Osteoporosis is a bone pathology leading to increased fracture risk and challenging the quality of life. The aim of this study was to evaluate the effect of an anthraquinone glycoside, aloin, on osteogenic induction of MC3T3-E1 cells. Aloin increased alkaline phosphatase (ALP) activity, an early differentiation marker of osteoblasts. Aloin also increased the ALP activity in adult human adipose-derived stem cells (hADSC), indicating that the action of aloin was not cell-type specific. Alizarin red S staining revealed a significant amount of calcium deposition in cells treated with aloin. Aloin enhanced the expression of osteoblast differentiation genes, Bmp-2, Runx2 and collagen 1a, in a dose-dependent manner. Western blot analysis revealed that noggin and inhibitors of p38 MAPK and SAPK/JNK signals attenuated aloin-promoted expressions of Bmp-2 and Runx2 proteins. siRNA mediated blocking of Wnt-5a signaling pathway also annulled the influence of aloin, indicating Wnt-5a dependent activity. Inhibition of the different signal pathways abrogated the influence of aloin on ALP activity, confirming that aloin induced MC3T3-E1 cells into osteoblasts through MAPK mediated Wnt and Bmp signaling pathway.
Imperatorin, a major bioactive furanocoumarin with multifunctions, can be used for treating neurodegenerative diseases. In this study, we investigated the characteristics of imperatorin transport in the brain. Experiments of the present study were designed to study imperatorin transport across the blood-brain barrier both in vivo and in vitro. In vivo study was performed in rats using single intravenous injection and in situ carotid artery perfusion technique. Conditionally immortalized rat brain capillary endothelial cells were as an in vitro model of blood-brain barrier to examine the transport mechanism of imperatorin. Brain distribution volume of imperatorin was about 6 fold greater than that of sucrose, suggesting that the transport of imperatorin was through the blood-brain barrier in physiological state. Both in vivo and in vitro imperatorin transport studies demonstrated that imperatorin could be transported in a concentration-dependent manner with high affinity. Imperatorin uptake was dependent on proton gradient in an opposite direction. It was significantly reduced by pretreatment with sodium azide. However, its uptake was not inhibited by replacing extracellular sodium with potassium or N-methylglucamine. The uptake of imperatorin was inhibited by various cationic compounds, but not inhibited by TEA, choline and organic anion substances. Transfection of plasma membrane monoamine transporter, organic cation transporter 2 and organic cation/carnitine transporter 2/1 siRNA failed to alter imperatorin transport in brain capillary endothelial cells. Especially, tramadol, clonidine and pyrilamine inhibited the uptake of [$^3H$]imperatorin competitively. Therefore, imperatorin is actively transported from blood to brain across the blood-brain barrier by passive and carrier-mediated transporter.
Kang, June Hee;Kim, Hyun Ji;Park, Mi Kyung;Lee, Chang Hoon
Biomolecules & Therapeutics
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v.25
no.6
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pp.625-633
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2017
Sphingosylphosphorylcholine (SPC) is one of the bioactive phospholipids that has many cellular functions such as cell migration, adhesion, proliferation, angiogenesis, and $Ca^{2+}$ signaling. Recent studies have reported that SPC induces invasion of breast cancer cells via matrix metalloproteinase-3 (MMP-3) secretion leading to WNT activation. Thrombospondin-1 (TSP-1) is a matricellular and calcium-binding protein that binds to a wide variety of integrin and non-integrin cell surface receptors. It regulates cell proliferation, migration, and apoptosis in inflammation, angiogenesis and neoplasia. TSP-1 promotes aggressive phenotype via epithelial mesenchymal transition (EMT). The relationship between SPC and TSP-1 is unclear. We found SPC induced EMT leading to mesenchymal morphology, decrease of E-cadherin expression and increases of N-cadherin and vimentin. SPC induced secretion of thrombospondin-1 (TSP-1) during SPC-induced EMT of various breast cancer cells. Gene silencing of TSP-1 suppressed SPC-induced EMT as well as migration and invasion of MCF10A cells. An extracellular signal-regulated kinase inhibitor, PD98059, significantly suppressed the secretion of TSP-1, expressions of N-cadherin and vimentin, and decrease of E-cadherin in MCF10A cells. ERK2 siRNA suppressed TSP-1 secretion and EMT. From online PROGgene V2, relapse free survival is low in patients having high TSP-1 expressed breast cancer. Taken together, we found that SPC induced EMT and TSP-1 secretion via ERK2 signaling pathway. These results suggests that SPC-induced TSP-1 might be a new target for suppression of metastasis of breast cancer cells.
Ye, Nanhui;Wang, Hang;Hong, Jing;Zhang, Tao;Lin, Chaotong;Meng, Chun
Biomolecules & Therapeutics
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v.24
no.1
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pp.40-48
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2016
The pregnane X receptor (PXR), a liver and intestine specific receptor,, has been reported to be related with the repression of inflammation as well as activation of cytochromosome P450 3A (CYP3A) expression. We examined the effect of PXR on tetrachloromethane (CCl4)-induced mouse liver inflammation in this work. Ginkgolide A, one main component of Ginkgo biloba extracts (GBE), activated PXR and enhanced PXR expression level, displayed both significant therapeutic effect and preventive effect against $CCl_4$-induced mouse hepatitis. siRNA-mediated decrease of PXR expression significantly reduced the efficacy of Ginkgolide A in treating $CCl_4$-induced inflammation in mice. Flavonoids, another important components of GBE, were shown anti-inflammatory effect in a different way from Ginkgolide A which might be independent on PXR because flavonoids significantly inhibited CYP3A11 activities in mice. The results indicated that anti-inflammatory effect of PXR might be mediated by enhancing transcription level of $I{\kappa}B{\alpha}$ through binding of $I{\kappa}B{\alpha}$. Inhibition of NF-${\kappa}B$ activity by NF-${\kappa}B$-specific suppressor $I{\kappa}B{\alpha}$ is one of the potential mechanisms of Ginkgolide A against CCl4-induced liver inflammation.
The clinical benefits of oncogenic BRAF inhibitor therapies are limited by the emergence of drug resistance. In this study, we investigated the role of a negative regulator of the MAPK pathway, Spry2, in acquired resistance using BRAF inhibitor-resistant derivatives of the BRAF-V600E melanoma (A375P/Mdr). Real-time RT-PCR analysis indicated that the expression of Spry2 was higher in A375P cells harboring the BRAF V600E mutation compared with wild-type BRAF-bearing cells (SK-MEL-2) that are resistant to BRAF inhibitors. This result suggests the ability of BRAF V600E to evade feedback suppression in cell lines with BRAF V600E mutations despite high Spry2 expression. Most interestingly, Spry2 exhibited strongly reduced expression in A375P/Mdr cells with acquired resistance to BRAF inhibitors. Furthermore, the overexpression of Spry2 partially restored sensitivity to the BRAF inhibitor PLX4720 in two BRAF inhibitor-resistant cells, indicating a positive role for Spry2 in the growth inhibition induced by BRAF inhibitors. On the other hand, long-term treatment with PLX4720 induced pERK reactivation following BRAF inhibition in A375P cells, indicating that negative feedback including Spry2 may be bypassed in BRAF mutant melanoma cells. In addition, the siRNA-mediated knockdown of Raf-1 attenuated the rebound activation of ERK stimulated by PLX4720 in A375P cells, strongly suggesting the positive role of Raf-1 kinase in ERK activation in response to BRAF inhibition. Taken together, these data suggest that RAF signaling may be released from negative feedback inhibition through interacting with Spry2, leading to ERK rebound and, consequently, the induction of acquired resistance to BRAF inhibitors.
Adipocytes undergo adipocyte stress in the excessive presence of lipid. Adipocyte stress accompanies the typical signs of endoplasmic reticulum (ER) stress: unfolded protein response and overexpression of molecular chaperones. Apoptotic induction in adipocytes is known as a good strategy for treating obesity. The drug "tunicamycin" was tested for its therapeutic potential in inducing apoptosis on differentiating adipocytes of 3T3-L1. When the 3T3-L1 cells, stimulated for adipogenesis, were treated with tunicamycin, they showed typical ER stress symptoms. Despite progression in ER stress, however, the differentiated 3T3-L1 hardly proceeded to apoptosis based on the CHOP protein expression and FACS analysis. This is very different from C2C12, the myogenic counterpart of 3T3-L1, which showed significant apoptosis along with ER stress. This study also characterizes a potential mechanism whereby adipocyte may avoid apoptosis to sustain the pathological state of obesity. The level of GRP94 expression significantly upholds in 3T3-L1 under tunicamycin treatment compared to preadipocytes and C2C-12. When GRP94 expression was inhibited by siRNA, 3T3-L1 showed a higher level of CHOP expression compared to C2C12 cells. In conclusion, adipocytes exert an anti-apoptotic mechanism under ER stress caused by tunicamycin; thus, apoptotic induction in adipocyte is not a viable anti-obesity option. The unusual level of GRP94 may serve as a key role whereby adipocytes reach to the obesity level circumventing the apoptosis.
Human breast cancer cell line, MDA-MB-231, is highly invasive and aggressive, compared to less invasive cell line, MCF-7. To explore the genes that might influence the malignancy of MDA-MB-231, DNA microarray analysis was performed. The results showed that G0/G1 switch 2 (G0S2) was one of the most highly expressed genes among the genes upregulated in MDA-MB-231. Although G0S2 acts as a direct inhibitor of adipose triglyceride lipase, action of G0S2 in cancer progression is not yet understood. To investigate whether G0S2 affects invasiveness of MDA-MB-231 cells, G0S2 expression was inhibited using siRNA, which led to decreased cell proliferation, migration, and invasion of MDA-MB-231 cells. Consequently, G0S2 inhibition inactivated integrin-regulated FAK-Src signaling, which promoted Hippo signaling and inactivated ERK1/2 signaling. In addition, G0S2 downregulation decreased ${\beta}$-catenin expression, while E-cadherin expression was increased. It was demonstrated for the first time that G0S2 mediates the Hippo pathway and induces epithelial to mesenchymal transition (EMT). Taken together, our results suggest that G0S2 is a major factor contributing to cell survival and metastasis of MDA-MB-231 cells.
Paeonol has neuroprotective function, which could be useful for improving central nervous system disorder. The purpose of this study was to characterize the functional mechanism involved in brain transport of paeonol through blood-brain barrier (BBB). Brain transport of paeonol was characterized by internal carotid artery perfusion (ICAP), carotid artery single injection technique (brain uptake index, BUI) and intravenous (IV) injection technique in vivo. The transport mechanism of paeonol was examined using conditionally immortalized rat brain capillary endothelial cell line (TR-BBB) as an in vitro model of BBB. Brain volume of distribution (VD) of [$^3H$]paeonol in rat brain was about 6-fold higher than that of [$^{14}C$]sucrose, the vascular space marker of BBB. The uptake of [$^3H$]paeonol was concentration-dependent. Brain volume of distribution of paeonol and BUI as in vivo and inhibition of analog as in vitro studies presented significant reduction effect in the presence of unlabeled lipophilic compounds such as paeonol, imperatorin, diphenhydramine, pyrilamine, tramadol and ALC during the uptake of [$^3H$]paeonol. In addition, the uptake significantly decreased and increased at the acidic and alkaline pH in both extracellular and intracellular study, respectively. In the presence of metabolic inhibitor, the uptake reduced significantly but not affected by sodium free or membrane potential disruption. Similarly, paeonol uptake was not affected on OCTN2 or rPMAT siRNA transfection BBB cells. Interestingly. Paeonol is actively transported from the blood to brain across the BBB by a carrier mediated transporter system.
Zhang, Lijun;Park, Jeoung Yun;Zhao, Dong;Kwon, Hak Cheol;Yang, Hyun Ok
Biomolecules & Therapeutics
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v.29
no.6
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pp.615-629
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2021
An active compound, triterpene saponin, astersaponin I (AKNS-2) was isolated from Aster koraiensis Nakai (AKNS) and the autophagy activation and neuroprotective effect was investigated on in vitro and in vivo Parkinson's disease (PD) models. The autophagy-regulating effect of AKNS-2 was monitored by analyzing the expression of autophagy-related protein markers in SH-SY5Y cells using Western blot and fluorescent protein quenching assays. The neuroprotection of AKNS-2 was tested by using a 1-methyl-4-phenyl-2,3-dihydropyridium ion (MPP+)-induced in vitro PD model in SH-SY5Y cells and an MPTP-induced in vivo PD model in mice. The compound-treated SH-SY5Y cells not only showed enhanced microtubule-associated protein 1A/1B-light chain 3-II (LC3-II) and decreased sequestosome 1 (p62) expression but also showed increased phosphorylated extracellular signal-regulated kinases (p-Erk), phosphorylated AMP-activated protein kinase (p-AMPK) and phosphorylated unc-51-like kinase (p-ULK) and decreased phosphorylated mammalian target of rapamycin (p-mTOR) expression. AKNS-2-activated autophagy could be inhibited by the Erk inhibitor U0126 and by AMPK siRNA. In the MPP+-induced in vitro PD model, AKNS-2 reversed the reduced cell viability and tyrosine hydroxylase (TH) levels and reduced the induced α-synuclein level. In an MPTP-induced in vivo PD model, AKNS-2 improved mice behavioral performance, and it restored dopamine synthesis and TH and α-synuclein expression in mouse brain tissues. Consistently, AKNS-2 also modulated the expressions of autophagy related markers in mouse brain tissue. Thus, AKNS-2 upregulates autophagy by activating the Erk/mTOR and AMPK/mTOR pathways. AKNS-2 exerts its neuroprotective effect through autophagy activation and may serve as a potential candidate for PD therapy.
Cereblon (CRBN), a substrate receptor of cullin 4-RING E3 ligase (CRL4) regulates the ubiquitination and degradation of c-Jun, mediating the lipopolysaccharide-induced cellular response. However, the upstream signaling pathway that regulates this process is unknown. In this study, we describe how endoplasmic reticulum (ER) stress reversely regulates sequestosome-1 (p62)and c-Jun protein levels. Furthermore, our study reveals that expression of p62 attenuates c-Jun protein levels through the ubiquitinproteasome system. Conversely, siRNA knockdown of p62 elevates c-Jun protein levels. Immunoprecipitation and immunoblotting experiments demonstrate that p62 interacts with c-Jun and CRBN to form a ternary protein complex. Moreover, we find that CRBN knockdown completely abolishes the inhibitory effect of p62 on c-Jun. Using brefeldin A as an inducer of ER stress, we demonstrate that the p62/c-Jun axis participates in the regulation of ER stress-induced apoptosis, and that CRBN is required for this regulation. In summary, we have identified an upstream signaling pathway, which regulates p62-mediated c-Jun degradation. Our findings elucidate the underlying molecular mechanism by which p62/c-Jun axis regulates the ER stress-induced apoptosis, and provide a new molecular connection between ER stress and apoptosis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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