Dongkeun Park;Youngim Yu;Ji-hyung Kim;Jongbin Lee;Jongmin Park;Kido Hong;Jeong-Kon Seo;Chunghun Lim;Kyung-Tai Min
Molecules and Cells
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v.46
no.6
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pp.374-386
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2023
Thermal stress induces dynamic changes in nuclear proteins and relevant physiology as a part of the heat shock response (HSR). However, how the nuclear HSR is fine-tuned for cellular homeostasis remains elusive. Here, we show that mitochondrial activity plays an important role in nuclear proteostasis and genome stability through two distinct HSR pathways. Mitochondrial ribosomal protein (MRP) depletion enhanced the nucleolar granule formation of HSP70 and ubiquitin during HSR while facilitating the recovery of damaged nuclear proteins and impaired nucleocytoplasmic transport. Treatment of the mitochondrial proton gradient uncoupler masked MRP-depletion effects, implicating oxidative phosphorylation in these nuclear HSRs. On the other hand, MRP depletion and a reactive oxygen species (ROS) scavenger non-additively decreased mitochondrial ROS generation during HSR, thereby protecting the nuclear genome from DNA damage. These results suggest that suboptimal mitochondrial activity sustains nuclear homeostasis under cellular stress, providing plausible evidence for optimal endosymbiotic evolution via mitochondria-to-nuclear communication.
Oxidative stress is considered to be associated with many diseases, such as inflammatory and cardiovascular diseases, aging and cancer. An important etiological mechanism of these diseases may be a causal relationship between the presence of oxidants and the generation of lipid hydroperoxides derived from enzymatic reactions or xenobiotic metabolism. The hydroperoxides can be decomposed to alkoxy- (ROㆍ) and peroxy- (ROOㆍ) free radicals that can oxidize other cell components, resulting in changes in enzyme activity or the generation of mediators, which can cause further cell damage. The aim of this study was to evaluate the ability of aqueous extract from the roots of Platycodon grandiflorum A. DC (Campanulaceae), Changkil (CK), to affect cellular response in primary cultures of rat hepatocytes to t-butyl hydroperoxide (t-BHP) induced oxidative stress and hepatotoxicity. CK-treated cells showed an increased resistance to oxidative challenge, as revealed by a higher percent of survival capacity in respect to control cells. CK reduced t-BHP-enhanced lipid peroxidation measured as production of malondialdehyde and enhanced intracellular reduced glutathione depletion by t-BHP. Furthermore, CK protected from the t-BHP-induced intracellular generation of reactive oxygen species assessed by monitoring dichlorodihydrofluorescein fluorescence. It can be concluded that CK exerts an antioxidant action inside the cell, responsible for the observed modulation of the cellular response to oxidative challenge, and CK have a marked antioxidative and hepatoprotective potency.
The present study assessed the effect of calmodulin antagonists trifluoperazine and W-7 against the cytotoxicity of $MPP^+$ and 6-bydroxydoparnine (6-OHDA) in relation to the mitochondrial dysfunction and cell death in PC12 cells. Trifluoperazine (an inhibitor of the mitochondrial permeability transition and calmodulin antagonist) and W-7 (a specific calmodulin antagonist) significantly attenuated the $MPP^+-induced$ cell viability loss in PC12 cells with a maximum inhibition at $0.5{\sim}1{\mu}M$; beyond these concentrations the inhibitory effect declined. Both compounds at this concentration range did not cause cell death significantly. In contrast to $MPP^+$, the trifluoperazine and W-7 did not depress the cytotoxic effect of 6-OHDA. Addition of trifluoperazine and W-7 inhibited the cytosolic accumulation of cytochrome c and caspase-3 activation in PC12 cells treated with $MPP^+$ and attenuated the formation of reactive oxygen species and the depletion of GSH, whereas both compounds did not reduce the effect of 6-OHDA. The results show that trifluoperazine and W-7 may attenuate the cytotoxicity of $MPP^+$ by inhibition of the mitochondrial permeability transition and calmodulin. Meanwhile, the cytotoxic effect of 6-OHDA seems to be mediated by the actions, which are different from $MPP^+$.
Kim, Dong-Gyu;Kim, Tae-Hwan;Park, Sang-Eun;Kim, Hyung-Geug;Son, Chang-Gue;Hong, Sang-Hoon
The Journal of Korean Medicine
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v.31
no.6
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pp.1-7
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2010
Objectives: This study was aimed to investigate the effects of Galhwahyejung-tang (GHT) on alcohol-induced oxidative stress in rat model. Methods: Twenty SD rats were orally administrated with 40% ethanol (mL/kg) combined with GHT (50, 100, 200mg/kg) or distilled water for 2 weeks. Biochemistry in blood, malondialdehyde (MDA), total reactive oxygen species (ROS), and total antioxidant capacity (TAC) in serum, liver, brain, and kidney were determined. Results: GHT treatment significantly ameliorated the alcohol-induced alteration of hepatic enzyme; especially AST and ALT. GHT treatment also ameliorated the increase of MDA in liver, ROS level in serum and brain. GHT treatment reduced the depletion of antioxidant capacity in serum and brain. Conclusion: These results that GHT has antioxidant properties explaining the relevance of clinical application and its partial mechanisms of GHT.
Korean red ginseng water extract (KG-WE) has known beneficial effects on the cardiovascular system via inducting nitric oxide (NO) production in endothelium. Endothelial arginase inhibits the activity of endothelial nitric oxide synthase (eNOS) by substrate depletion, thereby reducing NO bioavailability and contributing to vascular diseases including hypertension, aging, and atherosclerosis. In the present study, we demonstrate that KG-WE inhibits arginase activity and negatively regulates NO production and reactive oxygen species generation in endothelium. This is associated with increased dimerization of eNOS without affecting the protein expression levels of either arginase or eNOS. In a vascular tension assay, when aortas isolated from wild type mice were incubated with KG-WE, NO-dependent enhanced vasorelaxation was observed. Furthermore, KG-WE administered via by drinking water to atherogenic model mice being fed high cholesterol diet improved impaired vascular function. Taken together, these results suggest that KG-WE may exert vasoprotective effects through augmentation of NO signaling by inhibiting arginase. Therefore, KG-WE may be useful in the treatment of vascular diseases derived from endothelial dysfunction, such as atherosclerosis.
This study addresses the physiological functions of the Ran-binding protein homolog NbRanBP1 in Nicotiana benthamiana. Virus-induced gene silencing (VIGS) of NbRanBP1 caused stunted growth, leaf yellowing, and abnormal leaf morphology. The NbRanBP1 gene was constitutively expressed in diverse tissues and an NbRanBP1:GFP fusion protein was primarily localized to the nuclear rim and the cytosol. BiFC analysis revealed in vivo interaction between NbRanBP1 and NbRan1 in the nuclear envelope and the cytosol. Depletion of NbRanBP1 or NbRan1 reduced nuclear accumulation of a NbBTF3:GFP marker protein. In the later stages of development, NbRanBP1 VIGS plants showed stress responses such as reduced mitochondrial membrane potential, excessive production of reactive oxygen species, and induction of defense-related genes. The molecular role of RanBP1 in plants is discussed in comparison with RanBP1 function in yeast and mammals.
Kim, Kyung-Suk;Chang, Yu-Jung;Chung, Yun-Jo;Park, Chung-Ung;Seo, Hyang-Yim
BMB Reports
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v.40
no.1
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pp.82-87
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2007
Our heterologous expression system of the human ferritin H-chain gene (hfH) allowed us to characterize the cellular effects of ferritin in yeasts. The recombinant Saccharomyces cerevisiae (YGH2) evidenced impaired growth as compared to the control, which was correlated with ferritin expression and with the formation of core minerals. Growth was recovered via the administration of iron supplements. The modification of cellular iron metabolism, which involved the increased expression of high-affinity iron transport genes (FET3 and FTR1), was detected via Northern blot analysis. The findings may provide some evidence of cytosolic iron deficiency, as the genes were expressed transcriptionally under iron-deficient conditions. According to our results examining reactive oxygen species (ROS) generation via the fluorescence method, the ROS levels in YGH2 were decreased compared to the control. It suggests that the expression of active H-ferritins reduced the content of free iron in yeast. Therefore, present results may provide new insights into the regulatory network and pathways inherent to iron depletion conditions.
Seo, Hyang-Yim;Chang, Yu-Jung;Chung, Yun-Jo;Kim, Kyung-Suk
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.18
no.8
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pp.1368-1376
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2008
In our previous study, the expression of active H-ferritins in Saccharomyces cerevisiae was found to reduce cell growth and reactive oxygen species (ROS) generation upon exposure to oxidative stress; such expression enhanced that of high-affinity iron transport genes (FET3 and FTR1). The results suggested that the recombinant cells expressing H-ferritins induced cytosolic iron depletion. The present study analyzes metabolic changes under these circumstances via proteomic methods. The YGH2 yeast strain expressing A-ferritin, the YGH2-KG (E62K and H65G) mutant strain, and the YGT control strain were used. Comparative proteomic analysis showed that the synthesis of 34 proteins was at least stimulated in YGH2, whereas the other 37 proteins were repressed. Among these, the 31 major protein spots were analyzed via nano-LC/MS/MS. The increased proteins included major heat-shock proteins and proteins related to endoplasmic reticulum-associated degradation (ERAD). On the other hand, the proteins involved with folate metabolism, purine and methionine biosynthesis, and translation were reduced. In addition, we analyzed the insoluble protein fractions and identified the fragments of Idh1p and Pgk1p, as well as several ribosomal assembly-related proteins. This suggests that intracellular iron depletion induces imperfect translation of proteins. Although the proteins identified above result from changes in iron metabolism (i.e., iron deficiency), definitive evidence for iron-related proteins remains insufficient. Nevertheless, this study is the first to present a molecular model for iron deficiency, and the results may provide valuable information on the regulatory network of iron metabolism.
Park, Eun-Mi;Park, Ji-Sun;Kim, Yun-Jeong;Sung, Jae-Suk;Hwamg, Tea-Sook;Kim, Woo-Chul;Han, Mi-Young;Park, Young-Mee
BMB Reports
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v.34
no.6
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pp.544-550
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2001
In pre-transplant total-body irradiation (TBI), the lung is a critical dose-limiting organ. Also, the possible role of oxidative stress was suggested in the development of TBI-induced lung damage. This study explores the association between TBI-induced oxidative stress and the induction of lung pathogenesis by investigating TBI-induced oxidative stress in the lungs of male C57BL/6 mice after a single dose of 10 Gy TBI. We showed significant increases of reactive oxygen species (ROS) formation and lipid peroxidation, and also a depletion and oxidation of glutathione after TBI. There is evidence that pretreatment with 1,10-phenanthroline (o-phen) significantly reduces oxidative stress in the lung. This indicates that the TBI-induced ROS generation involves a metal-catalyzed Fenton-type reaction. A pretreatment of buthionine sulfoximine (BSO) augmented the glutathione depletion and oxidation, but had no effect on the ROS formation and lipid peroxidation up to 6 h after TBI. Histopathological features that are consistent with pneumonitis were observed in the BSO pretreated-mice 1 week after irradiation. The results suggest that TBI-induced oxidative stress in the lung involves a generation of ROS through a Fenton-type reaction. Also, glutathione plays an important inhibitory role in the radiation-induced lung pathogenesis by participating in the self-amplifying cascade subsequent to the ROS generation by irradiation.
The promoting effect of hydrogen peroxide ($H_2O_2$) against the cytotoxicity of 1-methyl-4-phenylpyridinium ($MPP^+$) in differentiated PC12 cells was assessed by measuring the effect on the mitochondrial membrane permeability. Treatment of PC12 cells with $MPP^+$ resulted in the nuclear damage, decrease in the mitochondrial transmembrane potential, cytosolic accumulation of cytochrome c, activation of caspase-3, increase in the formation of reactive oxygen species (ROS) and depletion of GSH. Addition of $H_2O_2$ enhanced the $MPP^+-induced$ nuclear damage and cell death. Catalase, Carboxy-PTIO, Mn-TBAP, N-acetylcysteine, cyclosporin A and trifluoperazine inhibited the cytotoxic effect of $MPP^+$ in the presence of $H_2O_2$. Addition of $H_2O_2$ promoted the change in the mitochondrial membrane permeability, ROS formation and decrease in GSH contents due to $MPP^+$ in PC12 cells. The results show that the $H_2O_2$ treatment promotes the cytotoxicity of $MPP^+$ against PC12 cells. $H_2O_2$ may enhance the $MPP^+$-induced viability loss in PC12 cells by promoting the mitochondrial membrane permeability change, release of cytochrome c and subsequent activation of caspase-3, which is associated with the increased formation of ROS and depletion of GSH. The findings suggest that $H_2O_2$ as a promoting agent for the formation of mitochondrial permeability transition may enhance the neuronal cell injury caused by neurotoxins.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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