Dayarathne, Lakshi A.;Ranaweera, Sachithra S.;Natraj, Premkumar;Rajan, Priyanka;Lee, Young Jae;Han, Chang-Hoon
Journal of Veterinary Science
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v.22
no.6
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pp.92.1-92.12
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2021
Background: Naringin and its aglycone naringenin are citrus-derived flavonoids with several pharmacological effects. On the other hand, the mechanism for the anti-diabetic effects of naringenin and naringin are controversial and remain to be clarified further. Objective: This study examined the relationship between glucose uptake and AMP-activated protein kinase (AMPK) phosphorylation by naringenin and naringin in high glucose-treated HepG2 cells. Methods: Glucose uptake was measured using the 2-NBDG fluorescent D-glucose analog. The phosphorylation levels of AMPK and GSK3β (Glycogen synthase kinase 3 beta) were observed by Western blotting. Molecular docking analysis was performed to evaluate the binding affinity of naringenin and naringin to the γ-subunit of AMPK. Results: The treatment with naringenin and naringin stimulated glucose uptake regardless of insulin stimulation in high glucose-treated HepG2 cells. Both flavonoids increased glucose uptake by promoting the phosphorylation of AMPK at Thr172 and increased the phosphorylation of GSK3β. Molecular docking analysis showed that both naringenin and naringin bind to the γ-subunit of AMPK with high binding affinities. In particular, naringin showed higher binding affinity than the true modulator, AMP with all three CBS domains (CBS1, 3, and 4) in the γ-subunit of AMPK. Therefore, both naringenin and naringin could be positive modulators of AMPK activation, which enhance glucose uptake regardless of insulin stimulation in high glucose-treated HepG2 cells. Conclusions: The increased phosphorylation of AMPK at Thr172 by naringenin and naringin might enhance glucose uptake regardless of insulin stimulation in high glucose treated HepG2 cells.
Park, Rackhyun;Lee, Kang Il;Kim, Hyunju;Jang, Minsu;Ha, Thi Kim Quy;Oh, Won Keun;Park, Junsoo
Natural Product Sciences
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v.23
no.3
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pp.157-161
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2017
Reserpine is a well-known medicine for the treatment of hypertension, however the role of reserpine in cell signaling is not fully understood. Here, we report that reserpine treatment induces the phosphorylation of AMP activated protein kinase (AMPK) at threonine 172 (T172) in PC12 cells. Phosphorylation of AMPK T172 is regulated by upstream signaling molecules, and the increase of phospho-T172 indicates that AMPK is activated. When we examined the FOXO3a dependent transcription by using the FHRE-Luc reporter assay, reserpine treatment repressed the FHRE-Luc reporter activity in a dose dependent manner. Finally, we showed that reserpine treatment induced the phosphorylation of AMPK as well as cell death in MCF-7 cells. These results suggest that AMPK is a potential cellular target of reserpine.
Our previous study demonstrated that the Korean traditional medicine Gyeongshingangjeehwan (GGEx) inhibits obesity and insulin resistance in obese type 2 diabetic Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty (OLETF) rats. We investigated whether GGEx may affect AMP-activated protein kinase ${\alpha}$ ($AMPK{\alpha}$) since $AMPK{\alpha}$ activation is known to stimulate fatty acid oxidation in skeletal muscle of obese rodents. After OLETF rats were treated with GGEx, we studied the effects of GGEx on $AMPK{\alpha}$ and acetyl-CoA carboxylase (ACC) phosphorylation, and the expression of $AMPK{\alpha}$, $PPAR{\alpha}$, and $PPAR{\alpha}$ target genes. The effects of GGEx on mRNA expression of the above genes were also measured in C2C12 skeletal muscle cells. Administration of GGEx to OLETF rats for 8 weeks increased phosphorylation of $AMPK{\alpha}$ and ACC in skeletal muscle. GGEx also elevated skeletal muscle mRNA levels of $AMPK{\alpha}1$ and $AMPK{\alpha}2$ as well as $PPAR{\alpha}$ and its target genes. Consistent with the in vivo data, similar activation of genes was observed in GGEx-treated C2C12 cells. These results suggest that GGEx stimulates skeletal muscle $AMPK{\alpha}$ and $PPAR{\alpha}$ activation, leading to alleviation of obesity and related disorders.
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.
Berberine is an isoquinoline alkaloid found in Rhizoma coptidis, and elicits anti-inflammatory effects through diverse mechanisms. Based on previous reports that activating transcription factor-3 (ATF-3) acts as a negative regulator of LPS signaling, the authors investigated the possible involvement of ATF-3 in the anti-inflammatory effects of berberine. It was found berberine concentration-dependently induced the expressions of ATF-3 at the mRNA and protein levels and concomitantly suppressed the LPS-induced productions of proinflammatory cytokines ($TNF-{\alpha}$, IL-6, and $IL-1{\beta}$). In addition, ATF-3 knockdown abolished the inhibitory effects of berberine on LPS-induced proinflammatory cytokine production, and prevented the berberine-induced suppression of MAPK phosphorylation, but had little effect on AMPK phosphorylation. On the other hand, the effects of berberine, that is, ATF-3 induction, proinflammatory cytokine inhibition, and MAPK inactivation, were prevented by AMPK knockdown, suggesting ATF-3 induction occurs downstream of AMPK activation. The in vivo administration of berberine to mice with LPS-induced endotoxemia increased ATF-3 expression and AMPK phosphorylation in spleen and lung tissues, and concomitantly reduced the plasma and tissue levels of proinflammatory cytokines. These results suggest berberine has an anti-inflammatory effect on macrophages and that this effect is attributable, at least in part, to pathways involving AMPK activation and ATF-3 induction.
Stimulation of AMP-activated protein kinase (AMPK) signaling followed by increase of glucose uptake in L6 myotubes were studied with organic solvent extract of Malva verticillata (MV) seeds. Ethanol extract of M. verticillata seeds (MVE) significantly increased the phosphorylation level of AMPK, acetyl-CoA carboxylase (ACC), and glucose uptake in L6 myotube cells. The MVE was fractionated with n-hexane (MVE-H), chloroform (MVE-C), ethylacetate (MVE-E), n-butanol (MVE-B), and water (MVE-W). MVE-H (150 ${\mu}g$/ml) showed the highest phosphorylating activity and increased glucose uptake by 2.3-fold. Oral administration of MVE-H (40 mg/kg) for 4 weeks to type 2 diabetic (db/db) mice reduced non-fasting and fasting blood glucose levels by 17.1% and 23.3%, respectively. Phosphorylation levels of AMPK and ACC in the soleus muscle and liver tissue of db/db mice were significantly increased by the administration of MVE-H. MVE-H was further fractionated using preparative HPLC to identify the AMPK-activating compounds. The NMR and GC-MS analyses revealed that ${\beta}$-sitosterol was a major effective compound in MVE-H. Phosphorylation levels of AMPK and ACC, and glucose uptake were significantly increased by the treatment of MVE-S (${\beta}$-sitosterol) isolated from M. verticillata to L6 cells, and these effects were attenuated by an AMPK inhibitor (Compound C) pretreatment. These results, taken together, demonstrate that increased glucose uptake in L6 myotubes by MVE-H treatment is mainly accomplished through the activation of AMPK. Our finding suggests that the extract isolated from M. verticillata seed would be beneficial for the treatment of metabolic disease including type 2 diabetes and hyperlipidemia.
Hypercholesterolemia is one of the primary risk factors for cardiovascular diseases. The use of lactobacilli probiotics to reduce blood cholesterol levels have been extensively reported. However, more information is needed to evaluate the possible mechanisms involved and to identify possible targets for further therapeutic development. In this study, strains of lactobacilli were screened based on the ability to assimilate cholesterol, and prevention of cholesterol accumulation in hepatic (HepG2) and intestinal (HT-29) cells. Cell free supernatant (CFS) from Lactobacillus plantarum DR7 showed a higher ability to assimilate cholesterol, reduction in cholesterol accumulation in both HepG2 and HT-29 cells, accompanied by reduced mRNA expression of HMG-CoA reductase (HMGCR) in HepG2 (p<0.05), compared to other lactobacilli. The reduction of HMGCR expression was also diminished in the presence of an AMPK inhibitor (Compound C), suggesting that L. plantarum DR7 exerted its effect via the AMPK pathway, typically via the phosphorylation of AMPK instead of the AMPK mRNA expression in HepG2 (p<0.05). Altogether, our present study illustrated that lactobacilli could exert cholesterol lowering properties along the AMPK pathway, specifically via phosphorylation of AMPK that led to reduced expression of HMGCR.
Hyperglycemia in type 2 diabetes can be alleviated by promoting cellular glucose uptake. Betulinic acid (3β,-3-hydroxy-lup-20(29)-en-28-oic acid) is a pentacyclic lupane-type triterpenoid compound. Although there have been studies on the antidiabetic activity of betulinic acid, studies on cellular glucose uptake are lacking. We investigated the effects of betulinic acid on glucose uptake and its mechanism of action in 3T3-L1 adipocytes. Betulinic acid significantly stimulated glucose uptake in 3T3-L1 adipocytes by increasing the phosphorylation of the insulin receptor substrate 1-tyrosine (IRS-1tyr) in the insulin signaling pathway, which in turn stimulated the activation of phosphoinositide 3-kinase (PI3K) and the phosphorylation of protein kinase B (Akt). The activation of PI3K and Akt by betulinic acid translocated glucose transporter 4 to the plasma membrane (PM-GLUT4), thereby increasing the expression of PM-GLUT4 and thus stimulating cellular glucose uptake. Betulinic acid also significantly increased the phosphorylation/activation of AMP-activated protein kinase (AMPK) and acetyl-CoA carboxylase. The activation of PI3K and AMPK by betulinic acid was confirmed using the PI3K inhibitor wortmannin and the AMPK inhibitor compound C. The increase in glucose uptake induced by betulinic acid was significantly decreased by wortmannin and compound C in the 3T3-L1 adipocytes. These results suggest that betulinic acid stimulates glucose uptake by activating PI3K and AMPK in 3T3-L1 adipocytes.
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.
Brown seaweeds have been shown to decrease blood glucose levels and improve insulin sensitivity previously. In this study, we investigated the effect of fucoidan, a complex polysaccharide derived from brown seaweeds, on glucose uptake to improve insulin resistance, and examined its mechanism of action in 3T3-L1 adipocytes. We observed that fucoidan significantly increased glucose uptake and it was related to an increased expression of plasma membrane-glucose transporter 4 (PM-GLUT4) in 3T3-L1 adipocytes. Fucoidan treatment increased the activation of phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K) and the phosphorylation of insulin receptor substrate 1 (IRS1tyr) compared with that of the control cells. Fucoidan also promoted the phosphorylation of Akt and protein kinase C (PKC)-λ/ζ compared to that of the control cells. Moreover, fucoidan significantly upregulated acetyl-CoA-carboxylase (ACC) and adenosine monophosphate - activated protein kinase (AMPK) phosphorylation. As a result, translocation of GLUT4 was significantly enhanced in 3T3-L1 adipocytes, which significantly promoted glucose uptake via the PI3K/AMPK pathways. The elevation of glucose uptake by fucoidan was blocked by inhibitor of PI3K and inhibitor of AMPK in 3T3-L1 adipocytes. These findings indicate that fucoidan might ameliorate glucose uptake through GLUT4 translocation to the plasma membrane by activating the PI3K/Akt and AMPK pathways in 3T3-L1 adipocytes. Fucoidan is thought to be of high material value to diabetes treatments and functional foods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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