Phasic and tonic ${\gamma}$-aminobutyric acidA ($GABA_A$) receptor-mediated inhibition critically regulate neuronal information processing. As these two inhibitory modalities have distinctive features in their receptor composition, subcellular localization of receptors, and the timing of receptor activation, it has been thought that they might exert distinct roles, if not completely separable, in the regulation of neuronal function. Inhibition should be maintained and regulated depending on changes in network activity, since maintenance of excitation-inhibition balance is essential for proper functioning of the nervous system. In the present study, we investigated how phasic and tonic inhibition are maintained and regulated by different signaling cascades. Inhibitory postsynaptic currents were measured as either electrically evoked events or spontaneous events to investigate regulation of phasic inhibition in layer 2/3 pyramidal neurons of the rat visual cortex. Tonic inhibition was assessed as changes in holding currents by the application of the $GABA_A$ receptor blocker bicuculline. Basal tone of phasic inhibition was maintained by intracellular $Ca^{2+}$ and $Ca^{2+}$/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII). However, maintenance of tonic inhibition relied on protein kinase A activity. Depolarization of membrane potential (5 min of 0 mV holding) potentiated phasic inhibition via $Ca^{2+}$ and CaMKII but tonic inhibition was not affected. Thus, phasic and tonic inhibition seem to be independently maintained and regulated by different signaling cascades in the same cell. These results suggest that neuromodulatory signals might differentially regulate phasic and tonic inhibition in response to changes in brain states.
Kim, Inyoung;Kim, Jung Ha;Kim, Kabsun;Seong, Semun;Kim, Nacksung
BMB Reports
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v.50
no.9
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pp.454-459
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2017
Tumor suppressor candidate 2 (Tusc2, also known as Fus1) regulates calcium signaling, and $Ca^{2+}$-dependent nuclear factor of activated T-cells (NFAT) and nuclear factor kappa B ($NF-{\kappa}B$) pathways, which play roles in osteoclast differentiation. However, the role of Tusc2 in osteoclasts remains unknown. Here, we report that Tusc2 positively regulates the differentiation of osteoclasts. Overexpression of Tusc2 in osteoclast precursor cells enhanced receptor activator of nuclear factor ${\kappa}B$ ligand (RANKL)-induced osteoclast differentiation. In contrast, small interfering RNA-mediated knockdown of Tusc2 strongly inhibited osteoclast differentiation. In addition, Tusc2 induced the activation of RANKL-mediated $NF-{\kappa}B$ and calcium/calmodulin-dependent kinase IV (CaMKIV)/cAMP-response element (CRE)-binding protein CREB signaling cascades. Taken together, these results suggest that Tusc2 acts as a positive regulator of RANKL-mediated osteoclast differentiation.
Inflammation is one of the main causes of pathologic pain. Knowledge of the molecular links between inflammatory signals and pain-mediating neuronal signals is essential for understanding the mechanisms behind pain exacerbation. Some inflammatory mediators directly modulate the excitability of pain-mediating neurons by contacting the receptor molecules expressed in those neurons. For decades, many discoveries have accumulated regarding intraneuronal signals from receptor activation through electrical depolarization for bradykinin, a major inflammatory mediator that is able to both excite and sensitize pain-mediating nociceptor neurons. Here, we focus on the final effectors of depolarization, the neuronal ion channels, whose functionalities are specifically affected by bradykinin stimulation. Particular G-protein coupled signaling cascades specialized for each specific depolarizer ion channels are summarized. Some of these ion channels not only serve as downstream effectors but also play critical roles in relaying specific pain modalities such as thermal or mechanical pain. Accordingly, specific pain phenotypes altered by bradykinin stimulation are also discussed. Some members of the effector ion channels are both activated and sensitized by bradykinin-induced neuronal signaling, while others only sensitized or inhibited, which are also introduced. The present overview of the effect of bradykinin on nociceptor neuronal excitability at the molecular level may contribute to better understanding of an important aspect of inflammatory pain and help future design of further research on the components involved and pain modulating strategies.
Attar, Rukset;Gasparri, Maria Luisa;Di Donato, Violante;Yaylim, Ilhan;Halim, Talha Abdul;Zaman, Farrukh;Farooqi, Ammad Ahmad
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.15
no.8
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pp.3359-3362
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2014
Increasing attention is being devoted to the mechanisms by which cells receive signals and then translate these into decisions for growth, death, or migration. Recent findings have presented significant breakthroughs in developing a deeper understanding of the activation or repression of target genes and proteins in response to various stimuli and of how they are assembled during signal transduction in cancer cells. Detailed mechanistic insights have unveiled new maps of linear and integrated signal transduction cascades, but the multifaceted nature of the pathways remains unclear. Although new layers of information are being added regarding mechanisms underlying ovarian cancer and how polymorphisms in VDR gene influence its development, the findings of this research must be sequentially collected and re-interpreted. We divide this multi-component review into different segments: how vitamin D modulates molecular network in ovarian cancer cells, how ovarian cancer is controlled by tumor suppressors and oncogenic miRNAs and finally how vitamin D signaling regulates miRNA expression. Intra/inter-population variability is insufficiently studied and a better understanding of genetics of population will be helpful in getting a step closer to personalized medicine.
Hwi-Won Jeong;Tae Ho Ryu;Hyo-Jeong Lee;Kook-Hyung Kim;Rae-Dong Jeong
The Plant Pathology Journal
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v.39
no.5
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pp.449-465
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2023
Plants are challenged by various pathogens throughout their lives, such as bacteria, viruses, fungi, and insects; consequently, they have evolved several defense mechanisms. In addition, plants have developed localized and systematic immune responses due to biotic and abiotic stress exposure. Animals are known to activate DNA damage responses (DDRs) and DNA damage sensor immune signals in response to stress, and the process is well studied in animal systems. However, the links between stress perception and immune response through DDRs remain largely unknown in plants. To determine whether DDRs induce plant resistance to pathogens, Arabidopsis plants were treated with bleomycin, a DNA damage-inducing agent, and the replication levels of viral pathogens and growth of bacterial pathogens were determined. We observed that DDR-mediated resistance was specifically activated against viral pathogens, including turnip crinkle virus (TCV). DDR increased the expression level of pathogenesis-related (PR) genes and the total salicylic acid (SA) content and promoted mitogen-activated protein kinase signaling cascades, including the WRKY signaling pathway in Arabidopsis. Transcriptome analysis further revealed that defense-and SA-related genes were upregulated by DDR. The atm-2atr-2 double mutants were susceptible to TCV, indicating that the main DDR signaling pathway sensors play an important role in plant immune responses. In conclusion, DDRs activated basal immune responses to viral pathogens.
Ginseng has gained its popularity as an adaptogen since ancient days because of its triterpenoid saponins, known as ginsenosides. These triterpenoid saponins are unique and classified as protopanaxatriol and protopanaxadiol saponins based on their glycosylation patterns. They play many protective roles in humans and are under intense research as various groups continue to study their efficacy at the molecular level in various disorders. Ginsenosides Rb1 and Rg1 are the most abundant ginsenosides present in ginseng roots, and they confer the pharmacological properties of the plant, whereas ginsenoside Rg3 is abundantly present in Korean Red Ginseng preparation, which is highly known for its anticancer effects. These ginsenosides have a unique mode of action in modulating various signaling cascades and networks in different tissues. Their effect depends on the bioavailability and the physiological status of the cell. Mostly they amplify the response by stimulating phosphotidylinositol-4,5-bisphosphate 3-kinase/protein kinase B pathway, caspase-3/caspase-9-mediated apoptotic pathway, adenosine monophosphate-activated protein kinase, and nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells signaling. Furthermore, they trigger receptors such as estrogen receptor, glucocorticoid receptor, and N-methyl-$\text\tiny{D}$-aspartate receptor. This review critically evaluates the signaling pathways attenuated by ginsenosides Rb1, Rg1, and Rg3 in various tissues with emphasis on cancer, diabetes, cardiovascular diseases, and neurodegenerative disorders.
Shim, Hye-Young;Park, Jong-Hwa;Paik, Hyun-Dong;Nah, Seung-Yeol;Kim, Darrick S.H.L.;Han, Ye Sun
Molecules and Cells
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v.24
no.1
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pp.95-104
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2007
The mechanism of acacetin-induced apoptosis of human breast cancer MCF-7 cells was investigated. Acacetin caused 50% growth inhibition ($IC_{50}$) of MCF-7 cells at $26.4{\pm}0.7{\mu}M$ over 24 h in the MTT assay. Apoptosis was characterized by DNA fragmentation and an increase of sub-G1 cells and involved activation of caspase-7 and PARP (poly-ADP-ribose polymerase). Maximum caspase 7 activity was observed with $100{\mu}M$ acacetin for 24 h. Caspase 8 and 9 activation cascades mediated the activation of caspase 7. Acacetin caused a reduction of Bcl-2 expression leading to an increase of the Bax:Bcl-2 ratio. It also caused a loss of mitochondrial membrane potential that induced release of cytochrome c and apoptosis inducing factor (AIF) into the cytoplasm, enhancing ROS generation and subsequently resulting in apoptosis. Pretreatment of cells with N-acetylcysteine (NAC) reduced ROS generation and cell growth inhibition, and pretreatment with NAC or a caspase 8 inhibitor (Z-IETD-FMK) inhibited the acacetin-induced loss of mitochondrial membrane potential and release of cytochrome c and AIF. Stress-activated protein kinase/c-Jun $NH_4$-terminal kinase 1/2 (SAPK/JNK1/2) and c-Jun were activated by acacetin but extracellular-regulated kinase 1/2 (Erk1/2) nor p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) were not. Our results show that acacetin-induced apoptosis of MCF-7 cells is mediated by caspase activation cascades, ROS generation, mitochondria-mediated cell death signaling and the SAPK/JNK1/2-c-Jun signaling pathway, activated by acacetin-induced ROS generation.
Kim, Joo-Young;Byeon, Se-Eun;Lee, Yong-Gyu;Lee, Ji-Yeon;Park, Jong-Sun;Hong, Eock-Ki;Cho, Jae-Youl
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.18
no.1
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pp.95-103
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2008
Mushrooms are regarded as one of the well-known foods and biopharmaceutical materials with a great deal of interest. Polysaccharide ${\beta}$-glucan is the major component of mushrooms that displays various biological activities such as antidiabetic, anticancer, and antihyperlipidemic effects. In this study, we compared the immunostimulatory potency of polysaccharide fractions, prepared from liquid culture of pine-mushroom Tricholoma matsutake, with a potent immunogen lipopolysaccharide (LPS), and their molecular mechanisms on the functional activation of macrophages. We found that fraction II (TMF-II) was able to comparably upregulate or highly enhance the phenotypic functions of macrophages such NO production and cytokine (IL-$1{\beta}$, IL-6, IL-12, and TNF-${\alpha}$) expression, to LPS. TMF-II triggered the phosphorylation of $I{\kappa}B{\alpha}$, a critical step for NF-${\kappa}B$ activation and translocation. Of the upstream signaling enzymes tested, Src and Akt were thought to be the responsible upstream signaling components in induction of NO production, although TMF-II strongly upregulated the phosphorylation of all MAPK pathways. Therefore, our data suggest that T. matsutake-derived ${\beta}$-glucan may exert its immunostimulating activities with similar potency to LPS via activation of multiple signaling pathways linked to NF-${\kappa}B$ activation.
As highly conserved signaling cascades of multicellular organisms, Wnt and Hippo pathways control a wide range of cellular activities, including cell adhesion, fate determination, cell cycle, motility, polarity, and metabolism. Dysregulation of those pathways are implicated in many human diseases, including cancer. Similarly to ${\beta}-catenin$ in the Wnt pathway, the YAP transcription co-activator is a major player in Hippo. Although the intracellular dynamics of YAP are well-known to largely depend on phosphorylation by LATS and AMPK kinases, the molecular effector of YAP cytosolic translocation remains unidentified. Recently, we reported that the Dishevelled (DVL), a key scaffolding protein between canonical and non-canonical Wnt pathway, is responsible for nuclear export of phosphorylated YAP. The DVL is also required for YAP intracellular trafficking induced by E-cadherin, ${\alpha}-catenin$, or metabolic stress. Note that the p53/LATS2 and LKB1/AMPK tumor suppressor axes, commonly inactivated in human cancer, govern the reciprocal inhibition between DVL and YAP. Conversely, loss of the tumor suppressor allows co-activation of YAP and Wnt independent of epithelial polarity or contact inhibition in human cancer. These observations provide novel mechanistic insight into (1) a tight molecular connection merging the Wnt and Hippo pathways, and (2) the importance of tumor suppressor contexts with respect to controlled proliferation and epithelial polarity regulated by cell adhesion.
Kim, Min Jeong;Kim, Ju Gyeong;Sydara, Kong Many;Lee, Sang Woo;Jung, Sung Keun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.30
no.4
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pp.490-496
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2020
Consumption of anti-inflammatory nutraceuticals may help treat or prevent inflammation-related illnesses such as diabetes, cardiovascular disease, and cancer. This study evaluated the effect of Croton hirtus L'Hér extract (CHE) on lipopolysaccharide (LPS)-induced nitric oxide (NO) production and nuclear factor kappa-B (NF-κB) signaling cascades. CHE significantly suppressed LPS-induced NO production and inducible nitric oxide synthase (iNOS) expression in RAW264.7 macrophages, although cyclooxygenase (COX)-2 expression was not affected. CHE also suppressed LPS-induced IκB kinase (IKK), IκB, and p65 phosphorylation in RAW264.7 cells. Western blot and immunofluorescence assays of cytosol and nuclear p65 and the catalytic subunit of NF-κB showed that CHE suppressed LPS-induced p65 translocation from the cytosol to the nucleus. CHE also suppressed LPS-induced Interleukin (IL)-6 and tumor necrosis factor (TNF)-α production in RAW264.7 cells. These results suggest that CHE prevents NO-mediated inflammation by suppressing NF-κB and inflammatory cytokines.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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