Yoo, Hyeijung;Kim, Hyun Jung;Yang, Soo Hyun;Son, Gi Hoon;Gim, Jeong-An;Lee, Hyun Woo;Kim, Hyun
Molecules and Cells
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v.45
no.5
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pp.306-316
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2022
Chronic stress contributes to the risk of developing depression; the habenula, a nucleus in epithalamus, is associated with many neuropsychiatric disorders. Using genome-wide gene expression analysis, we analyzed the transcriptome of the habenula in rats exposed to chronic restraint stress for 14 days. We identified 379 differentially expressed genes (DEGs) that were affected by chronic stress. These genes were enriched in neuroactive ligand-receptor interaction, the cAMP (cyclic adenosine monophosphate) signaling pathway, circadian entrainment, and synaptic signaling from the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathway analysis and responded to corticosteroids, positive regulation of lipid transport, anterograde trans-synaptic signaling, and chemical synapse transmission from the Gene Ontology analysis. Based on protein-protein interaction network analysis of the DEGs, we identified neuroactive ligand-receptor interactions, circadian entrainment, and cholinergic synapse-related subclusters. Additionally, cell type and habenular regional expression of DEGs, evaluated using a recently published single-cell RNA sequencing study (GSE137478), strongly suggest that DEGs related to neuroactive ligand-receptor interaction and trans-synaptic signaling are highly enriched in medial habenular neurons. Taken together, our findings provide a valuable set of molecular targets that may play important roles in mediating the habenular response to stress and the onset of chronic stress-induced depressive behaviors.
Purpose: N-13 ammonia uptake and retention in the myocardium is related to perfusion and metabolism. There are several potential advantages of N-13 ammonia positron emission tomography (PET) to detect myocardial ischemia, such as higher spatial resolution, greater counting efficiencies, and robust attenuation correction. But there are few reports comparing Tc-99m myocardial perfusion single photon emission tomography (MPS) and N-13 ammonia PET. We thus compared adenosine stress N-13 ammonia PET/CT and Tc-99m sestamibi MPS in patients with suspected coronary artery stenosis. Materials and Methods: Seventeen patients (male 13 : $63{\pm}11$ years old) underwent adenosine stress N-13 ammonia PET/CT (Discovery ST, GE), Tc-99m sestamibi MPS (dual head gamma camera, Hawkeye, GE) and coronary angiography within 1 week. N-13 ammonia PET/CT and Tc-99m sestamibi MPS images were assessed with a 20-segment model by visual interpretation and quantitative analysis using automatic quantitative software (Myovation, GE). Results: Both sensitivities and specificities of detecting an individual coronary artery stenosis were higher for N-13 ammonia PET/CT than Tc-99m sestamibi MPS (PET/CT: 91%/89% vs MPS: 65%/82%). N-13 ammonia PET/CT showed reversibility in 52% of segments that were considered non-reversibile by Tc-99m sestamibi MPS. In the 110 myocardial segments supplied by the stenotic coronary artery, N-13 ammonia PET/CT showed higher count densities than Tc-99m MPS on rest study (p < 0.01), and the difference of count density between the stress and the rest studies was also larger on N-13 ammonia PET/CT. Conclusion: Adenosine stress N-13 ammonia PET/CT had higher diagnostic sensitivity and specificity, more reversibility of perfusion defects and greater stress/rest uptake differences than Tc-99m sestamibi MPS. Accordingly, N-13 ammonia PET/CT might offer better assessment of myocardial ischemia and viability.
Recent basic and clinical studies demonstrate a major role for neural plasticity in the etiology and treatment of depression and stress-related illness. The neural plasticity is reflected both in the birth of new cell in the adult brain(neurogenesis) and the death of genetically healthy cells(apoptosis) in the response to the individual's interaction with the environment. The neural plasticity includes adaptations of intracellular signal transduction pathway and gene expression, as well as alterations in neuronal morphology and cell survival. At the cellular level, repeated stress causes shortening and debranching of dendrite in the CA3 region of hippocampus and suppress neurogenesis of dentate gyrus granule neurons. At the molecular level, both form of structural remodeling appear to be mediated by glucocorticoid hormone working in concert with glutamate and N-methyl-D-aspartate(NMDA) receptor, along with transmitters such as serotonin and GABA-benzodiazepine system. In addition, the decreased expression and reduced level of brain-derived neurotrophic factor(BDNF) could contribute the atrophy and decreased function of stress-vulnerable hippocampal neurons. It is also suggested that atrophy and death of neurons in the hippocampus, as well as prefrontal cortex and possibly other regions, could contribute to the pathophysiology of depression. Antidepressant treatment could oppose these adverse cellular effects, which may be regarded as a loss of neural plasticity, by blocking or reversing the atrophy of hippocampal neurons and by increasing cell survival and function via up-regulation of cyclic adenosine monophosphate response element-binding proteins(CREB) and BDNF. In this article, the molecular and cellular mechanisms that underlie stress, depression, and action of antidepressant are precisely discussed.
Mehdi, Wesen A.;Zainulabdeen, Jwan A.;Mehde, Atheer A.
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.14
no.6
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pp.3663-3667
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2013
Background: Multiple myeloma is a malignant silent incurable plasma cell disorder. The present study aimed to assessed the activation of the oxidative stress pathway in afected patients Materials and Methods: Advanced oxidation protein products (AOPPs), malondialdehyde (MDA), adenosine deaminase (ADA), total antioxidant capacity (TAC) levels, glutathione, ascorbic acid (vitamin C), ${\alpha}$-tocopherol (vitamin E) in addition to related enzymes glutathione peroxidase (GSH-Px), glutathione reductase (GSH-R) and superoxide dismutase (SOD) were analyzed in sixty patients with multiple myeloma before and after one month treatment with induction therapy. Results: The results of the study showed a significant elevation in AOPPs, MDA, ADA levels in patients with multiple myeloma before and after treatment in comparison to healthy control samples In contrast TAC glutathione, vitamin C and E, and the antioxidant enzymes levels were decreased significantly. On comparing samples of MM patients after treatment, there was significant increase of TAC glutathione, vitamin C and E, and the antioxidant enzymes in parallel with decreasing AOPPs, MDA and ADA levels in comparison with samples of patients before treatment. Conclusions: The results indicate oxidative stress and DNA damage activity increase in MM and are alleviated in response to therapy.
Metformin is a drug used to lower blood sugar levels in patients with type 2 diabetes via activation of adenosine monophosphate (AMP)-activated protein kinase (AMPK). The primary objective of this study was to investigate whether metformin at the pharmacologically effective concentrations affects the expressions of ${\gamma}$-glutamylcysteine synthetase and phase II antioxidant genes in the H4IIE cell. Treatment of the cells with either metformin or 5-aminoimidazole-4-carboxamide riboside (AICAR) abrogated tert-butylhydroxyquinone (t-BHQ) induction of ${\gamma}$-glutamylcysteine synthetase, a rate limiting enzyme of GSH synthesis. The ability of t-BHQ to induce glutathione S-transferases (GSTs), a major class of phase II detoxifying enzymes that playa critical role in protecting cells from oxidative stress or electrophiles, was also inhibited by the agents. Transcriptional gene repression by metformin was verified by the GSTA2 promoter luciferase assay. Moreover, either metformin or AICAR treatment significantly decreased t-BHQ-dependent induction of other GSTs (i.e., $GST{\mu}$ and $GST{\pi}$ forms). Taken together, our data indicate that metformin treatment may result in the repression of ${\gamma}$-glutamylcysteine synthetase and glutathione S-transferase genes possibly via AMPK activation.
Background: Clinical dexamethasone (DEX) treatment or stress in bovines results in extensive physiological changes with prominent hyperglycemia and neutrophils dysfunction. Objectives: To elucidate the effects of DEX treatment in vivo on cellular energy status and the underlying mechanism in circulating neutrophils. Methods: We selected eight-month-old male bovines and injected DEX for 3 consecutive days (1 time/d). The levels of glucose, total protein (TP), total cholesterol (TC), and the proinflammatory cytokines interleukin (IL)-1β, IL-6 and tumor necrosis factor (TNF)-α in blood were examined, and we then detected glycogen and adenosine triphosphate (ATP) content, phosphofructosekinase-1 (PFK1) and glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH) activity, glucose transporter (GLUT)1, GLUT4, sodium/glucose cotransporter (SGLT)1 and citrate synthase (CS) protein expression and autophagy levels in circulating neutrophils. Results: DEX injection markedly increased blood glucose, TP and TC levels, the Ca2+/P5+ ratio and the neutrophil/lymphocyte ratio and significantly decreased blood IL-1β, IL-6 and TNF-α levels. Particularly in neutrophils, DEX injection inhibited p65-NFκB activation and elevated glycogen and ATP contents and SGLT1, GLUT1 and GR expression while inhibiting PFK1 activity, enhancing G6PDH activity and CS expression and lowering cell autophagy levels. Conclusions: DEX induced neutrophils glucose uptake by enhancing SGLT1 and GLUT1 expression and the transformation of energy metabolism from glycolysis to pentose phosphate pathway (PPP)-tricarboxylic acid (TCA) cycle. This finding gives us a new perspective on deeper understanding of clinical anti-inflammatory effects of DEX on bovine.
Background: Ginsenoside Rg1 (Rg1) is one of the main active components in Chinese medicines, Panax ginseng and Panax notoginseng. Research has shown that Rg1 has a protective effect on the cardiovascular system, including anti-myocardial ischemia-reperfusion injury, anti-apoptosis, and promotion of myocardial angiogenesis, suggesting it a potential cardiovascular agent. However, the protective mechanism involved is still not fully understood. Methods: Based on network pharmacology, ligand-based protein docking, proteomics, Western blot, protein recombination and spectroscopic analysis (UV-Vis and fluorescence spectra) techniques, potential targets and pathways for Rg1 against myocardial ischemia (MI) were screened and explored. Results: An important target set containing 19 proteins was constructed. Two target proteins with more favorable binding activity for Rg1 against MI were further identified by molecular docking, including mitogen-activated protein kinase 1 (MAPK1) and adenosine kinase (ADK). Meanwhile, Rg1 intervention on H9c2 cells injured by H2O2 showed an inhibitory oxidative phosphorylation (OXPHOS) pathway. The inhibition of Rg1 on MAPK1 and OXPHOS pathway was confirmed by Western blot assay. By protein recombination and spectroscopic analysis, the binding reaction between ADK and Rg1 was also evaluated. Conclusion: Rg1 can effectively alleviate cardiomyocytes oxidative stress injury via targeting MAPK1 and ADK, and inhibiting oxidative phosphorylation (OXPHOS) pathway. The present study provides scientific basis for the clinical application of the natural active ingredient, Rg1, and also gives rise to a methodological reference to the searching of action targets and pathways of other natural active ingredients.
Several genes/QTLs governing resistance/tolerance to abiotic and biotic stresses have been reported and mapped in rice. A QTL for submergence tolerance was found to be co-located with a major QTL for broad-spectrum bacterial leaf blight (bs-blb) resistance on the long arm of chromosome 5 in indica cultivars FR13A and IET8585. Using the Nipponbare (japonica) and 93-11 (indica) genome sequences, we identified, in silico, candidate genes in the chromosomal region [Kottapalli et al. (2006)]. Transcriptional profiling of FR13A and IET8585 using a rice 22K oligo array validated the above findings. Based on in silico analysis and arraying we observed that both cultivars respond to the above stresses through a common signaling system involving protein kinases, adenosine mono phosphate kinase, leucine rich repeat, PDZ/DHR/GLGF, and response regulator receiver protein. The combined approaches suggest that transcription factor EREBP on long arm of chromosome 5 regulates both submergence tolerance and blb resistance. Pyruvate decarboxylase and alcohol dehydrogenase, co-located in the same region, are candidate downstream genes for submergence tolerance at the seedling stage, and t-snare for bs-blb resistance. We also detected up-regulation of novel defense/stress-related genes including those encoding fumaryl aceto acetate (FAA) hydrolase, scramblase, and galactose oxidase, in response to the imposed stresses.
Kim, Hong Yun;Park, Cheol;Choi, Yung Hyun;Hwang, Won-Deok
Journal of Korean Medicine for Obesity Research
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v.19
no.1
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pp.1-11
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2019
Objectives: The purpose of the present study was to evaluate the preventive effects of ethanol extract of Polygalae radix (EEPR) against oxidative stress (hydrogen peroxide, $H_2O_2$)-induced DNA damage and apoptosis in Chang liver cells. Methods: Chang liver cells were pretreated with various concentrations of EEPR and then challenged with 0.5 mM $H_2O_2$. The cell viability and apoptosis were assessed using 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide assay and flow cytometry analysis, respectively. The levels of reactive oxygen species (ROS), mitochondrial membrane potentials (MMPs) and adenosine tri-phosphate (ATP) contents were measured. Expression levels of Bcl-2 and Bax were also determined using Western blot analysis. Results: The results showed that the decreased survival rate induced by $H_2O_2$ could be attributed to the induction of DNA damage and apoptosis accompanied by the increased production of ROS, which was remarkably protected by EEPR. In addition, the loss of $H_2O_2$-induced MMPs and ATP contents was significantly attenuated in the presence of EEPR. The inhibitory effect of EEPR on $H_2O_2$-induced apoptosis was associated with up-regulation of Bcl-2 and down-regulation of Bax, thus reducing the Bax/Bcl-2 ratio. Conclusions: Our data prove that EEPR protects Chang liver cells against $H_2O_2$-induced DNA damage and apoptosis by scavenging ROS and thus suppressing the mitochondrial-dependent apoptosis pathway.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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