The ubiquitous plasma membrane $Na^+/H^+$ exchanger 1 (NHE1) is rapidly activated in response to various extracellular stimuli and maintains normal cytoplasmic pH. Yeast two-hybrid screening was used in order to identify proteins interacting with NHE1 using its cytoplasmic domain as a bait from HeLa cDNA library. One of the interacting cDNA clones was human Lactate dehydrogenase B (LDHB). In vitro translated LDHB was pulled down together with GST-NHE1.cd protein in the GST pull down assay, confirming the interaction in vitro. LDHB antibody immunoprecipitated endogenous LDHB together with NHE1 from H9c2 cells, validating cellular interaction between NHE1 and LDHB. Subsequent analysis revealed that the overexpression of LDHB increased intracellular PH, implying opening of the NHE1 transporter. Moreover, overexpression of LDHB activated caspase 3 and induced cell death, consistent with the expected phenotype of hyper-activation of NHE1. Collectively, our data indicate that LDHB modulates NHE1 activity via physical interaction.
The $Na^+/H^+$ exchanger-1 (NHE-1) is a ubiquitously expressed pH-regulatory membrane protein that functions in the brain, heart, and other organs. It is increased by intracellular acidosis through the interaction of intracellular $H^+$ with an allosteric modifier site in the transport domain. In the previous study, we reported that glutamate-induced NHE-1 phosphorylation mediated by activation of protein kinase C-${\beta}$ (PKC-${\beta}$) in cultured neuron cells via extracellular signal-regulated kinases (ERK)/p90 ribosomal s6 kinases (p90RSK) pathway results in NHE-1 activation. However, whether glutamate stimulates NHE-1 activity solely by the allosteric mechanism remains elusive. Cultured primary cortical neuronal cells were subjected to intracellular acidosis by exposure to $100{\mu}M$ glutamate or 20 mM $NH_4Cl$. After the desired duration of intracellular acidosis, the phosphorylation and activation of PKC-${\beta}$, ERK1/2 and p90RSK were determined by Western blotting. We investigated whether the duration of intracellular acidosis is controlled by glutamate exposure time. The NHE-1 activation increased while intracellular acidosis sustained for >3 min. To determine if sustained intracellular acidosis induced NHE-1 phosphorylation, we examined phosphorylation of NHE-1 induced by intracellular acidosis by transient exposure to $NH_4Cl$. Sustained intracellular acidosis led to activation and phosphorylation of NHE-1. In addition, sustained intracellular acidosis also activated the PKC-${\beta}$, ERK1/2, and p90RSK in neuronal cells. We conclude that glutamate stimulates NHE-1 activity through sustained intracellular acidosis, which mediates NHE-1 phosphorylation regulated by PKC-${\beta}$/ERK1/2/p90RSK pathway in neuronal cells.
The role of Bax inhibitor-1 (BI-1) in the protective mechanism against apoptotic stimuli has been studied; however, as little is known about its role in death receptor-mediated cell death, this study was designed to investigate the effect of BI-1 on Fas-induced cell death, and the underlying mechanisms. HT1080 adenocarcinoma cells were cultured in high concentration of glucose media and transfected with vector alone (Neo cells) or BI-1-vector (BI-1 cells), and treated with Fas. In cell viability, apoptosis, and caspase-3 analyses, the BI-1 cells showed enhanced sensitivity to Fas. Fas significantly decreased cytosolic pH in BI-1 cells, compared with Neo cells, and this decrease correlated with BI-1 oligomerization, mitochondrial $Ca^{2+}$ accumulation, and significant inhibition of sodium-hydrogen exchanger (NHE) activity. Compared with Neo cells, a single treatment of BI-1 cells with the NHE inhibitor EIPA or siRNA against NHE significantly increased cell death, which suggests that the viability of BI-1 cells is affected by the maintenance of intracellular pH homeostasis through NHE.
Preciously, we demonstrated that a novel NHE-1 inhibitor, KR-33028 attenuated cortical neuronal apoptosis induced by glutamate. In the present study, we investigated the signaling mechanism of neuroprotective effect of KR-33028 against glutamate-induced neuronal apoptosis, especially focusing on mitochondrial death pathway. Our data showed that glutamate induces a biphasic rise in mitochondrial $Ca^{2+}$ and that KR-33028 significantly prevents the second phase increase, but not the first phase increase in mitochondrial $Ca^{2+}$. Furthermore, KR-33028 restored the ${\Delta}{\Psi}_m$ dissipation and cytochrome c release into cytoplasm induced by glutamate in a concentration-dependent manner. The inhibition of mitochondrial $Ca^{2+}$ overload by ruthenium red also inhibited glutamate-induced apoptotic cell death, mitochondrial membrane potential, ${\Delta}{\Psi}_m$ dissipation and cytochrome c release. These data suggest that inhibition of mitochondrial $Ca^{2+}$ overload is likely to be attributable to anti-apoptotic effect of KR-33028. Taken together, our results suggest that anti-apoptotic effects of NHE-1 inhibitor, KR-33028 may be mediated through maintenance of mitochondrial function.
본 연구는 인간 각질형성 세포주를 이용하여 피부 표면의 산성화를 조절하는 물질을 발굴하고, 이를 통해 각질층의 보습 능력 및 피부 장벽 기능에 미치는 영향을 조사하기 위해 수행되었다. 꿀풀은 아프리카 북서부 및 북미에 널리 분포하는 허브 중 하나로 세포사멸, 항산화 및 항염에 대한 효능이 연구되어 왔다. 하지만 NHE1의 발현 조절 및 피부 장벽기능 회복에 대한 연구는 진행되지 않았다. 꿀풀의 피부 pH 조절 효과를 확인하기 위하여 꿀풀의 활성 성분 분석 결과 로즈마린산과 카페인산이 검출되었다. 꿀풀과 이것으로부터 검출된 성분인 카페인산은 인간 각질형성 세포주인 HaCaT 세포에 고농도(100 ㎍/mL 또는 100 µM)를 처리한 결과 독성을 보이지 않았다. 노화된 피부에서는 각질층의 산성 pH를 유지하기 위한 나트륨-수소 이온 교환 펌프(NHE1)의 발현감소가 나타나는 것으로 알려져 있으며, 이러한 이유로 노화 피부에서 나타나는 피부 장벽 기능 회복의 저하에 중요한 원인으로 작용할 것으로 추측된다. 꿀풀 추출물 및 카페인산은 각질형성 세포에서 NHE1의 발현을 증가시켰으며, 자연 보습 인자 전구체인 필라그린과 세라마이드 합성 효소인 serine plmitoyl transferase (SPT)의 발현을 증가시켰다. 또한, 직접적인 pH 조절 효과를 확인하기 위해 각질형성 세포 내/외 pH 수치를 측정한 결과 꿀풀과 카페인산은 세포 외부 pH를 감소시켰다. 위 결과들을 종합해 볼 때, 꿀풀과 카페인산은 NHE1 조절을 통해 피부 pH를 조절할 수 있고, 자연 보습 인자(NMF)와 세라마이드 합성을 증가시켜 피부 장벽 기능 회복을 도울 수 있을 것으로 추측된다. 이러한 결과는 꿀풀과 카페인산이 피부 건강에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다는 가능성을 보여주며, 이를 활용한 새로운 피부 보호 제품 개발에 대한 토대가 될 수 있다.
Kim, Eun-Young;Choi, Joon-Seok;Lee, Ko-Eun;Kim, Chang-Seong;Bae, Eun-Hui;Ma, Seong-Kwon;Kim, Suhn-Hee;Lee, Jong-Un;Kim, Soo-Wan
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제16권2호
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pp.91-95
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2012
The role of the kidney in combating metabolic acidosis has been a subject of considerable interest for many years. The present study was aimed to determine whether there is an altered regulation of renal acid base transporters in acute and chronic acid loading. Male Sprague-Dawley rats were used. Metabolic acidosis was induced by administration of $NH_4Cl$ for 2 days (acute) and for 7days (chronic). The serum and urinary pH and bicarbonate were measured. The protein expression of renal acid base transporters [type 3 $Na^+/H^+$ exchanger (NHE3), type 1 $Na^+/{HCO_3}^-$ cotransporter (NBC1), Na-$K^+$ ATPase, $H^+$-ATPase, anion exchanger-1 (AE-1)] was measured by semiquantitative immunoblotting. Serum bicarbonate and pH were decreased in acute acid loading rats compared with controls. Accordingly, urinary pH decreased. The protein expression of NHE3, $H^+$-ATPase, AE-1 and NBC1 was not changed. In chronic acid loading rats, serum bicarbonate and pH were not changed, while urinary pH was decreased compared with controls. The protein expression of NHE3, $H^+$-ATPase was increased in the renal cortex of chronic acid loading rats. These results suggest that unaltered expression of acid transporters combined with acute acid loading may contribute to the development of acidosis. The subsequent increased expression of NHE3, $H^+$-ATPase in the kidney may play a role in promoting acid excretion in the later stage of acid loading, which counteract the development of metabolic acidosis.
The sodium hydrogen exchanger 1 (NHE1), which functions in maintaining the ratio of $Na^+$ and $H^+$ ions, is widely distributed in cell plasma membranes. It plays a prominent role in pH balancing, cell proliferation, differentiation, adhesion, and migration. However, its exact subcellular location and biological functions in Toxoplasma gondii are largely unclear. In this study, we cloned the C-terminal sequence of T. gondii NHE1 (TgNHE1) incorporating the C-terminal peptide of NHE1 (C-NHE1) into the pGEX4T-1 expression plasmid. The peptide sequence was predicted to have good antigenicity based on the information obtained from an immune epitope database. After induction of heterologous gene expression with isopropyl-b-D-thiogalactoside, the recombinant C-NHE1 protein successfully expressed in a soluble form was purified by glutathione sepharose beads as an immunogen for production of a rabbit polyclonal antiserum. The specificity of this antiserum was confirmed by western blotting and immunofluorescence. The antiserum could reduce T. gondii invasion into host cells, indicated by the decreased TgNHE1 expression in T. gondii parasites that were pre-incubated with antiserum in the process of cell entry. Furthermore, the antiserum reduced the virulence of T. gondii parasites to host cells in vitro, possibly by blocking the release of $Ca^{2+}$. In this regard, this antiserum has potential to be a valuable tool for further studies of TgNHE1.
Kim, Jin Ock;Kwon, Eun Jeong;Song, Dong Woo;Lee, Jong Sub;Kim, Do Han
BMB Reports
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제49권4호
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pp.208-213
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2016
Prolonged ER stress (ERS) can be associated with the induction of apoptotic cell death in various heart diseases. In this study, we searched for microRNAs affecting ERS in the heart using in silico and in vitro methods. We found that miR-185 directly targets the 3′-untranslated region of Na+/H+ exchanger-1 (NHE-1), a protein involved in ERS. Cardiomyocyte ERS-triggered apoptosis induced by 100 ng/ml tunicamycin (TM) or 1 μM thapsigargin (TG), ERS inducers, was significantly reduced by miR-185 overexpression. Protein expression of pro-apoptotic markers such as CCAAT/enhancer-binding protein homologous protein (CHOP) and cleaved-caspase-3 was also markedly reduced by miR-185 in a dose-dependent manner. Cariporide (20 μM), a pharmacological inhibitor of NHE-1, also attenuated ERS-induced apoptosis in cardiomyocytes and CHOP protein expression, suggesting that NHE-1 plays an important role in ERS-associated apoptosis in cardiomyocytes. Collectively, the present results demonstrate that miR-185 is involved in cardio-protection against ERS-mediated apoptotic cell death.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Although Korean fermented foods contain large amounts of salt, which is known to exacerbate health problems, these foods still have beneficial effects such as anti-hypertension, anti-cancer, and anti-colitis properties. We hypothesized that ganjang may have different effects on blood pressure compared to same concentrations of salt. MATERIALS/METHODS: Sprague-Dawley rats were divided into control (CT), NaCl (NC), and ganjang (GJ) groups and orally administered with 8% NaCl concentration for 9 weeks. The systolic blood pressure (SBP), serum chemistry, $Na^+$ and $K^+$ concentrations and renal gene expressions were measured. RESULTS: The SBP was significantly increased in the NC group compared to the GJ and CT groups. In addition, the $Na^+$ concentration in urine was higher in the GJ and NC groups than the CT group, but the urine volume was increased in the GJ group compared to the other groups. The serum renin levels were decreased in the GJ group compared to the CT group, while the serum aldosterone level was decreased in the GJ group relative to the NC group. The mRNA expression of the renin, angiotensin II type I receptor, and mineralocorticoid receptor were significantly lower in the GJ group compared to other groups. Furthermore, GJ group showed the lowest levels of genes for $Na^+$ transporter in kidney cortex such as $Na^+/K^+$$ATPase{\alpha}1$ ($NKA{\alpha}1$), $Na^+/H^+$ exchanger 3 (NHE3), $Na^+/HCO_3{^-}$ co-exchanger (NBC), and carbonic anhydrases II (CAII). CONCLUSIONS: The decreased SBP in the GJ could be due to decreased renin and aldosterone levels in serum and increased urinary volume and excretion of $Na^+$ with its transporter gene alteration. Therefore, ganjang may have antihypertensive effect despite its high contents of salt.
The present study was performed to evaluate antiarrhythmic effects of KR-32570, a novel inhibitor of sodium hydrogen exchanger subtype-1 (NHE-1), in rat arrhythmia induced by focal ischemia and reperfusion. During ischemia, KR-32570 significantly decreased the number of premature ventricular contraction (PVC) from 152.0 times to 75.5, 52.4 and 20.0 times for 0.1, 0.3 and 1.0 mg/kg, respectively (p<0.05) and the duration of ventricular tachycardia (VT) from 88.1 s to 35.8, 7.7 and 1.3 s, respectively(p<0.05) in anesthetized rats subjected to 10-min coronary occlusion of coronary artery. Similarlt to ischemia-induced arrhythmia, KR-32570 significantly decreased reperfusion-induced arrhythmia including PVC (41.3, 21.5, 11.3 and 6.6 times at vehicle, 0.1, 0.3 and 1.0 mg/kg, respectively, p<0.05) and VT (100.5, 64.2, 25.8 and 25.2 s, respectively, p<0.05), and VF (86.9, 27.5, 6.9 and 0 s, respectively, p<0.05). Moreover, KR-32570 dose-dependently decreased the incidence of mortality occurring after reperfusion (41, 27, 18 and 0% at vehicle, 0.1, 0.3, 1.0 mg/kg, respectively). These results suggest that KR-32570 has a potent antiarrhythmic effect in rat arrhythmia induced by ischemia and reperfusion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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