Background: T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) is a kind of aggressive hematological cancer, and the PI3K/Akt/mTOR signaling pathway is activated in most patients with T-ALL and responsible for poor prognosis. 20(S)-Ginsenoside Rh2 (20(S)-GRh2) is a major active compound extracted from ginseng, which exhibits anti-cancer effects. However, the underlying anticancer mechanisms of 20(S)-GRh2 targeting the PI3K/Akt/mTOR pathway in T-ALL have not been explored. Methods: Cell growth and cell cycle were determined to investigate the effect of 20(S)-GRh2 on ALL cells. PI3K/Akt/mTOR pathway-related proteins were detected in 20(S)-GRh2-treated Jurkat cells by immunoblotting. Antitumor effect of 20(S)-GRh2 against T-ALL was investigated in xenograft mice. The mechanisms of 20(S)-GRh2 against T-ALL were examined by cell proliferation, apoptosis, and autophagy. Results: In the present study, the results showed that 20(S)-GRh2 decreased cell growth and arrested cell cycle at the G1 phase in ALL cells. 20(S)-GRh2 induced apoptosis through enhancing reactive oxygen species generation and upregulating apoptosis-related proteins. 20(S)-GRh2 significantly elevated the levels of pEGFP-LC3 and autophagy-related proteins in Jurkat cells. Furthermore, the PI3K/Akt/mTOR signaling pathway was effectively blocked by 20(S)-GRh2. 20(S)-GRh2 suppressed cell proliferation and promoted apoptosis and autophagy by suppressing the PI3K/Akt/mTOR pathway in Jurkat cells. Finally, 20(S)-GRh2 alleviated symptoms of leukemia and reduced the number of white blood cells and CD3 staining in the spleen of xenograft mice, indicating antitumor effects against T-ALL in vivo. Conclusion: These findings indicate that 20(S)-GRh2 exhibits beneficial effects against T-ALL through the PI3K/Akt/mTOR pathway and could be a natural product of novel target for T-ALL therapy.
Kim, Eun Ji;Kim, Guen Tae;Kim, Bo Min;Lim, Eun Gyeong;Kim, Sang-Yong;Kim, Young Min
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.45
no.9
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pp.1257-1264
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2016
Extracts from Artemisia annua $Linn\acute{e}$ (AAE) have various functions (anti-malaria, anti-virus, and anti-oxidant). However, the mechanism of the effects of AAE is not well known. Thus, we determined the apoptotic effects of AAE in AGS human gastric carcinoma cells. In this study, we suggested that AAE may exert cancer cell apoptosis through the Akt/mammalian target of rapamycin (mTOR)/glycogen synthase kinase (GSK)-$3{\beta}$ signal pathway and mitochondria-mediated apoptotic proteins. Activation by Akt phosphorylation resulted in cell proliferation through phosphorylation of tuberous sclerosis complex 2 (TSC2), mTOR, and GSK-$3{\beta}$. Thus, de-phosphorylation of Akt inhibited cell proliferation and induced apoptosis through inhibition of Akt, mTOR, phosphorylation of GSK-$3{\beta}$ at serine9, and control of Bcl-2 family members. Inhibition of GSK-$3{\beta}$ attenuated loss of mitochondrial membrane potential and release of cytochrome C. Bax and pro-apoptotic proteins were activated by their translocation into mitochondria from the cytosol. Translocation of Bax induced outer membrane transmission and generated apoptosis through cytochrome C release and caspase activity. We also measured 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide assay, lactate dehydrogenase assay, Hoechst 33342 staining, Annexin V-PI staining, 5,5',6,6'-tetrachloro-1,1',3,3'-tetraethyl-imidacarbocyanine iodide staining, and Western blotting. Accordingly, our study showed that AAE treatment to AGS cells resulted in inhibition of Akt, TSC2, GSK-$3{\beta}$-phosphorylated, Bim, Bcl-2, and pro-caspase 3 as well as activation of Bax and Bak expression. These results indicate that AAE induced apoptosis via a mitochondrial event through regulation of the Akt/mTOR/GSK-$3{\beta}$ signaling pathways.
Kim, Bo Min;Kim, Guen Tae;Lim, Eun Gyeong;Kim, Eun Ji;Kim, Sang Yong;Ha, Sung Ho;Kim, Young Min
KSBB Journal
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v.30
no.5
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pp.223-229
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2015
In this study, extract from Artemisia annua in L. (AAE) is known as a medicinal herb that is effective against cancer. The cell cycle is regulated by the activation of cyclin-dependent kinase (CDK)/cyclin complex. We will focus on regulation of CDK2 by cyclin E. cyclin E is associated with CDK2 to regulate progression from G1 into S phase. Akt is known to play an important role in cell proliferation and cell survival. Activation of Akt increases mTOR activity that promotes cell proliferation and cancer growth. In this study, we investigated that AAE-induced cell cycle arrest at G1/S phase in HCT116 colon cancer. Treatment of AAE shows that reduced activation of Akt decreases mTOR/Mdm2 activity and then leads to increase the activation of p53. The active p53 promotes activation of p21. p21 induces inactivation of CDK2/cyclin E complex and occurs cell cycle arrest at G1/S phase. We treated LY294002 (Akt inhibitor) and Rapamycin (mTOR inhibitor) to know the relationship between the signal transduction of proteins associated with cell cycle arrest. These results suggest that AAE induces cell cycle arrest at G1/S phase by Akt/mTOR pathway in HCT116 colon cancer cell.
Choi, Seon-Guk;Kim, Mi-Sun;Kim, Jin-Hyun;Park, Sun Gyoo;Lee, Cheon Koo;Kang, Nae-Gyu
Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea
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v.44
no.1
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pp.95-101
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2018
The epidermis which is stratified by epithelial tissue renewal based on keratinocyte differentiation protects the organism from various environmental insults by forming a physical barrier. Autophagy is a mechanism which mediates lysosomal delivery and degradation of protein aggregates, damaged organelles and intracellular microorganisms. Recent reports have shown that autophagy has critical roles for proper terminal differentiation to stratum corneum via removing metabolic organelles and nuclei. However, whether increasing autophagy can activate epidermal differentiation is unknown. Here, we screened a library of natural single compounds and discovered that betaine specifically increased the LC3 positive cytosolic punctate vesicles and LC3-I to LC3-II conversion in HaCaT human keratinocyte cell line, indicating increased autophagy flux. mTOR pathway, which negatively regulates autophagy, was not affected by betaine treatment, suggesting betaine-induced autophagy through an mTOR-independent pathway. Betaine-induced autophagy was also observed in primary human keratinocyte and skin equivalent. Furthermore, epidermal thickness was increased in skin equivalent under betaine treatment. Overall, our finding suggests that betaine as a novel regulator of autophagy may induce epidermal turnover and improve the skin barrier abnormality of the aged epidermis.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.8
no.2
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pp.141-155
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2014
The use of fiber reinforced polymer (FRP) composites in strengthening reinforced concrete beam-column subassemblies has been scrutinised both experimentally and numerically in recent years. While a multitude of numerical models are available, and many match the experimental results reasonably well, there are not many studies that have looked at the efficiency of different finite elements in a comparative way in order to clearly identify the best practice when it comes to modelling FRP for strengthening. The present study aims at investigating this within the context of FRP retrofitted reinforced concrete beam-column subassemblies. Two programs are used side by side; ANSYS and VecTor2. Results of the finite element modeling using these two programs are compared with a recent experimental study. Different failure and yield criteria along with different element types are implemented and a useful technique, which can reduce the number of elements considerably, is successfully employed for modeling planar structures subjected to in-plane loading in ANSYS. Comparison of the results shows that there is good agreement between ANSYS and VecTor2 results in monotonic loading. However, unlike VecTor2 program, implicit version of ANSYS program is not able to properly model the cyclic behavior of the modeled subassemblies. The paper will be useful to those who wish to study FRP strengthening applications numerically as it provides an insight into the choice of the elements and the methods of modeling to achieve desired accuracy and numerical stability, a matter not so clearly explored in the past in any of the published literature.
The target of rapamycin (TOR) signaling pathway is a conserved pathway that regulates eukaryotic cell growth in response to environmental cues. Chemical genomic approaches that profile rapamycin sensitivity of yeast deletion strains have given insights into the function of TOR signaling pathway. In the present study, we analyzed the rapamycin sensitivity of yeast deletion library strains on synthetic medium. As a result, we identified 130 strains that are hypersensitive or resistant to rapamycin compared with wild-type cells. Among them, 36 genes are newly identified to be related to rapamycin sensitivity. Moreover, we found 16 strains that show alteration in rapamycin sensitivity between complex and synthetic media. We suggest that these genes may be involved in part of TOR signaling activities that is differentially regulated by media composition.
Hong, Ji-Young;Park, Hyen Joo;Bae, KiHwan;Kang, Sam Sik;Lee, Sang Kook
Natural Product Sciences
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v.19
no.2
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pp.155-159
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2013
Honokiol, a naturally occurring neolignan mainly found in Magnolia species, has exhibited a potential anti-proliferative activity in human cancer cells. However, the growth inhibitory activity against hepatocellular carcinoma cells and the underlying molecular mechanisms has been poorly determined. The present study was designed to examine the anti-proliferative effect of honokiol in SK-HEP-1 human hepatocellular cancer cells. Honokiol exerted anti-proliferative activity with cell-cycle arrest at the G0/G1 phase and sequential induction of apoptotic cell death. The cell-cycle arrest was well correlated with the down-regulation of checkpoint proteins including cyclin D1, cyclin A, cyclin E, CDK4, PCNA, retinoblastoma protein (Rb), and c-Myc. The increase of sub-G1 peak by the higher concentration of honokiol ($75{\mu}M$) was closely related to the induction of apoptosis, which was evidenced by decreased expression of Bcl-2, Bid, and caspase-9. Hohokiol was also found to attenuate the activation of signaling proteins in the Akt/mTOR and ERK pathways. These findings suggest that the anti-proliferative effect of honokiol was associated in part with the induction of cell-cycle arrest, apoptosis, and dow-nregulation of Akt/mTOR signaling pathways in human hepatocellular cancer cells.
Oridonin, an ent-kaurane diterpenoid compound isolated from the traditional Chinese herb Rabdosia rubescens, has shown various pharmacological and physiological effects such as anti-tumor, anti-bacterial, and anti-inflammatory properties. However, the effect of oridonin on human ovarian cancer cell lines has not been determined. In this study, we demonstrated that oridonin inhibited ovarian cancer cell proliferation, migration and invasion in a dose-dependent manner. Furthermore, we showed oridonin inhibited tumor growth of ovarian cancer cells (SKOV3) in vivo. We then assessed mechanisms and found that oridonin specifically abrogated the phosphorylation/activation of mTOR signaling. In summary, our results indicate that oridonin is a potential inhibitor of ovarian cancer by blocking the mTOR signaling pathway.
The mechanistic target of rapamycin (mTOR) regulates numerous extracellular and intracellular signals involved in the maintenance of cellular homeostasis and cell growth. mTOR also functions as an endogenous inhibitor of autophagy. Under nutrient-rich conditions, mTOR complex 1 (mTORC1) phosphorylates the ULK1 complex, preventing its activation and subsequent autophagosome formation, while inhibition of mTORC1 using either rapamycin or nutrient deprivation induces autophagy. Autophagy and proteasomal proteolysis provide amino acids necessary for protein translation. Although the connection between mTORC1 and autophagy is well characterized, the association of mTORC1 inhibition with proteasome biogenesis and activity has not been fully elucidated yet. Proteasomes are long-lived cellular organelles. Their spatiotemporal rather than homeostatic regulation could be another adaptive cellular mechanism to respond to starvation. Here, we reviewed several published reports and the latest research from our group to examine the connection between mTORC1 and proteasome. We have also investigated and described the effect of mTORC1 inhibition on proteasome activity using purified proteasomes. Since mTORC1 inhibitors are currently evaluated as treatments for several human diseases, a better understanding of the link between mTORC1 activity and proteasome function is of utmost importance.
Links between cancer and metabolism have been suggested for a long time but compelling evidence for this hypothesis came from the recent molecular characterization of the LKB1/AMPK signaling pathway as a tumor suppressor axis. Besides the discovery of somatic mutations in the LKB1 gene in certain type of cancers, a critical emerging point was that the LKB1/AMPK axis remains generally functional and could be stimulated by pharmacological molecules such as metformin in cancer cells. In addition, AMPK plays a central role in the control of cell growth, proliferation and autophagy through the regulation of mTOR activity, which is consistently deregulated in cancer cells. Targeting of AMPK/mTOR is thus an attractive strategy in the development of therapeutic agents against non-small-cell lung cancer (NSCLC). In this review, the LKB1/AMPK/mTOR signaling pathway is described, highlighting its protective role, and opportunities for therapeutic intervention, and clinical trials in NSCLC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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