AMP-activated protein kinase (AMPK) is an important cellular fuel sensor. Its activation requires phosphorylation at Thr-172, which resides in the activation loop of the ${\alpha}1$ and ${\alpha}2$ subunits. Several AMPK upstream kinases are capable of phosphorylating AMPK at Thr-172, including LKB1 and CaMKK${\beta}$ ($Ca^{2+}$/calmodulin-dependent protein kinase kinase${\beta}$). AMPK has been implicated in the regulation of physiological signals, such as in the inhibition of cholesterol fatty acid, and protein synthesis, and enhancement of glucose uptake and blood flow. AMPK activation also exhibits several salutary effects on the vascular function and improves vascular abnormalities. AMPK is modulated by numerous hormones and cytokines that regulate the energy balance in the whole body. These hormone and cytokines include leptin, adiponectin, ghrelin, and even thyroid hormones. Moreover, AMPK is activated by several drugs and xenobiotics. Some of these are in being clinically used to treat type 2 diabetes (e.g., metformin and thiazolidinediones), hypertension (e.g., nifedipine and losartan), and impaired blood flow (e.g., aspirin, statins, and cilostazol). I reviewed the precise mechanisms of the AMPK activation pathway and AMPK-modulating drugs.
It is debatable whether AMP-activated protein kinase (AMPK) activation is involved in anti-apoptotic or pro-apoptotic signaling. AICAR treatment increases AMPK-${\alpha}1$ phosphorylation, decreases intracellular reactive oxygen species (ROS) levels, and significantly increases Annexin V-positive cells, DNA laddering, and caspase activity in human myeloid cell. AMPK activation is therefore implicated in apoptosis. However, AMPK-${\alpha}1$-knockdown THP-1 cells are more sensitive to apoptosis than control THP-1 cells are, suggesting that the apoptosis is AMPK-independent. Low doses of AICAR induce cell proliferation, whereas high doses of AICAR suppress cell proliferation. Moreover, these effects are significantly correlated with the downregulation of intracellular ROS, strongly suggesting that AICAR-induced apoptosis is critically associated with the inhibition of NADPH oxidase by AICAR. Collectively, our results demonstrate that in AICAR-induced apoptosis, intracellular ROS levels are far more relevant than AMPK activation.
Humanin (HN) is a mitochondrial peptide that exhibits cytoprotective actions against various stresses and diseases. HN has been shown to induce the phosphorylation of AMP-activated protein kinase (AMPK), which is a negative regulator of receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL). However, the role of HN in osteoclastogenesis or other skeletal disorders remains unknown. Here, we examined whether HN regulates osteoclastogenesis via AMPK activation using bone marrow-derived macrophage (BMM) cultures. Our results show that HN inhibited RANKL-induced osteoclast formation and reduced the expression of genes involved in osteoclastogenesis, including nuclear factor of activated T-cells cytoplasmic 1, osteoclastassociated receptor, cathepsin K, and tartrate-resistant acid phosphatase. Moreover, HN increased the levels of phosphorylated AMPK protein; compound C, an AMPK inhibitor, recovered HN-induced osteoclast differentiation. In addition, we found that HN significantly decreased the levels of RANKL-induced reactive oxygen species in BMMs. Therefore, these results indicate that HN plays an important role in osteoclastogenesis and may function as an inhibitor of bone disorders via AMPK activation.
Losartan is a selective angiotensin II (Ang II) type 1 ($AT_1$) receptor antagonist which inhibits vascular smooth muscle cells (VSMCs) contraction and proliferation. We hypothesized that losartan may prevent cell proliferation by activating AMP-activated protein kinase (AMPK) in VSMCs. VSMCs were treated with various concentrations of losartan. AMPK activation was measured by Western blot analysis and cell proliferation was measured by MTT assay and flowcytometry. Losartan dose- and time-dependently increased the phosphorylation of AMPK and its downstream target, acetyl-CoA carboxylase (ACC) in VSMCs. Losartan also significantly decreased the Ang II- or 15% FBS-induced VSMC proliferation by inhibiting the expression of cell cycle associated proteins, such as p-Rb, cyclin D, and cyclin E. Compound C, a specific inhibitor of AMPK, or AMPK siRNA blocked the losartan-induced inhibition of cell proliferation and the $G_0/G_1$ cell cycle arrest. These data suggest that losartan-induced AMPK activation might attenuate Ang II-induced VSMC proliferation through the inhibition of cell cycle progression.
Nam, Jung Soo;Chung, Hee Jin;Jang, Min Kyung;Jung, In Ah;Park, Seong Ha;Cho, Su In;Jung, Myeong Ho
Nutrition Research and Practice
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v.7
no.1
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pp.15-21
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2013
Leaf of Sasa borealis, a species of bamboo, has been reported to exhibit anti-hyperglycemic effect. However, its antidiabetic mechanism is not fully understood. In this study, we examined whether an extract of S. borealis activates AMP-activated protein kinase (AMPK) and exerts anti-hyperglycemic effects. Treatment with the S. borealis extract increased insulin signaling and phosphorylation of AMPK and stimulated the expression of its downstream targets, including $PPAR{\alpha}$, ACO, and CPT-1 in C2C12 cells and $PPAR{\alpha}$ in HepG2 cells. However, inhibition of AMPK activation attenuated insulin signaling and prevented the stimulation of AMPK target genes. The S. borealis extract increased glucose uptake in C2C12 cells and suppressed expression of the gluconeogenic gene, PEPCK in HepG2 cells. The extract significantly reduced blood glucose and triglyceride levels in STZ-induced diabetic mice. The extract enhanced AMPK phosphorylation and increased Glut-4 expression in the skeletal muscle of the mice. These findings demonstrated that the S. borealis extract exerts its anti-hyperglycemic effect through activation of AMPK and enhancement of insulin signaling.
Le, Thi Van Thu;Nguyen, Phi Hung;Choi, Hong Seok;Yang, Jun-Li;Kang, Keon Wook;Ahn, Sang-Gun;Oh, Won Keun
Natural Product Sciences
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v.23
no.1
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pp.21-28
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2017
In our program to search for new AMP-activated protein kinase (AMPK) activators from plants that exert potential anticancer property, we found that an EtOAc extract of Myristica fragrans (nutmeg) activated AMPK enzyme in human breast cancer MCF-7 cells. Two major diarylbutane-type lignans, macelignan and meso-dihydroguaiaretic acid (MDGA), were isolated as active principles from this extract. Treatment of breast cancer cells with two compounds induced cellular apoptosis, evidenced by cleavage of poly-(ADP-ribose) polymerase (PARP) and Ser 15 phosphorylation of p53. Moreover, macelignan and MDGA significantly inhibited the colony formation of MCF-7 breast cancer cells on soft agar. Intraperitoneal injection of macelignan and MDGA (20 mg/kg) suppressed the tumor growth of 4T1 mammary cancer cells. These results indicate that the chemopreventive effects of two major diarylbutane-type lignans from Myristica fragrans (nutmeg) may be associated with induction of apoptosis presumably through AMPK activation.
Li, Qiong;Li, Zhongwen;Lou, Aihua;Wang, Zhenyu;Zhang, Dequan;Shen, Qingwu W.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.30
no.6
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pp.857-864
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2017
Objective: The purpose of this study was to investigate the influence of AMP-activated protein kinase (AMPK) activation on protein acetylation and glycolysis in postmortem muscle to better understand the mechanism by which AMPK regulates postmortem glycolysis and meat quality. Methods: A total of 32 mice were randomly assigned to four groups and intraperitoneally injected with 5-Aminoimidazole-4-carboxamide1-${\beta}$-D-ribofuranoside (AICAR, a specific activator of AMPK), AICAR and histone acetyltransferase inhibitor II, or AICAR, Trichostatin A (TSA, an inhibitor of histone deacetylase I and II) and Nicotinamide (NAM, an inhibitor of the Sirt family deacetylases). After mice were euthanized, the Longissimus dorsi muscle was collected at 0 h, 45 min, and 24 h postmortem. AMPK activity, protein acetylation and glycolysis in postmortem muscle were measured. Results: Activation of AMPK by AICAR significantly increased glycolysis in postmortem muscle. At the same time, it increased the total acetylated proteins in muscle 45 min postmortem. Inhibition of protein acetylation by histone acetyltransferase inhibitors reduced AMPK activation induced increase in the total acetylated proteins and glycolytic rate in muscle early postmortem, while histone deacetylase inhibitors further promoted protein acetylation and glycolysis. Several bands of proteins were detected to be differentially acetylated in muscle with different glycolytic rates. Conclusion: Protein acetylation plays an important regulatory role in postmortem glycolysis. As AMPK mediates the effects of pre-slaughter stress on postmortem glycolysis, protein acetylation is likely a mechanism by which antemortem stress influenced postmortem metabolism and meat quality though the exact mechanism is to be elucidated.
The main purpose of this study is to examine the effect of caffeine on lipid accumulation in human hepatoma HepG2 cells. Significant decreases in the accumulation of hepatic lipids, such as triglyceride (TG), and cholesterol were observed when HepG2 cells were treated with caffeine as indicated. Caffeine decreased the mRNA level of lipogenesis-associated genes (SREBP1c, SREBP2, FAS, SCD1, HMGR and LDLR). In contrast, mRNA level of CD36, which is responsible for lipid uptake and catabolism, was increased. Next, the effect of caffeine on AMP-activated protein kinase (AMPK) signaling pathway was examined. Phosphorylation of AMPK and acetyl-CoA carboxylase were evidently increased when the cells were treated with caffeine as indicated for 24 h. These effects were all reversed in the presence of compound C, an AMPK inhibitor. In summary, these data indicate that caffeine effectively depleted TG and cholesterol levels by inhibition of lipogenesis and stimulation of lipolysis through modulating AMPK-SREBP signaling pathways.
AMP-activated protein kinase (AMPK) protects various tissues and cells from ischemic insults and is activated by many stimuli including mechanical stretch. Therefore, this study investigated if the activation of AMPK is involved in stretch-induced cardioprotection (SIC). Intraventricular balloon and aorto-caval shunt (ACS) were used to stretch rat hearts ex vivo and in vivo, respectively. Stretch preconditioning reduced myocardial infarct induced by ischemia-reperfusion (I/R) and improved post-ischemic functional recovery. Phosphorylation of AMPK and its downstream substrate, acetyl-CoA carboxylase (ACC) were increased by mechanical stretch and ACC phosphorylation was completely blocked by the AMPK inhibitor, Compound C. AMPK activator (AICAR) mimicked SIC. Gadolinium, a blocker of stretch-activated ion channels (SACs), inhibited the stretch-induced phosphorylation of AMPK and ACC, whereas diltiazem, a specific L-type calcium channel blocker, did not affect AMPK activation. Furthermore, SIC was abrogated by Compound C and gadolinium. The in vivo stretch induced by ACS increased AMPK activation and reduced myocardial infarct. These findings indicate that stretch preconditioning can induce the cardioprotection against I/R injury, and activation of AMPK plays an important role in SIC, which might be mediated by SACs.
The adenosine monophosphate (AMP)-activated protein kinase (AMPK) is a key sensor of cellular energy. Once activated, it switches on catabolic pathways generating adenosine triphosphate (ATP), while switching off biosynthetic pathways consuming ATP. Pharmacological activation of AMPK by metformin holds a therapeutic potential to reverse metabolic abnormalities such as type 2 diabetes and nonalcoholic fatty liver disease. In addition, altered metabolism of tumor cells is widely recognized and AMPK is a potential target for cancer prevention and/or treatment. Panax ginseng is known to be useful for treatment and/or prevention of cancer and metabolic diseases including diabetes, hyperlipidemia, and obesity. In this review, we discuss the ginseng extracts and ginsenosides that activate AMPK, we clarify the various mechanisms by which they achieve this, and we discuss the evidence that shows that ginseng or ginsenosides might be useful in the treatment and/or prevention of metabolic diseases and cancer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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