Aging is the strongest risk factor for cancer development, suggesting that molecular crosstalks between aging and tumorigenesis exist in many cellular pathways. Recently, Sirtuins (Sirt1-7), the mammalian homologues of aging-related $sir2{\alpha}$ in yeast, have been shown to modulate several major cellular pathways, such as DNA repair, inflammation, metabolism, cell death, and proliferation in response to diverse stresses, and may serve as a possible molecular link between aging and tumorignenesis. In addition, growing evidence suggests that sirtuins are directly implicated in the development of cancer, and they can act as either a tumor suppressor or promoter, depending on the cellular context and tumor types. While the functions of Sirt1 in tumorigenesis have been reported and reviewed in many studies, the connection between sirtuins 2-7 and the development of cancer is less established. Thus, this review will present the recent updates on the emerging roles of Sirt2-7 members in carcinogenesis.
Park, Sora;Thomas, Shalom Sara;Cha, Youn-Soo;Kim, Kyung-Ah
Journal of Nutrition and Health
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v.53
no.6
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pp.583-595
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2020
Purpose: This study examined the effects of Sargassum horneri extracts on palmitic acid (PA)-induced endoplasmic reticulum (ER) stress in HepG2 cells. Methods: HepG2 cells were treated with varying concentrations of S. horneri extract or PA, and the cell viability was measured by water soluble tetrazolium salts analysis. The effective induction of ER stress and the effects of S. horneri were investigated through an examination of the ER stress-related genes, such as activating transcription factor 4 (ATF4), X-box binding protein (XBP1s), C/EBP homologous protein (CHOP), and 78-kDa glucose-regulated protein (GRP78) by quantitative reverse transcription polymerase chain reaction. The expression and activation levels of unfolded protein response (UPR) associated proteins, such as inositol-requiring enzyme-1α (IRE1α), eukaryotic translation initiation factor 2 alpha submit (eIF2α), and CHOP were examined by western blot analysis. Results: The treatment with PA increased the expression of UPR associated genes significantly and induced ER stress in a 12-hour treatment. Subsequent treatment with S. horneri reduced mRNA expression of ATF4, GRP78, and XBP1s. In addition, the protein levels of phosphate (p)-IRE1α, p-elF2α, and CHOP were also reduced by a treatment with S. horneri. An analysis of sirtuin (SIRT) mRNA expression in the S. horneri and PA-treated HepG2 cells showed that S. horneri increased the levels of SIRT2, SIRT6, and SIRT7, which indicates a possible role in reducing the expression of ER stress-related genes. Conclusion: These data indicate that S. horneri can exert an inhibitory effect on ER stress caused by PA and highlight its potential as an agent for managing various ER stress-related diseases.
Aging is associated with functional and structural declines in organisms over time. Organisms as diverse as the nematode Caenorhabditis elegans and mammals share signaling pathways that regulate aging and lifespan. In this review, we discuss recent combinatorial approach to aging research employing C. elegans and mammalian systems that have contributed to our understanding of evolutionarily conserved aging-regulating pathways. The topics covered here include insulin/IGF-1, mechanistic target of rapamycin (mTOR), and sirtuin signaling pathways; dietary restriction; autophagy; mitochondria; and the nervous system. A combinatorial approach employing high-throughput, rapid C. elegans systems, and human model mammalian systems is likely to continue providing mechanistic insights into aging biology and will help develop therapeutics against age-associated disorders.
Da-Eun Min;Sung-Kwon Lee;Hae Jin Lee;Bong-Keun Choi;Dong-Ryung Lee
Journal of Applied Biological Chemistry
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v.66
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pp.186-196
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2023
Dyglomera® is an aqueous ethanol extract derived from the fruit and pods of Dichrostachys glomerata. A previous study has revealed that Dyglomera regulates adipogenesis and lipolysis by modulating AMP-activated protein kinase (AMPK) phosphorylation and increased expression levels of lipolysis-related proteins in white adipose tissue of high fat diet-induced mice and 3T3-L1 adipocyte cells. To further investigate mechanisms of Dyglomera, additional studies were performed using 3T3-L1 cells. Results revealed that Dyglomera downregulated adipogenesis by inhibiting the protein kinase B/mammalian target of rapamycin signaling pathway and reconfirmed that it downregulated gene expression levels of proliferator-activated receptor (PPAR)-γ, CCAAT enhancer binding protein α, sterol-regulation element-binding protein-1c. Dyglomera also reduced adipokines such as tumor necrosis factor alpha, interleukin-1β, and interleukin 6 by regulating leptin expression. Moreover, Dyglomera promoted beige-and-brown adipocyte-related phenotypes and regulated metabolism by increasing mitochondrial number and expression levels of genes such as T-box protein 1, transmembrane protein 26, PR domain 16, and cluster of differentiation 40 as well as thermogenic factors such as uncoupling protein 1, proliferator-activated receptor-gamma co-activator-1α, Sirtuin 1, and PPARα through AMPK activation. Thus, Dyglomera not only can inhibit adipogenesis, but also can promote lipolysis and thermogenesis and regulate metabolism by affecting adipokine secretion from 3T3-L1 adipocytes.
BACKGROUND/OBJECTIVES: To investigate the effect and regulatory mechanism of resveratrol supplementation on the mitochondrial energy metabolism of rats with exercise-induced fatigue. MATERIALS/METHODS: Forty-eight Sprague-Dawley male rats were divided randomly into a blank control group (C), resveratrol group (R), exercise group (E), and exercise and resveratrol group (ER), with 12 rats in each group. Group ER and group E performed 6-wk swimming training with 5% wt-bearing, 60 min each time, 6 days a wk. Group ER was given resveratrol 50 mg/kg by gavage one hour after exercise; group R was only given resveratrol 50 mg/kg by gavage; group C and group E were fed normally. The same volume of solvent was given by gavage every day. RESULTS: Resveratrol supplementation could reduce the plasma blood urea nitrogen content, creatine kinase activity, and malondialdehyde content in the skeletal muscle, increase the total superoxide dismutase activity in the skeletal muscle, and improve the fatigue state. Resveratrol supplementation could improve the activities of Ca2+-Mg2+-ATPase, Na+-K+-ATPase, succinate dehydrogenase, and citrate synthase in the skeletal muscle. Furthermore, resveratrol supplementation could up-regulate the sirtuin 1 (SIRT1)-proliferator-activated receptor gamma coactivator-1α (PGC-1α)-nuclear respiratory factor 1 pathway. CONCLUSIONS: Resveratrol supplementation could promote mitochondrial biosynthesis via the SIRT1/PGC-1α pathway, increase the activity of the mitochondrial energy metabolism-related enzymes, improve the antioxidant capacity of the body, and promote recovery from exercise-induced fatigue.
Kang, Yea Eun;Shong, Minho;Kim, Jin Man;Koo, Bon Seok
International journal of thyroidology
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v.11
no.2
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pp.143-151
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2018
Background and Objectives: Sirtuins (SIRTs) play important roles in cellular and organismal homeostasis. They have distinct gene expression patterns in various cancers; however, the relationship between SIRT expression and the progression of thyroid cancer is unclear. We investigated the expression of SIRTs in patients with papillary thyroid carcinoma (PTC) and their role as biomarkers for predicting the aggressiveness of this disease. Materials and Methods: We used immunohistochemical staining to evaluate the expression of SIRT1 and SIRT3 in tumor specimens from 270 patients with PTC. We also evaluated the potential association between SIRT expression and diverse clinicopathological features. Results: High SIRT1 expression was negatively correlated with lymphovascular invasion, central lymph node metastasis, and lateral lymph node metastasis. Multivariate analyses revealed that high SIRT1 expression was a negative independent risk factor for lateral lymph node metastasis. By contrast, high SIRT3 expression was positively correlated with locoregional recurrence. Interestingly, when patients were grouped by tumor SIRT expression patterns, the group with low SIRT1 expression and high SIRT3 expression was correlated with more aggressive cancer phenotypes including central lymph node metastasis and lateral lymph node metastasis. Conclusion: Our results suggest that SIRTs play dual roles in tumor progression, and the combination of decreased SIRT1 expression and increased SIRT3 expression is significantly associated with a poor prognosis in patients with PTC.
Oxidative stress-induced mitochondrial dysfunction is implicated in the pathogenesis of intervertebral disc degeneration (IVDD). Sirtuin 3 (SIRT3), a sirtuin family protein located in mitochondria, is essential for mitochondrial homeostasis; however, the role of SIRT3 in the process of IVDD has remained elusive. Here, we explored the expression of SIRT3 in IVDD in vivo and in vitro; we also explored the role of SIRT3 in senescence, apoptosis, and mitochondrial homeostasis under oxidative stress. We subsequently activated SIRT3 using honokiol to evaluate its therapeutic potential for IVDD. We assessed SIRT3 expression in degenerative nucleus pulposus (NP) tissues and oxidative stress-induced nucleus pulposus cells (NPCs). SIRT3 was knocked down by lentivirus and activated by honokiol to determine its role in oxidative stress-induced NPCs. The mechanism by which honokiol affected SIRT3 regulation was investigated in vitro, and the therapeutic potential of honokiol was assessed in vitro and in vivo. We found that the expression of SIRT3 decreased with IVDD, and SIRT3 knockdown reduced the tolerance of NPCs to oxidative stress. Honokiol ($10{\mu}M$) improved the viability of NPCs under oxidative stress and promoted their properties of anti-oxidation, mitochondrial dynamics and mitophagy in a SIRT3-dependent manner. Furthermore, honokiol activated SIRT3 through the AMPK-PGC-$1{\alpha}$ signaling pathway. Moreover, honokiol treatment ameliorated IVDD in rats. Our study indicated that SIRT3 is involved in IVDD and showed the potential of the SIRT3 agonist honokiol for the treatment of IVDD.
Cellular replicative senescence is a major contributing factor to aging and to the development and progression of aging-associated diseases. In this study, we sought to determine viral replication efficiency of influenza virus (IFV) and Varicella Zoster Virus (VZV) infection in senescent cells. Primary human bronchial epithelial cells (HBE) or human dermal fibroblasts (HDF) were allowed to undergo numbers of passages to induce replicative senescence. Induction of replicative senescence in cells was validated by positive senescence-associated b-galactosidase staining. Increased susceptibility to both IFV and VZV infection was observed in senescent HBE and HDF cells, respectively, resulting in higher numbers of plaque formation, along with the upregulation of major viral antigen expression than that in the non-senescent cells. Interestingly, mRNA fold induction level of virus-induced type I interferon (IFN) was attenuated by senescence, whereas IFN-mediated antiviral effect remained robust and potent in virus-infected senescent cells. Additionally, we show that a longevity-promoting gene, sirtuin 1 (SIRT1), has antiviral role against influenza virus infection. In conclusion, our data indicate that enhanced viral replication by cellular senescence could be due to senescence-mediated reduction of virus-induced type I IFN expression.
Ja Young Jeon;Sung-E Choi;Eun Suk Ha;Han Byeol Lee;Tae Ho Kim;Seung Jin Han;Hae Jin Kim;Dae Jung Kim;Yup Kang;Kwan-Woo Lee
International Journal of Molecular Medicine
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v.44
no.3
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pp.1161-1171
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2019
The present study investigated whether glucagon like peptide-1 (GLP-1) improves glucose uptake through glucose transporter type 4 (GLUT4), mediated by the activation of sirtuin 1 (SIRT1), in skeletal muscle cells with palmitate induced-insulin resistance. The levels of glucose uptake, GLUT4, protein kinase A (PKA), and cyclic adenosine monophosphate (cAMP) were determined in human skeletal muscle myotubes (HSMMs) exposed to palmitate and GLP-1. Then, to determine whether PKA/cAMP were downstream signals of GLP-1, a PKA inhibitor was used. To determine whether SIRT-1 contributes to GLP-1 action in HSMMs with palmitate-induced insulin resistance, the levels of peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator 1α (PGC1α) deacetylation and SIRT-1 activity were assessed using a SIRT1 inhibitor and small interfering RNA (siRNA). The phosphorylation levels of protein kinase B (Akt) and insulin receptor substrate 1 (IRS-1) as insulin signaling pathways, were assessed in GLP-1-treated HSMMs exposed to palmitate. The influence of SIRT1 on the GLP-1-induced activation of insulin signaling pathway was determined using a SIRT1 inhibitor. GLP-1 restored the palmitate-induced reductions in the levels of glucose uptake, GLUT4 mRNA, GLUT4 promoter activity, and GLUT4 protein in HSMMs. PKA and cAMP, as GLP-1 downstream signals, played a role in this process. GLP-1 increased the deacetylation levels of PGC1α, and stimulated SIRT1 in HSMMs. Moreover, the SIRT1 inhibitor and siRNA of SIRT1 suppressed the effect of GLP-1 on GLUT4 expression in HSMMs exposed to palmitate. The SIRT1 inhibitor also prevented the GLP-1-induced phosphorylation of IRS-1 and Akt in palmitate-treated HSMMs. The present findings suggest that in palmitate-induced insulin-resistant HSMM, GLP-1 activates SIRT1 through the PKA/cAMP pathway, which in turn enhances glucose uptake through GLUT4 and the insulin signaling pathway.
The molecular mechanism underlying autophagy impairment in the retinal pigment epithelium (RPE) in dry age-related macular degeneration (AMD) is not yet clear. Based on the causative role of poly(ADP-ribose) polymerase 1 (PARP1) in RPE necrosis, this study examined whether PARP1 is involved in the autophagy impairment observed during dry AMD pathogenesis. We found that autophagy was downregulated following H2O2-induced PARP1 activation in ARPE-19 cells and olaparib, PARP1 inhibitor, preserved the autophagy process upon H2O2 exposure in ARPE-19 cells. These findings imply that PARP1 participates in the autophagy impairment upon oxidative stress in ARPE-19 cells. Furthermore, PARP1 inhibited autolysosome formation but did not affect autophagosome formation in H2O2-exposed ARPE-19 cells, demonstrating that PARP1 is responsible for impairment of late-stage autophagy in particular. Because PARP1 consumes NAD+ while exerting its catalytic activity, we investigated whether PARP1 impedes autophagy mediated by sirtuin1 (SIRT1), which uses NAD+ as its cofactor. A NAD+ precursor restored autophagy and protected mitochondria in ARPE-19 cells by preserving SIRT1 activity upon H2O2. Moreover, olaparib failed to restore autophagy in SIRT1-depleted ARPE-19 cells, indicating that PARP1 inhibits autophagy through SIRT1 inhibition. Next, we further examined whether PARP1-induced autophagy impairment occurs in the retinas of dry AMD model mice. Histological analyses revealed that olaparib treatment protected mouse retinas against sodium iodate (SI) insult, but not in retinas cotreated with SI and wortmannin, an autophagy inhibitor. Collectively, our data demonstrate that PARP1-dependent inhibition of SIRT1 activity impedes autophagic survival of RPE cells, leading to retinal degeneration during dry AMD pathogenesis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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