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.
To investigate the effects of protein kinases on endothelin-1-induced phospholipase C activation and $Ca^{2+}$ mobilization in Rat-2 fibroblast, we measured the formation of inositol phosphates and intracellular $Ca^{2+}$ concentration with [$^3$H]inositol and Fura-2/AM, respectively. Endothelin-1 dose-dependently activated phospholipase C and increased intracellular $Ca^{2+}$ concentration. Protein kinase C activator PMA, significantly inhibited both phospholipase C activity and $Ca^{2+}$ mobilization induced by endothelin-1. Tyrosine kinase inhibitor, genistein, inhibited both. On the other hand, cyclic nucleotide (cAMP and cGMP) did not have any influence on the signaling pathway of phospholipase C-Ca$^{2+}$ mobilization induced by endothelin-1. These results suggest that protein kinase C and tyrosine kinase counteract on the signaling pathway of phospholipase C-Ca$^{2+}$ mobilization induced by endothelin-1 in Rat-2 fibroblast. fibroblast.
Background: Ginsenoside Rg3 (G-Rg3) is the major bioactive ingredient of Panax ginseng and has many pharmacological effects, including antiadipogenic, antiviral, and anticancer effects. However, the effect of G-Rg3 on mast cell-mediated allergic inflammation has not been investigated. Method: The antiallergic effects of G-Rg3 on allergic inflammation were evaluated using the human and rat mast cell lines HMC-1 and RBL-2H3. Antiallergic effects of G-Rg3 were detected by measuring cyclic adenosine monophosphate (cAMP), detecting calcium influx, and using real-time reverse transcription polymerase chain reaction, enzyme-linked immunosorbent assay, Western blotting, and in vivo experiments. Results: G-Rg3 decreased histamine release from activated mast cells by enhancing cAMP levels and calcium influx. Proinflammatory cytokine production was suppressed by G-Rg3 treatment via regulation of the mitogen-activated protein kinases/nuclear factor-kappa B and receptor-interacting protein kinase 2 (RIP2)/caspase-1 signaling pathway in mast cells. Moreover, G-Rg3 protected mice against the IgE-mediated passive cutaneous anaphylaxis reaction and compound 48/80-induced anaphylactic shock. Conclusion: G-Rg3 may serve as an alternative therapeutic agent for improving allergic inflammatory disorders.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Morusin, a marker component of Morus alba L., possesses anti-cancer activity. The objective of this study was to determine autophagy-inducing effect of morusin in non-small cell lung cancer (NSCLC) cells and investigate the underlying mechanism. SUBJECTS/METHODS: Autophagy induction and the expression of autophagy-related proteins were analyzed by LC3 immunofluorescence and western blot, respectively. The role of autophagy and AMP-activated protein kinase (AMPK) was determined by treating NSCLC cells with bafilomycin A1, an autophagy inhibitor, and compound C, an AMPK inhibitor. Cytotoxicity and apoptosis induction were determined by MTT assay, trypan blue exclusion assay, annexin V-propidium iodide (PI) double staining assay, and cell cycle analysis. RESULTS: Morusin increased the formation of LC3 puncta in the cytoplasm and upregulated the expression of autophagy-related 5 (Atg5), Atg12, beclin-1, and LC3II in NSCLC cells, demonstrating that morusin could induce autophagy. Treatment with bafilomycin A1 markedly reduced cell viability but increased proportions of sub-G1 phase cells and annexin V-positive cells in H460 cells. These results indicate that morusin can trigger autophagy in NSCLC cells as a defense mechanism against morusin-induced apoptosis. Furthermore, we found that AMPK and its downstream acetyl-CoA carboxylase (ACC) were phosphorylated, while mammalian target of rapamycin (mTOR) and its downstream p70S6 kinase (p70S6K) were dephosphorylated by morusin. Morusin-induced apoptosis was significantly increased by treatment with compound C in H460 cells. These results suggest that morusin-induced AMPK activation could protect NSCLC cells from apoptosis probably by inducing autophagy. CONCLUSIONS: Our findings suggest that combination treatment with morusin and autophagy inhibitor or AMPK inhibitor might enhance the clinical efficacy of morusin for NSCLC.
To examine intracellular signaling of human $S1P_3\;(hS1P_3),$ a sphingosine 1-phosphate (S1P) receptor in plasma membrane, $hS1P_3$ DNA was transfected into RH7777 rat hepatoma cell line, and the inhibition of forskolin-induced cAMP accumulation and activation of MAP kinases by S1P were tested. In $hS1P_3$ transformants, S1P inhibited forskolin-induced activation of adenylyl cyclase activity by about 80% and activated MAP kinases in dose-dependent and pertussis-toxin (PTX) sensitive manners. In oocytes expressing $hS1P_3$ receptor, S1P evoked $Cl^-$ conductance. These data suggested that PTX-sensitive G proteins are involved in $hS1P_3-mediated$ signaling, especially the positive action of S1P in cell proliferation. The potential advantages of rat hepatoma cells for the research of sphingosine 1-phosphate receptor are discussed.
Objective: The prevalence of metabolic syndrome and type 2 diabetes is increasing worldwide. Mitochondrial dysfunction is known to be involved in insulin resistance and obesity, researches have been increasing highly. Astragali Radix extract (ARE) or its main components have been shown to perform comparably to insulin by significantly reducing blood glucose levels in animal models however, the influence on mitochondrial dysfunction are not well understood. Methods: ARE (0.2, 0.5 and 1.0 mg/ml) or metformin (2.5 mM) were treated in C2C12 after 6 day-differentiation. The expressions of adenosine monophosphate (AMP)-activated protein kinase (AMPK) and phosphorylation AMPK, peroxisome proliferators-activated receptror ${\gamma}$ coactivator $1{\alpha}$ ($PGC1{\alpha}$), nuclear respiratory factors 1 (NRF1), mitochondrial transcription factor (Tfam) and myosin heavy chain were detected with western blotting or polymerase chain reaction analysis. The morphological changes were also investigated. Results: ARE dose dependently increased phosphorylation of AMPK and respectively activated mRNA expressions of $PGC1{\alpha}$, NRF1 and Tfam which are mitochondrial biogenesis regulators. Furthermore, there were some morphologic differences of differentiated cells between ARE treatment and control. Conclusions: This study suggests that ARE has the potential to increase muscle mitochondrial function by activating AMPK and $PGC1{\alpha}$.
Lee, Jae Seung;Park, Sun Joo;Cho, You Sook;Huh, Jin Won;Oh, Yeon-Mok;Lee, Sang-Do
Tuberculosis and Respiratory Diseases
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제78권1호
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pp.8-17
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2015
Background: AMP-activated protein kinase (AMPK) not only functions as an intracellular energy sensor and regulator, but is also a general sensor of oxidative stress. Furthermore, there is recent evidence that it participates in limiting acute inflammatory reactions, apoptosis and cellular senescence. Thus, it may oppose the development of chronic obstructive pulmonary disease. Methods: To investigate the role of AMPK in cigarette smoke-induced lung inflammation and emphysema we first compared cigarette smoking and polyinosinic-polycytidylic acid [poly(I:C)]-induced lung inflammation and emphysema in $AMPK{\alpha}1$-deficient ($AMPK{\alpha}1$-HT) mice and wild-type mice of the same genetic background. We then investigated the role of AMPK in the induction of interleukin-8 (IL-8) by cigarette smoke extract (CSE) in A549 cells. Results: Cigarette smoking and poly(I:C)-induced lung inflammation and emphysema were elevated in $AMPK{\alpha}1$-HT compared to wild-type mice. CSE increased AMPK activation in a CSE concentration- and time-dependent manner. 5-Aminoimidazole-4-carboxamide-1-${\beta}$-4-ribofuranoside (AICAR), an AMPK activator, decreased CSE-induced IL-8 production while Compound C, an AMPK inhibitor, increased it, as did pretreatment with an $AMPK{\alpha}1$-specific small interfering RNA. Conclusion: $AMPK{\alpha}1$-deficient mice have increased susceptibility to lung inflammation and emphysema when exposed to cigarette smoke, and AMPK appears to reduce lung inflammation and emphysema by lowering IL-8 production.
Objectives: The all anti-obesity drugs currently approved by the US Food and Drug Administration work by reducing energy intake. In fact, no approved drug targets energy expenditure. In Korean medicine, it is known to Qi or Yang invigorating therapy could increase energy metabolism. Aconitum carmichaeli Debx (ACD) is a Yang invigorating herb, often used for treat obesity in Korean medicine. In the present study, the authors investigated the regulatory effects of ACD in energy metabolism and mitochondrial biogenesis in C2C12 skeletal muscle cells. Methods: The water extract of ACD (0.2, 0.5 and 1.0 mg/ml) were treated in differentiated C2C12 cells. The protein or mRNA levels of target genes were analyzed and mitochondrial mass were investigated. Results: ACD activated the expressions of peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha ($PGC-1{\alpha}$), nuclear respiratory factor 1 and TFAM and increased mitochondrial mass. ACD also increased adenosin monophosphate-activated protein kinase (AMPK), and acetyl-CoA carboxylase. Conclusions: This study suggests that ACD has the potential to increase energy metabolism and mitochondrial biogenesis by activating AMPK and $PGC1{\alpha}$.
Objectives: Tanshinone I is a bioactive constituent in Salvia miltiorrhiza. At present, the anti-obesity effect and mechanism of tanshinone I are not fully understood. Here we investigated the effect of tanshinone I on lipid accumulation in 3T3-L1 preadipocytes and zebrafish. Methods: Lipid accumulation and triglyceride (TG) content in 3T3-L1 cells were determined by Oil Red O staining and AdipoRed assay, respectively. The expression and phosphorylation levels of adipogenic/lipogenic proteins in 3T3-L1 cells were evaluated by Western blotting. The messenger RNA (mRNA) expression levels of adipogenic/lipogenic markers and leptin in 3T3-L1 cells were measured by reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). Lipid accumulation in zebrafish was assessed by LipidGreen2 staining. Results: Tanshinone I at 5 μM largely blocked lipid accumulation and reduced TG content in differentiating 3T3-L1 cells. Furthermore, tanshinone I decreased the expression of CCAAT/enhancer-binding protein-α (C/EBP-α), peroxisome proliferator-activated receptor-γ (PPAR-γ), fatty acid synthase (FAS), acetyl CoA carboxylase (ACC), and perilipin A but also the phosphorylation of signal transducer and activator of transcription-3 (STAT-3) in differentiating 3T3-L1 cells. In addition, tanshinone I increased the phosphorylation of adenosine 3',5'-cyclic monophosphate (cAMP)-activated protein kinase (AMPK) while decreased the intracellular adenosine triphosphate (ATP) content with no change in the phosphorylation and expression of liver kinase-B1 in differentiating 3T3-L1 cells. Importantly, tanshinone I also reduced the extent of lipid deposit formation in developing zebrafish. Conclusions: These findings demonstrate that tanshinone I has strong anti-adipogenic effects on 3T3-L1 cells and reduces adiposity in zebrafish, and these anti-adipogenic effect in 3T3-L1 cells are mediated through control of C/EBP-α, PPAR-γ, STAT-3, FAS, ACC, perilipin A, and AMPK.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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