Upregulation of human telomerase reverse transcriptase (hTERT) expression is an important factor in the cellular survival and cancer. Although growing evidence suggests that hTERT inhibits cellular apoptosis by telomere-independent functions, the mechanisms involved are not fully understood. Here, we show that hTERT contains a BH3-like motif, a short peptide sequence found in BCL-2 family proteins, and interacts with anti-apoptotic BCL-2 family proteins MCL-1 and BCL-xL, suggesting a functional link between hTERT and the mitochondrial pathway of apoptosis. Additionally, we propose that hTERT can be categorized into the atypical BH3-only proteins that promote cellular survival, possibly due to the non-canonical interaction between hTERT and antiapoptotic proteins. Although the detailed mechanisms underlying the hTERT BH3-like motif functions and interactions between hTERT and BCL-2 family proteins have not been elucidated, this work proposes a possible connection between hTERT and BCL-2 family members and reconsiders the role of the BH3-like motif as an interaction motif.
Proceedings of the Korean Society of Applied Pharmacology
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2002.07a
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pp.113-113
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2002
Phylogenetically conserved Bcl-2 family proteins play a pivotal role in the regulation of apoptosis from virus to human. Members of the Bcl-2 family consist of antiapoptotic proteins such as Bcl-2, Bcl-xL, and Bcl-w, and proapoptotic proteins such as BAD, Bax, BOD, and Bok. It has been proposed that anti- and proapoptotic Bcl-2 proteins regulate cell death by binding to each other and forming heterodimers. A delicate balance between anti- and proapoptotic Bcl-2 family members exists in each cell and the relative concentration of these two groups of proteins determines whether the cell survives or undergoes apoptosis. Mcl-1 (Myeloid cell :leukemia-1) is a member of the Bcl-2 family proteins and was originally cloned as a differentiation-induced early gene that was activated in the human myeloblastic leukemia cell line, ML-1 . Mcl-1 is expressed in a wide variety of tissues and cells including neoplastic ones. We recently identified a short splicing variant of Mcl-1 short (Mcl-IS) and designated the known Mcl-1 as Mcl-1 long (Mcl-lL). Mcl-lL protein exhibits antiapoptotic activity and possesses the BH (Bcl-2 homology) 1, BH2, BH3, and transmembrane (TM) domains found in related Bcl-2 proteins. In contrast, Mcl-1 S is a BH3 domain-only proapoptotic protein that heterodimerizes with Mcl-lL. Although both Mc1-lL and Mcl-lS proteins contain BH domains fecund in other Bcl-2 family proteins, they are distinguished by their unusually long N-terminal sequences containing PEST (proline, glutamic acid, serine, and threonine) motifs, four pairs of arginine residues, and alanine- and glycine-rich regions. In addition, the expression pattern of Mcl-1 protein is different from that of Bcl-2 suggesting a unique role (or Mcl-1 in apoptosis regulation. Tankyrasel (TRF1-interacting, ankyrin-related ADP-related polymerasel) was originally isolated based on its binding to TRF 1 (telomeric repeat binding factor-1) and contains the sterile alpha motif (SAM) module, 24 ankyrin (ANK) repeats, and the catalytic domain of poly(adenosine diphosphate-ribose) polymerase (PARP). Previous studies showed that tankyrasel promotes telomere elongation in human cells presumably by inhibiting TRFI though its poly(ADP-ribosyl)action by tankyrasel . In addition, tankyrasel poly(ADP-ribosyl)ates Insulin-responsive amino peptidase (IRAP), a resident protein of GLUT4 vesicles, and insulin stimulates the PARP activity of tankyrase1 through its phosphorylation by mitogen-activated protein kinase (MAPK). ADP-ribosylation is a posttranslational modification that usually results in a loss of protein activity presumably by enhancing protein turnover. However, little information is available regarding the physiological function(s) of tankyrase1 other than as a PARP enzyme. In the present study, we found tankyrasel as a specific-binding protein of Mcl-1 Overexpression of tankyrasel led to the inhibition of both the apoptotic activity of Mel-lS and the survival action of Mcl-lL in mammalian cells. Unlike other known tankyrasel-interacting proteins, tankyrasel did not poly(ADP-ribosyl)ate either of the Mcl-1 proteins despite its ability to decrease Mcl-1 proteins expression following coexpression. Therefore, this study provides a novel mechanism to regulate Mcl-1-modulated apoptosis in which tankyrasel downregulates the expression of Mcl-1 proteins without the involvement of its ADP-ribosylation activity.
Bisan El Dakkak;Jalal Taneera;Waseem El-Huneidi;Eman Abu-Gharbieh;Rifat Hamoudi;Mohammad H. Semreen;Nelson C. Soares;Eman Y. Abu-Rish;Mahmoud Y. Alkawareek;Alaaldin M. Alkilany;Yasser Bustanji
Biomolecules & Therapeutics
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v.32
no.3
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pp.267-280
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2024
Apoptosis, programmed cell death pathway, is a vital physiological mechanism that ensures cellular homeostasis and overall cellular well-being. In the context of cancer, where evasion of apoptosis is a hallmark, the overexpression of anti-apoptotic proteins like Bcl2, Bcl-xL and Mcl-1 has been documented. Consequently, these proteins have emerged as promising targets for therapeutic interventions. The BCL-2 protein family is central to apoptosis and plays a significant importance in determining cellular fate serving as a critical determinant in this biological process. This review offers a comprehensive exploration of the BCL-2 protein family, emphasizing its dual nature. Specifically, certain members of this family promote cell survival (known as anti-apoptotic proteins), while others are involved in facilitating cell death (referred to as pro-apoptotic and BH3-only proteins). The potential of directly targeting these proteins is examined, particularly due to their involvement in conferring resistance to traditional cancer therapies. The effectiveness of such targeting strategies is also discussed, considering the tumor's propensity for anti-apoptotic pathways. Furthermore, the review highlights emerging research on combination therapies, where BCL-2 inhibitors are used synergistically with other treatments to enhance therapeutic outcomes. By understanding and manipulating the BCL-2 family and its associated pathways, we open doors to innovative and more effective cancer treatments, offering hope for resistant and aggressive cases.
The molecular interaction between tumor suppressor p53 and the anti-apoptotic Bcl-2 family proteins plays an essential role in the transcription-independent apoptotic pathway of p53. In this study, we investigated the binding of p53 DNA-binding domain (p53DBD) with the anti-apoptotic Bcl-2 family proteins, Bcl-w, Mcl-1, and Bcl-2, using GST pull-down assay and NMR spectroscopy. The GST pull-down assays and NMR experiments demonstrated the direct binding of the p53DBD with Bcl-w, Mcl-1, and Bcl-2. Further, NMR chemical shift perturbation data showed that Bcl-w and Mcl-1 bind to the positively charged DNA-binding surface of p53DBD. Noticeably, the refined structural models of the complexes between p53DBD and Bcl-w, Mcl-1, and Bcl-2 showed that the binding mode of p53DBD is highly conserved among the anti-apoptotic Bcl-2 family proteins. Furthermore, the chemical shift perturbations on Bcl-w, Mcl-1, and Bcl-2 induced by p53DBD binding occurred not only at the p53DBD-binding acidic region but also at the BH3 peptide-binding pocket, which suggests an allosteric conformational change similar to that observed in Bcl-$X_L$. Taken altogether, our results revealed a structural basis for a conserved binding mechanism between p53DBD and the anti-apoptotic Bcl-2 family proteins, which shed light on to the molecular understanding of the transcription-independent apoptosis pathway of p53.
In the mammalian ovary, follicular development and atresia continuously occur during the reproductive cycles. Follicular atresia occurs through granulosa cell apoptosis. Apoptosis is known as the physiological cell death, which is regulated by bcl-2 gene family. In the bcl-2 gene family, bcl-2 and bcl-xLong are known as inhibitors of apoptosis, whereas bax and bcl-xShort are known as inducer of apoptosis. We thought that bcl-2 protein is associated with follicular development and atresia. But it is not known that the distribution of cells containing bcl-2 protein during follicular development and atresia. Therefore, to examine the distribution of cells with bcl-2 protein during ovarian follicular development and atresia, the immunohistochemistry was used in the rat ovary. Bcl-2 immunoreactivity was localized in the interstitial cells, theca externa cells and granulosa cells around of antrum. All positive signals were observed in the cytoplasm of these cells. Positive signals were strongly observed in the interstitial and theca externa cells of growing antral follicles. While, positive signals were weakly observed in these cells from atretic antral follicles. Positive signals were very weakly observed in the granulosa cells of growing and atretic antral follicles. According to these data, we suggested that bcl-2 proteins which were strongly expressed in the interstitial cells and theca externa cells of growing antral follicles inhibit follicular atresia. And we purposed that bcl-2 proteins regulated follicular development and atresia through the action of bcl-2 gene family.
BCL-2 family essential proteins to play a pivotal role to perform in apoptosis signaling pathways and essential proteins for the regulation of cell death. BCL2L10 protein is a member of BCL-2 family and it regulates both anti-apoptotic and pro-apoptotic function of specific tissue or cell line. BCL2L10 of function and expression is not reported in ovary cell lines. In this study we reported that BCL2L10 were significant expression of KGN cell line. Ectopic expression of BCL2L10 induced cell death, and its cells killing effect was blocked by pan-caspase inhibitor of the Z-VAD-fmk. Ectopic expression of BCL2L10 protein led to the activation of caspase 9 and caspase 3, suggesting apoptotic cell death, and confocal microscopic analyses showed that BCL2L10 was partially localized in mitochondria. Thus, we provide a novel function of BCL2L10 in KGN cells, which was involved in the intrinsic cell death pathway.
An increased understanding of apoptosis makes anti-apoptosis engineering possible, which is an approach used to inhibit apoptosis for the purpose of therapeutic, or industrial applications in the treatment of the diseases associated with increased apoptosis, or to improve the productivity of animal cell cultures, respectively. Some known anti-apoptosis proteins are the Bcl-2 family, IAP (inhibitor of apoptosis) and Hsps (heat shock proteins), with which anti-apoptosis engineering has progressed. This article reviews anti-apoptosis engineering using known anti-apoptosis compounds, and introduces a 30 K protein, isolated from silkworm hemolymph, as a novel anti-apoptotic protein, that Shows no homology with other known anti-apoptotic proteins. The regulation of apoptosis, using anti-apoptotic proteins and genes originating from the silkworm, Bombyx mori, may provide a new strategy in this field.
Apoptosis (programmed cell death) is a cellular self-destruction mechanism that is essential for a variety of biological events, such as developmental sculpturing, tissue homeostasis, and the removal of unwanted cells. Mitochondria play a crucial role in regulating cell death. $Ca^{2+}$ has long been recognized as a participant in apoptotic pathways. Mitochondria are known to modulate and synchronize $Ca^{2+}$ signaling. Massive accumulation of $Ca^{2+}$ in the mitochondria leads to apoptosis. The $Ca^{2+}$ dynamics of ER and mitochondria appear to be modulated by the Bcl-2 family proteins, key factors involved in apoptosis. The number and morphology of mitochondria are precisely controlled through mitochondrial fusion and fission process by numerous mitochondria-shaping proteins. Mitochondrial fission accompanies apoptotic cell death and appears to be important for progression of the apoptotic pathway. Here, we highlight and discuss the role of mitochondrial calcium handling and mitochondrial fusion and fission machinery in apoptosis.
Although sanguinarine, a benzophenanthridine alkaloid, possesses anti-cancer properties against several cancer cell lines, the molecular mechanisms by which it inhibits cell growth and induces apoptosis have not been clearly understood. In order to further explore the critical events leading to apoptosis in sanguinarine-treated MCF-7 human breast carcinoma cells, the following effects of sanguinarine on components of the mitochondrial apoptotic pathway were examined: generation of reactive oxygen species (ROS), alteration of the mitochondrial membrane potential (MMP), and the expression changes of Bcl-2 family proteins. We show that sanguinarine-induced apoptosis is accompanied by the generation of intracellular ROS and disruption of MMP as well as an increase in pro-apoptotic Bax expression and a decrease of anti-apoptotic Bcl-2 and Bcl-xL expression. The quenching of ROS generation with N-acetyl-L-cysteine, the ROS scavenger, protected the sanguinarine-elicited ROS generation, mitochondrial dysfunction, modulation of Bcl-2 family proteins, and apoptosis. Based on these results, we propose that the cellular ROS generation plays a pivotal role in the initiation of sanguinarine-triggered apoptotic death.
Reactivating the p53 pathway in tumors is an important strategy for anticancer therapy. In response to diverse cellular stresses, the tumor suppressor p53 mediates apoptosis in a transcription-independent and transcription-dependent manner. Although extensive studies have focused on the transcription-dependent apoptotic pathway of p53, the transcription-independent apoptotic pathway of p53 has only recently been discovered. Molecular interactions between p53 and Bcl-2 family proteins in the mitochondria play an essential role in the transcription-independent apoptosis of p53. This review describes the structural basis for the transcription-independent apoptotic pathway of p53 and discusses its potential application to anticancer therapy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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