Kim, Ji Yong;Lee, Jai-Sung;Han, Yong-Seok;Lee, Jun Hee;Bae, Inhyu;Yoon, Yeo Min;Kwon, Sang Mo;Lee, Sang Hun
Biomolecules & Therapeutics
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v.23
no.6
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pp.517-524
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2015
Human mesenchymal stem cells (MSCs) have been used in cell-based therapy to promote revascularization after peripheral or myocardial ischemia. High levels of reactive oxygen species (ROS) are involved in the senescence and apoptosis of MSCs, causing defective neovascularization. Here, we examined the effect of the natural antioxidant lycopene on oxidative stress-induced apoptosis in MSCs. Although $H_2O_2$ ($200{\mu}M$) increased intracellular ROS levels in human MSCs, lycopene ($10{\mu}M$) pretreatment suppressed $H_2O_2$-induced ROS generation and increased survival. $H_2O_2$-induced ROS increased the levels of phosphorylated p38 mitogen activated protein kinase (MAPK), Jun-N-terminal kinase (JNK), ataxia telangiectasia mutated (ATM), and p53, which were inhibited by lycopene pretreatment. Furthermore, lycopene pretreatment decreased the expression of cleaved poly (ADP ribose) polymerase-1 (PARP-1) and caspase-3 and increased the expression of B-cell lymphoma 2 (Bcl-2) and Bcl-2-associated X protein (Bax), which were induced by $H_2O_2$ treatment. Moreover, lycopene significantly increased manganese superoxide dismutase (MnSOD) expression and decreased cellular ROS levels via the PI3K-Akt pathway. Our findings show that lycopene pretreatment prevents ischemic injury by suppressing apoptosis-associated signal pathway and enhancing anti-oxidant protein, suggesting that lycopene could be developed as a beneficial broad-spectrum agent for the successful MSC transplantation in ischemic diseases.
Kim, Taehyeong;Wahyudi, Lilik Duwi;Gonzalez, Frank J.;Kim, Jung-Hwan
Biomolecules & Therapeutics
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v.25
no.5
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pp.504-510
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2017
Inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase beta ($IKK{\beta}$) plays a critical role in cell proliferation and inflammation in various cells by activating $NF-{\kappa}B$ signaling. However, the interrelationship between peroxisome proliferator-activated receptor ${\alpha}$ ($PPAR{\alpha}$) and $IKK{\beta}$ in cell proliferation is not clear. In this study, we investigated the possible role of $PPAR{\alpha}$ in the hepatic cell death in the absence of $IKK{\beta}$ gene using liver-specific Ikkb-null ($Ikkb^{F/F-AlbCre}$) mice. To examine the function of $PPAR{\alpha}$ activation in hepatic cell death, wild-type ($Ikkb^{F/F}$) and $Ikkb^{F/F-AlbCre}$ mice were treated with $PPAR{\alpha}$ agonist Wy-14,643 (0.1% w/w chow diet) for two weeks. As a result of Wy-14,643 treatment, apoptotic markers including caspase-3 cleavage, poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) cleavage and TUNEL-positive staining were significantly decreased in the $Ikkb^{F/F-AlbCre}$ mice. Surprisingly, Wy-14,643 increased the phosphorylation of p65 and STAT3 in both Ikkb and $Ikkb^{F/F-AlbCre}$ mice. Furthermore, BrdU-positive cells were significantly increased in both groups after treatment with Wy-14,643. Our results suggested that $IKK{\beta}-derived$ hepatic apoptosis could be altered by $PPAR{\alpha}$ activation in conjunction with activation of $NF-{\kappa}B$ and STAT3 signaling.
Lim, Soo Young;Subedi, Lalita;Shin, Dongyun;Kim, Chung Sub;Lee, Kang Ro;Kim, Sun Yeou
Biomolecules & Therapeutics
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v.25
no.5
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pp.519-527
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2017
Excessive activation of microglia causes the continuous production of neurotoxic mediators, which further causes neuron degeneration. Therefore, inhibition of microglial activation is a possible target for the treatment of neurodegenerative disorders. Balanophonin, a natural neolignoid from Firmiana simplex, has been reported to have anti-inflammatory and anti-cancer effects. In this study, we aimed to evaluate the anti-neuroinflammatory effects and mechanism of balanophonin in lipopolysaccharide (LPS)-stimulated BV2 microglia cells. BV2 microglia cells were stimulated with LPS in the presence or absence of balanophonin. The results indicated that balanophonin reduced not only the LPS-mediated TLR4 activation but also the production of inflammatory mediators, such as nitric oxide (NO), prostaglandin E2 (PGE2), $Interleukin-1{\beta}$ ($IL-1{\beta}$), and tumor necrosis $factor-{\alpha}$ ($TNF-{\alpha}$), in BV2 cells. Balanophonin also inhibited LPS-induced inducible nitric oxide synthase (iNOS), and cyclooxygenase-2 (COX2) protein expression and mitogen activated protein kinases (MAPKs), including extracellular signal-regulated kinase (ERK1/2), c-Jun N-terminal kinase (JNK), and p38 MAPK. Interestingly, it also inhibited neuronal cell death resulting from LPS-activated microglia by regulating cleaved caspase-3 and poly ADP ribose polymerase (PARP) cleavage in N2a cells. In conclusion, our data indicated that balanophonin may delay the progression of neuronal cell death by inhibiting microglial activation.
Ailanthus altissima belonging to the family Simaroubaceae has been used to settle an upset stomach, to combat a fever, and as an insecticide. Apoptosis is an active process, which is a critical feature of the regulated development of multicellular organisms. We investigated whether the extract of A. altissima induced apoptotic cell death in Jurkat T-acute lymphoblastic leukemia (ALL) cells. Upon treatments with the extract, the dose-dependent inhibitions of cell viability were observed. It also caused apoptosis as measured by cell morphology and DNA fragmentation. The capability of the extract to induce apoptosis was associated with proteolytic cleavage of specific target protein such as poly(ADP-ribose)polymerase (PARP) protein, suggesting the possible involvement of the activations of caspases. Further study showed that Bcl-2 protein levels were not changed in all treated groups compared to control group. These results suggest that A. altissima induces Bcl- 2-independent apoptosis in Jurkat T cells.
Park, Cheol;Choi, Byung-Tae;Lee, Won-Ho;Choi, Yung-Hyun
Toxicological Research
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v.19
no.2
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pp.91-98
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2003
Alkylating agents form alkylated base adducts in the DNA and cause DNA lesions leading to cell killing. In this study, we investigated the mechanism of apoptosis induced by N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine (MNNG) in PC-3 and DU145 human prostate carcinoma cell lines. MNNG treatment resulted in the inhibition of cell proliferation in a concentration-dependent manner to a similar extent in both cell lines. This anti-proliferative effect of PC-3 and DU145 cells by MNNG was associated with morphological changed such as membrane shrinking, cell rounding up and formation of apoptotic bodies. MNNG treatment also induced a proteolytic cleavage of specific target proteins such as poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) and $\beta$-catenin proteins in DU145 cells but in PC-3 cells. Furthermore, we observed an increase of proapoptotic protein Bax family expression and a decrease of antiapoptotic protein Bcl-2 family by MNNG treatment in a concentration-dependent manner MNNG also induced a proteolytic activation of caspase-3 and -9, which is believed to play a central role in the apoptotic signaling pathway.
E2F transcription factors and their target genes have been known to play an important role in cell growth control. We found that curcumin, a polyphenolic phytochemical isolated from the plant Curcuma longa, markedly suppressed E2F4 expression in HCT116 colon cancer cells. Hydrogen peroxide was also found to decrease E2F4 protein level, indicating the involvement of reactive oxygen species (ROS) in curucmin-induced downregulation of E2F4 expression. Involvement of ROS in E2F4 downregulation in response to curcumin was confirmed by the result that pretreatment of cells with N-acetylcystein (NAC) before exposure of curcumin almost completely blocked the reduction of E2F4 expression at the protein as well as mRNA level. Anti-proliferative effect of curcumin was also suppressed by NAC which is consistent to previous reports showing curcumin-superoxide production and induction of poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) cleavage as well as apoptosis. Expression of several genes, cyclin A, p21, and p27, which has been shown to be regulated in E2F4-dependent manner and involved in the cell cycle progression was also affected by curcumin. Moreover, decreased (cyclin A) and increased (p21 and p27) expression of these E2F4 downstream genes by curcumin was restored by pretreatment of cells with NAC and E2F4 overexpression which is induced by doxycycline. In addition, E2F4 overexpression was observed to partially ameliorate curcumin-induced growth inhibition by cell viability assay. Taken together, we found curcumin-induced ROS down-regulation of E2F4 expression and modulation of E2F4 target genes which finally lead to the apoptotic cell death in HCT116 colon cancer cells, suggesting that E2F4 appears to be a novel determinant of curcumin-induced cytotoxicity.
Recently, we isolated HY253, a novel decahydrofluorene analog with a molecular structure of 7,8a-divinyl-2,4a,4b,5,6,7,8,8a,9,9a-decahydro-1H-fluorene-2,4a,4b,9a-tetraol from the roots of Aralia continentalis, which is known as Dokwhal (獨活), a traditional medicinal herb. Moreover, we previously reported its cytotoxic activity on cancer cell proliferation in human lung cancer A549 and cervical cancer HeLa cells. The current study aimed to evaluate its detailed molecular mechanisms in cell cycle arrest and apoptotic induction in human hepatocellular carcinoma HepG2 cells. Flow cytometric analysis of HepG2 cells treated with $60{\mu}M$ HY253 revealed appreciable cell cycle arrest at the G1 phase via inhibition of Rb phosphorylation and down-regulation of cyclin D1. Furthermore, using western blots, we found that up-regulation of cyclin-dependent kinase inhibitors, such as p21CIP1 and p27KIP1, was associated with this G1 phase arrest. Moreover, TUNEL assay and immunoblottings revealed apoptotic induction in HepG2 cells treated with $60{\mu}M$ HY253 for 24 h, which is associated with cytochrome c release from mitochondria, via down-regulation of anti-apoptotic Bcl-2 protein, which in turn resulted in activation of caspase-9 and -3, and proteolytic cleavage of poly(ADP-ribose) polymerase (PARP). Accordingly, we suggest that HY253 may be a potent chemotherapeutic hit compound for treating human liver cancer cells via up-regulation and activation of the p53 gene.
We previously isolated a novel compound, HY251, with the molecular structure of 3-propyl-2-vinyl-1,2,3,3a,3b,6,7,7a,8,8a-decahydrocyclopenta[a]indene-3,3a,7a,8a-tetraol from the roots of Aralia continentalis. The current study was designed to evaluate the detailed molecular mechanisms underlying the apoptotic induction by HY251 in human ovarian cancer PA-1 cells. TUNEL assay and Western blot analyses revealed an appreciable apoptotic induction in PA-1 cells treated with $60{\mu}M$ of HY251 for 24 h. This apoptotic induction was associated with caspase-8-dependent Bid cleavage, which in turn resulted in the formation of pro-apoptotic truncated Bid (tBid), and activation of caspase-9 and -3, as well as the cleavage of poly(ADP-ribose) polymerase (PARP). Moreover, we found that this death event was also associated with the significant up-regulation and activation of the p53 tumor-suppressor protein through phosphorylation at Ser15. Therefore, we suggest that HY251 may be a potent cancer chemotherapeutic candidate for the treatment of ovarian cancer.
The molecular mechanisms of apoptotic induction by benzyldihydroxyoctenone (BDH), a nonsteroidal antiandrogen, isolated from the culture broth of Streptomyces sp., have been previously published in prostate cancer LNCaP cells. Apoptotic induction of BDH-treated LNCaP cells was associated with downregulation of Bcl-xL that caused, in turn, cytochrome c release from mitochondria, and activation of procaspases and specific proteolytic cleavage of poly(ADP-ribose) polymerase (PARP). The purpose of the present study was to investigate the patterns of apoptotic induction by BDH in non-prostate, ovarian cancer PA-1 (androgen-independent and -insensitive) cells and prostate cancer cells with different androgen responsiveness, such as C4-2 (androgen-independent and -sensitive), 22Rv1 (androgen-dependent and -low sensitive), and LNCaP (androgen-dependent and -high sensitive) cells. We found that BDH-treated LNCaP cell proliferation was significantly inhibited in a time-dependent manner and induced apoptosis via downregulation of the androgen receptor (AR) and prostate-specific antigen (PSA), as well as antiapoptotic Bcl-xL protein. However, the levels of BDH-mediated apoptotic induction and growth inhibition in 22Rv1 cells were apparently lower than those of LNCaP cells. In contrast, the induction of apoptosis and antiproliferative effect in BDH-treated non-prostate cancer PA-1 and hormone refractory C4-2 cells were not detectable and marginal, respectively. Therefore, BDH-mediated differential apoptotic induction and growth inhibition in a cell type seem to be obviously dependent on its androgen responsiveness; primarily on androgen-dependency, and then on androgensensitivity.
In the course of screening for novel modulators of cell cycle progression and apoptosis as anticancer drug candidates, we generated an analog of sangivamycin, MCS-C2, which was elucidated as 4-amino-6-bromo-7-cyclopentyl-7H-pyrrolo[2,3-d]pyrimidine-5-carboxamide. In the present study, we evaluated the molecular mechanisms of MCSC2-induced cell cycle arrest and apoptosis in A549 human lung cancer cells. To investigate the effects of MCS-C2 on cell cycle progression in A549 cells, we measured the DNA content of A549 cells treated with $5\;{\mu}M$ MCS-C2 using flow cytometry. The analysis revealed an appreciable $G_2$ phase arrest in treated cells. This event was associated with significant upregulation of p53 and $p21^{Cip1}$. In addition, the TUNEL assay was used to examine apoptotic induction in treated cells, and the effects of MCS-C2 on the expression of apoptosis-associated proteins were examined by Western blot. Apoptotic induction in MCS-C2-treated A549 cells was associated with cytochrome c release from mitochondria, which in turn resulted in the activation of caspase-9 and -3 and the cleavage of poly(ADP-ribose) polymerase (PARP). Based on these results, we conclude that MCS-C2 is a candidate therapeutic agent for the treatment of human lung cancer via upregulation and activation of p53.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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