Bakhshaiesh, Tayebeh Oghabi;Armat, Marzie;Shanehbandi, Dariush;Sharifi, Simin;Baradaran, Behzad;Hejazi, Mohammad Saeed;Samadi, Nasser
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.16
no.13
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pp.5191-5197
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2015
A partial response or resistance to chemotherapeutic agents is considered as a main obstacle in treatment of patients with cancer, including breast cancer. Refining taxane-based treatment procedures using adjuvant or combination treatment is a novel strategy to increase the efficiency of chemotherapy. PPM1D is a molecule activated by reactive oxygen species. whose expression is reported to modulate the recruitment of DNA repair molecules. In this study we examined the impact of arsenic trioxide on efficacy of paclitaxel-induced apoptosis in paclitaxel-resistant MCF-7 cells. We also investigated the expression of PPM1D and TP53 genes in response to this combination treatment. Resistant cells were developed from the parent MCF-7 cell line by applying increasing concentrations of paclitaxel. MTT assays were applied to determine the rate of cell survival. DAPI staining using fluorescent microscopy was employed to study apoptotic bodies. Real-time RT-PCR analysis was also applied to determine PPM1D mRNA levels. Our results revealed that combination of arsenic trioxide and paclitaxel elevates the efficacy of the latter in induction of apoptosis in MCF-7/PAC resistant cells. Applying arsenic trioxide also caused significant decreases in PPM1D mRNA levels (p<0.05). Our findings suggest that arsenic trioxide increases paclitaxel-induced apoptosis by down regulation of PPM1D expression. PPM1D dependent signaling can be considered as a novel target to improve the efficacy of chemotherapeutic agents in resistant breast cancer cells.
Jareonmit, Pechrada;Sajjaphan, Kannika;Sadowsky, Michael J.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.20
no.1
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pp.169-178
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2010
The microbial community structure in Thailand soils contaminated with low and high levels of arsenic was determined by denaturing gradient gel electrophoresis. Band pattern analysis indicated that the bacterial community was not significantly different in the two soils. Phylogenetic analysis obtained by excising and sequencing six bands indicated that the soils were dominated by Arthrobacter koreensis and $\beta$-Proteobacteria. Two hundred and sixty-two bacterial isolates were obtained from arsenic-contaminated soils. The majority of the As-resistant isolates were Gramnegative bacteria. MIC studies indicated that all of the tested bacteria had greater resistance to arsenate than arsenite. Some strains were capable of growing in medium containing up to 1,500 mg/l arsenite and arsenate. Correlations analysis of resistance patterns of arsenite resistance indicated that the isolated bacteria could be categorized into 13 groups, with a maximum similarity value of 100%. All strains were also evaluated for resistance to eight antibiotics. The antibiotic resistance patterns divided the strains into 100 unique groups, indicating that the strains were very diverse. Isolates from each antibiotic resistance group were characterized in more detail by using the repetitive extragenic palindromic-PCR (rep-PCR) DNA fingerprinting technique with ERIC primers. The PCR products were analyzed by agarose gel electrophoresis. The genetic relatedness of 100 bacterial fingerprints, determined by using the Pearson product-moment similarity coefficient, showed that the isolates could be divided into four clusters, with similarity values ranging from 5-99%. Although many isolates were genetically diverse, others were clonal in nature. Additionally, the arsenic-resistant isolates were examined for the presence of arsenic resistance (ars) genes by using PCR, and 30% of the isolates were found to carry an arsenate reductase encoded by the arsC gene.
Several arsenic compound-resistant bacteria were isolated from Jung-Rang stream. The isolates, D-3, D-12, and D-14 were characterized phenotypically and genetically, and identified as Serratia liquefaciens, Klebsiella oxytoca, and Klebsiella pneumoniae, respectively. A plasmid of 67kb was found in Klebsiella oxytoca D-12 and designated as pMH12. Transfer of this plasmid from D-12 to E. coli HB101 was occurred, and the resulting transconjugant strains expressed the same level of heavy metal resistance as the donor strain. The physical presence of this plasmid in transconjugant was detected with agarose gel electrophoresis. Arsenite-sensitive derivatives of isolate D-12 were obtained with Mitomycin C treatment which cured pMH12. Antibiotics and heavy metal resistances were also examined to be used as a proper marker for the isolates in gene cloning. Isolate D-12 has resistance to several heavy metal ions such as $Cd^{2+}$ , $Zn^{2+}$ and $Hg^{ 2+}$ Also, all the other arsenite resistant isolates showed resistance to several heavy metal ions and antibiotics.
The ecosystems of certain abandoned mines contain arsenic-resistant bacteria capable of performing detoxification when an ars gene is present in the bacterial genome. The ars gene has already been isolated from Pseudomonas putida and identified as a member of the membrane transport regulatory deoxyribonucleic acid family. The arsenite-oxidizing bacterial strains isolated in the present study were found to grow in the presence of 66.7 mM sodium arsenate($V;\;Na_2HAsO_4{\cdot}7H_2O$), yet experienced inhibited growth when the sodium arsenite($III;\;NaAsO_2$) concentration was higher than 26 mM. Batch experiment results showed that Pseudomonas putida strain OS-5 completely oxidized 1 mM of As(III) to As(V) within 35 h. An arsB gene encoding a membrane transport regulatory protein was observed in arsenite-oxidizing Pseudomonas putida strain OS-5, whereas arsB, arsH, and arrA were detected in strain OS-19, arsD and arsB were isolated from strain RW-18, and arsR, arsD, and arsB were found in E. coli strain OS-80. The leader gene of arsR, -arsD, was observed in a weak acid position. Thus, for bacteria exposed to weak acidity, the ars system may cause changes to the ecosystems of As-contaminated mines. Accordingly, the present results suggest that arsR, arsD, arsAB, arsA, arsB, arsC, arsH, arrA, arrB, aoxA, aoxB, aoxC, aoxD, aroA, and aroB may be useful for arsenite-oxidizing bacteria in abandoned arsenic-contaminated mines.
Kim, Hye-Ran;Choi, Yoon-Jeong;Ryu, Seong-Yeoll;Lee, Young-Seok;Lee, Sang-Hwa
Journal of Life Science
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v.16
no.5
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pp.759-766
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2006
Acute promyelocytic leukemia (APL) is a myeloid leukemia caused by over-expression of fusion protein, PML/RAR$({\alpha})$, which was the result of chromosomal translocation and induces the blockage of differentiation of affected promyelocytes. Pharmacological dose of retinoic acid induces the activation of and subsequent degradation of PML/RAR$({\alpha})$ fusion protein, and then APL cells undergo through the normal differentiation pathway. Arsenic trioxide has proved effective in causing remission of acute promyelocytic leukemia by inducing apoptosis of this tumor cells, whereas the heterogeneity of cellular susceptibility to this cytotoxic agent limited its usage on more types of tumors in clinic. This work showed that arsenic trioxide could induce apoptosis of a panel of acute promyelocytic leukemic cell lines, all-trans-retinoic acid (ATRA) sensitive NB4 cells and ATRA resistant UF-1 cell. They were investigated with regard to the correlation between the inherent or intrinsic cellular level of GSH and the apoptotic susceptibility of the cells to arsenic trioxide. We manifested, in two cell types, the inherently existed difference in intracellular GSH level reactive to the arsenic trioxide, and a positive correlation between the GSH level and their apoptotic sensitivity to arsenic trioxide. And it showed that arsenic trioxide could differentiate promyelocytic cancer cells to the cells possessed of dendritic cell surface markers. Unravelling the cause of the different susceptibility between leukemic cells and proving that promyelocyte could be differentiated to dendritic cells by arsenic trioxide will help not only to understand the mechanism underlying the complete remission of acute promyelocytic leukemia induced by arsenic trioxide, but also to expand its clinical usage.
BACKGROUND: Biological iron redox transformation alters iron minerals, which may act as effective adsorbents for arsenate [As(V)] in the environments. In the viewpoint of alleviating arsenate, microbial Fe(III) reduction was sought under high concentration of As(V). In this study, Fe(III)-reducing bacteria were isolated from the wild plant rhizosphere soils collected at abandoned mine areas, which showed tolerance to high concentration of As(V), in pursuit of potential agents for As(V) bioremediation. METHODS AND RESULTS: Bacterial isolation was performed by a series of enrichment, transfer, and dilutions. Among the isolated strains, two strains (JSAR-1 and JSAR-3) with abilities of tolerance to 10 mM As(V) and Fe(III) reduction were selected. Phylogenetic analysis using 16S rRNA genesequences indicated the closest members of Pseudomonas stutzeri DSM 5190 and Paenibacillus selenii W126, respectively for JSAR-1 and JSAR-3. Ferric and ferrous iron concentrations were measured by ferrozine assay, and arsenic concentration was analyzed by ICP-AES, suggesting inability of As(V) reduction whereas ability of Fe(III) reduction. CONCLUSION: Fe(III)-reducing bacteria isolated from the enrichments with arsenate and ferric iron were found to be resistant to a high concentration of As(III) at 10 mM. We suppose that those kinds of microorganisms may suggest good application potentials for As(V) bioremediation, since the bacteria can transform Fe while surviving under As-contaminated environments. The isolated Fe(III)-reducing bacterial strains could contribute to transformations of iron minerals which may act as effective adsorbents for arsenate, and therefore contribute to As(V) immobilization
Metal ions contamination may inhibit microorganisms involved in the biodegradation of organic compounds and affect biodegradation rates. Therefore, it is likely that bioremediation of xenobiotics-contaminated soils and waste will require inoculation with efficient biodegrading microbial communities, with capabilities of being resistant to heavy metals as well. Two different transconjugants (Pseudomonas sp. KMl2TC and P. aeruginosa TC) were constructed by conjugation experiments. Results on MIC, induction and growth inhibition strongly indicated that arsenic-resistant plasmid, pKM20, could be mobilized, and the newly acquired phenotype of pKM20 was not only expressed but also well regulated, resulting in newly acquired resistances to $As^{5+},\;As^{3+},\;and\;Sb^{3+} in\;addition\;to\;Cd^{2+},\;Zn^{2+},\;and\;Hg^{2+}$. The phenol- degradation efficiencies of Pseudomonas sp. KMl2TC were maintained significantly even at high heavy metal concentrations at which these efficiencies of P. aeruginosa TC were completely impaired. The results in this study on the effects of heavy metals on phenol degradation, especially after conjugation, are the first ever reported. All the results described in this study encourage to establish a goal of making "designer biocatalysts" which could degrade certain xenobiotics in the area contaminated with multiple heavy metals.
Bacteria have evolved various types of resistance mechanism to toxic heavy metals, such as arsenic and antimony. An arsenical and antimonial resistant bacterium was isolated from a shallow creek draining a coal-mining area near Taebaek City, in Kangwon-Do, Korea. The isolated bacterium was identified and named as Pseudomonas sp. KM20 after biochemical and physiological studies were conducted. A plasmid was identified and its function was studied. Original cells harboring the plasmid were able to grow in the presence of 15 mM sodium arsenite, while the plasmid-cured (plasmidless) strain was sensitive to as little as 0.5 mM sodium arsenate. These results indicated that the plasmid of Pseudomonas sp. KM20 does indeed encode the arsenic resistance determinant. In growth experiments, prior exposure to 0.1 mM arsenate allowed immediate growth when they were challenged with 5 mM arsenate, 5 mM arsenite, or 0.1 mM antimonite. These results suggested that the arsenate, arsenite, and antimonite resistance determinants of Pseudomonas sp. KM20 plasmid were indeed inducible. When induced, plasmid-bearing resistance cells showed a decreased accumulation $of\;73^As$ and showed an enhanced efflux $of\;^73As$. These results suggested that plasmid encoded a transport system that extruded the toxic metalloids, resulting in the lowering of the intracellular concentration of toxic oxyanion. In a Southern blot study, hybridization with an E. coli R773 arsA-specific probe strongly suggested the absence of an arsA cistron in the plasmid-associated arsenical and antimonial resistance determinant of Pseudomonas sp. KM20.
Arsenic trioxide (ATO) affects many biological processes such as cell proliferation, apoptosis, differentiation and angiogenesis. L-buthionine sulfoximine (BSO) is an inhibitor of GSH synthesis. We tested whether ATO reduced the viability of lung cancer A549 cells in vitro, and investigated the in vitro effect of the combination of ATO and BSO on cell viability in relation to apoptosis and the cell cycle. ATO caused a dose-dependant decrease of viability of A549 cells with an $IC_{50}$ of more than $50{\mu}m$. Low doses of ATO or BSO ($1{\sim}10{\mu}m$) alone did not induce cell death. However, combined treatment depleted GSH content and induced apoptosis, loss of mitochondrial transmembrane potential (${\Delta}{\Psi}_m$) and cell cycle arrest in G2. Reactive oxygen species (ROS) increased or decreased depending on the concentration of ATO. In addition, BSO generally increased ROS in ATO-treated A549 cells. ROS levels were at least in part related to apoptosis in cells treated with ATO and/or BSO. In conclusion, we have demonstrated that A549 lung cells are very resistant to ATO, and that BSO synergizes with clinically achievable concentration of ATO. Our results suggest that combination treatment with ATO and BSO may be useful for treating lung cancer.
Arsenic trioxide ($As_O_3$) was recently demonstrated to be an effective inducer of apoptosis in patients with relapsed acute promyelocytic leukemia (APL) as well as patients with APL in whom all-trans-retinoic acid and conventional chemotherapy failed. Chronic myelogenous leukemia cells are highly resistant to chemotherapeutic drugs. To determine if $As_O_3$ might be useful for the treatment of chronic myelogenous leukemia, we examined the ability of $As_O_3$ to induce apoptosis in K562 cells. In vitro cytotoxicity of $As_O_3$ was evaluated in K562 cells by a MTT assay: the $IC_50$ value for $As_O_3$ was determined to be $10\;{\mu}m$. When analyzed by agarose gel electorphoresis, the DNA fragments became evident after incubation of the cells with $20\;{\mu}m$$As_O_3$ for 24 h. We also found morphological changes and chromatin condensation of the cells undergoing apoptosis. Activation of caspase-3 was observed 6 h after treatment with $20\;{\mu}m$$As_O_3$ by a Western blot analysis. Next, we examined the MAP kinase-signaling pathway of $As_O_3$-induced apoptosis in K562 cells. $As_O_3$ at $10\;{\mu}m$ strongly induced the activation of p38, inhibited $As_O_3$ induced apoptotic cell death. These results suggest that $As_O_3$ is able to induce the apoptotic activity in K562 cells, and its apoptotic mechanism may be associated with the activation of p38.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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