax protein expression was observed after treatment with PF. In particular, the down-stream of the apoptotic signaling pathway was inhibited in the presence of PF, mostly by reduction of cleaved-poly ADP ribose polymerase, cleaved caspase-3, and -9 protein expression. Furthermore, H2O2-induced phosphorylation of c-Jun N-terminal kinase and extracellular signal-regulated kinase 1/2 was attenuated by treatment with PF. Taken together, neuroprotective effect of PF against oxidative stress probably result from the regulation of apoptotic pathway in C6 glial cells. In conclusion, our findings suggest that PF may be a potent therapeutic agent for neurodegenerative disorders.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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