Calcium (Ca) is an essential element to maintain body homeostasis. However, many factors disturb calcium absorption. Aspartic acid chelated calcium (AAC) was synthesized by new methods using calcium carbonate and aspartic acid. This study was carried out to investigate the bioavailability of AAC in Ca-deficient rats. The experimental groups were as follows: NC; normal diet control group, CD-C; untreated control group of Ca-deficient (CD) rats, CD-$CaCO_3$; $CaCO_3$ treated group of CD rats, CD-AAC; AAC treated group of CD rats, and CD-SWC; and seaweed-derived Ca treated group of CD rats. The Ca content of various types of Ca was held constant at 32 mg/day, and the four CD groups were fed for 7 days after randomized grouping. Ca content in serum, urine, and feces within feeding periods were analyzed to confirm Ca absorption. Serum Ca content was significantly higher in the CD-AAC (11.24 mg/dL) and CD-SWC (10.12 mg/dL) groups than that in the CD-C (8.6 mg/dL) group 2 hours following the first administration. The Ca content in feces was significantly lower in the CD-AAC (35.4 mg/3 days) and CD-SWC (71.1 mg/3 day) groups than that in the CD-$CaCO_3$ (98.7 mg/3 days) group (p > 0.05). AAC had a 2.3-fold higher absorption rate of Ca than that of SWC. No differences in fibula length were observed in the NC and CD groups. The fibula weights of the CD-AAC (0.33 g) and CD-SWC (0.33 g) groups increased compared to those in the CD-C (0.27 g) group; however, no significant difference was observed between the CD groups. We conclude that bioavailability of AAC is higher than that of seaweed-derived Ca or inorganic Ca. Thus, these findings suggest the AAC has potential as a functional food material related to Ca metabolism.
Potassium cyanate (KOCN) is an inorganic compound and induces the carbamylation of proteins with cytotoxic effects on human cells. Although there is a potential cytotoxic molecule, the role of KOCN on the apoptosis of cancer cell is not well understood. The present study investigated the effects of KOCN on the human colorectal cancer cell line, HCT 116 cells. To understand the anti-cancer effect of KOCN on HCT 116 cells, we examined alteration of apoptosis, the intracellular $Ca^{2+}$ concentration, the intracellular signaling pathway and generation of reactive oxygen species (ROS) in these cells treated with KOCN. The apoptosis of HCT 116 cells was induced by KOCN in a dose-dependent manner at 24 hours and 48 hours, respectively. The apoptosis was processed via the cleavage of poly ADP-ribose polymerase (PARP) and activation of caspase 3 in HCT 116 cells. KOCN induced the elevation of intracellular $Ca^{2+}$ concentration and changed the expressions of Bcl-2 family proteins. The pro-apoptotic Bax was continuously up-regulated, and the anti-apoptotic Bcl-2 was down-regulated by KOCN. KOCN also induced the hyperpolarization of mitochondria and the generation of ROS in HCT 116 cells. Taken together, these results indicate that KOCN induces the apoptosis of HCT 116 cells by disruption of $Ca^{2+}$ homeostasis and via mitochondrial pathway. This study provides the compound that may be used as a potent agent for the treatment of colorectal cancer.
Lee, Mi Nam;Hwang, Hee-Su;Oh, Sin-Hye;Roshanzadeh, Amir;Kim, Jung-Woo;Song, Ju Han;Kim, Eung-Sam;Koh, Jeong-Tae
Experimental and Molecular Medicine
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v.50
no.11
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pp.2.1-2.16
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2018
Supplementation of mesenchymal stem cells (MSCs) at sites of bone resorption is required for bone homeostasis because of the non-proliferation and short lifespan properties of the osteoblasts. Calcium ions ($Ca^{2+}$) are released from the bone surfaces during osteoclast-mediated bone resorption. However, how elevated extracellular $Ca^{2+}$ concentrations would alter MSCs behavior in the proximal sites of bone resorption is largely unknown. In this study, we investigated the effect of extracellular $Ca^{2+}$ on MSCs phenotype depending on $Ca^{2+}$ concentrations. We found that the elevated extracellular $Ca^{2+}$ promoted cell proliferation and matrix mineralization of MSCs. In addition, MSCs induced the expression and secretion of osteopontin (OPN), which enhanced MSCs migration under the elevated extracellular $Ca^{2+}$ conditions. We developed in vitro osteoclast-mediated bone resorption conditions using mouse calvaria bone slices and demonstrated $Ca^{2+}$ is released from bone resorption surfaces. We also showed that the MSCs phenotype, including cell proliferation and migration, changed when the cells were treated with a bone resorption-conditioned medium. These findings suggest that the dynamic changes in $Ca^{2+}$ concentrations in the microenvironments of bone remodeling surfaces modulate MSCs phenotype and thereby contribute to bone regeneration.
Sohyun Kim;Seong Jun Kang;Huu Son Nguyen;Seong-Woo Jeong
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.28
no.1
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pp.93-103
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2024
Satellite glial cells (SGCs), a major type of glial cell in the autonomic ganglia, closely envelop the cell body and even the synaptic regions of a single neuron with a very narrow gap. This structurally unique organization suggests that autonomic neurons and SGCs may communicate reciprocally. Glial Ca2+ signaling is critical for controlling neural activity. Here, for the first time we identified the machinery of store-operated Ca2+ entry (SOCE) which is critical for cellular Ca2+ homeostasis in rat sympathetic ganglia under normal and pathological states. Quantitative realtime PCR and immunostaining analyses showed that Orai1 and stromal interaction molecules 1 (STIM1) proteins are the primary components of SOCE machinery in the sympathetic ganglia. When the internal Ca2+ stores were depleted in the absence of extracellular Ca2+, the number of plasmalemmal Orai1 puncta was increased in neurons and SGCs, suggesting activation of the Ca2+ entry channels. Intracellular Ca2+ imaging revealed that SOCE was present in SGCs and neurons; however, the magnitude of SOCE was much larger in the SGCs than in the neurons. The SOCE was significantly suppressed by GSK7975A, a selective Orai1 blocker, and Pyr6, a SOCE blocker. Lipopolysaccharide (LPS) upregulated the glial fibrillary acidic protein and Toll-like receptor 4 in the sympathetic ganglia. Importantly, LPS attenuated SOCE via downregulating Orai1 and STIM1 expression. In conclusion, sympathetic SGCs functionally express the SOCE machinery, which is indispensable for intracellular Ca2+ signaling. The SOCE is highly susceptible to inflammation, which may affect sympathetic neuronal activity and thereby autonomic output.
Proceedings of the Korean Biophysical Society Conference
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2002.06b
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pp.40-40
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2002
Altered intracellular $Ca^{2+}$ homeostasis is presumably the primary mechanism of the diastolic impairment in diabetic cardiomyopathy. However, causal relations of numerous environmental changes observed in the diabetic heart have been left unresolved. In the present study, we sought to establish an in vitro model of diabetic cardiomyopathy using H9c2 cardiac myocyte cell line.(omitted)
Pathophysiological elevation of intracellular calcium concentration ($[Ca^{2+}]_1$) in the neuron has been considered as an important responsible factor in the neuronal cell damages. However the mechanism of increase of $[Ca^{2+}]_1$ and the relationship between $[Ca^{2+}]_1$ level and cytotocixity have not been fully demonstrated. In the present study, real-time alteration of $[Ca^{2+}]_1$and cellular response (cell damages) in the pheochromocytoma cells (PC12) stimulated by glutamate were investigated. Glutamate dose dependently decreased cell viability determined propidium iodide fluorescence method and morphology change. Conversely related with cell damages, glutamate dose dependently increased the level of[Ca$^{2+}$]$_{i}$ . To investigate the mechanism of glutamate-induced increase of $[Ca^{2+}]_1$,$[Ca^{2+}]_1$, was first measured in the cell cultured in calcium free media and in the presence of dantrolene, an inhibitor of calcium release from ryanodine receptor located in endoplasmic reticulum (ER). Similar to the increase$[Ca^{2+}]_1$ in the calcium-containing media, glutamate dose dependently increased $[Ca^{2+}]_1$ in the cell cultured in free calcium media. However pretreatment (2 hr) with 20~50 $\mu\textrm{M}$ dantrolene substantial lowered glutamate-induced increase of $[Ca^{2+}]_1$, suggesting that release of calcium from ER may be major sourse of increase of $[Ca^{2+}]_1$ in PC12 cells. Dantrolene-induced inhibition of $[Ca^{2+}]_1$ resulted in recovery of cytotoxicity by glutamate. Relevance of N-methy-D-aspartate (NMDA) receptor, a type of glutamte receptor on glutamate-induced incense of $[Ca^{2+}]_1$,$[Ca^{2+}]_1$ was also determined in the cells pretreated (2 hr) with NMDA receptor antagonist MK-80l. Glutamate-induced increase of $[Ca^{2+}]_1$ was reduced by MK-801 dose dependently. Furthermore, glutamate-induced cytotoxicity was also prevented by MK-80l. These results demonstrate that glutamte increase $[Ca^{2+}]_1$ dose dependently and thereby cause cytotoxicity. The increase of $[Ca^{2+}]_1$ may release from ER, especially through ryanodine receptor and/or through NMDA receptor Alteration of calcium homeostasis through disturbance of ER system and/or calcium influx through NMDA receptor could contribute glutamate-induced cell damages.s.
Transient receptor potential (TRP) channels comprise a diverse family of ion channels, the majority of which are calcium permeable and show sophisticated regulatory patterns in response to various environmental cues. Early studies led to the recognition of TRP channels as environmental and chemical sensors. Later studies revealed that TRP channels mediated the regulation of intracellular calcium. Mutations in TRP channel genes result in abnormal regulation of TRP channel function or expression, and interfere with normal spatial and temporal patterns of intracellular local Ca2+ distribution. The resulting dysregulation of multiple downstream effectors, depending on Ca2+ homeostasis, is associated with hallmarks of cancer pathophysiology, including enhanced proliferation, survival and invasion of cancer cells. These findings indicate that TRP channels affect multiple events that control cellular fate and play a key role in cancer progression. This review discusses the accumulating evidence supporting the role of TRP channels in tumorigenesis, with emphasis on prostate cancer.
Propranolol is one of clinically useful antiarrhythmic agents and electrophysiologically classified as group II. And the negative inotropic effect which is not related to adrenolytic effect has been demonstrated with high concentration of propranolol. On the other hand, it has been well known that the calcium plays a central role in excitation-contraction coupling process of myocardium and also in electrophysiological changes of cell membrane. Author studies the effect of propranolol on calcium uptake and release in sarcoplasmic reticulum and mitochondria prepared from porcine myocardium to investigate the mechanism of action of propranolol on myocardium. The results are summarized as follow: 1] The maximum Ca++-uptake of sarcoplasmic reticulum is inhibited by propranolol in a dose dependent manner. 2] The release of calcium from sarcoplasmic reticulum is not affected by propranolol but with higher than 1x10-3 M of propranolol, rate of calcium release from sarcoplasmic reticulum is decreased. 3] Propranolol inhibits the maximum uptake and uptake rate of calcium in mitochondria non-competitively. [Ki = 6.21 x 10-4 M] 4] The rate of Na+ induced calcium release from mitochondrion shows a function of [Na+]2 and is inhibited by propranolol with the concentration significantly lower than that affect the calcium uptake in sarcoplasmic reticulum and in mitochondria [Ki = 2.91 x 10-5 M]. These results suggest that propranolol affects the intracellular calcium homeostasis which may considered to be one of the mechanism of action of propranolol on myocardium.
Park, Dae-Kyoon;Park, Kyung-Ho;Ko, Jeong-Sik;Kim, Duk-Soo
BMB Reports
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v.44
no.5
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pp.306-311
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2011
Although NCX-3 is highly expressed in the brain, the distribution of NCX-3 in the epileptic hippocampus is still controversial. Therefore, to assess the distribution and pattern of NCX-3 expression in epileptic hippocampus, we performed a comparative analysis of NCX-3 immunoreactivities in the hippocampus of seizure-resistant (SR) and seizure-sensitive (SS) gerbils. In SR gerbils, NCX-3 immunoreactivity was higher than pre-seizure SS gerbils, particularly in the pavalbumin (PV)-positive interneurons. Three h post-ictal, NCX-3 immunoreactivity in the SS gerbil hippocampus was markedly elevated to the level of SR gerbils. Six h post-ictal, the expression of NCX-3 was reduced to the level of pre-seizure SS gerbils. Therefore, the results of the present study suggest that down-regulation of NCX-3 expression in the SS gerbil hippo-campus may be involved in the hyperexcitability of SS gerbils due to an imbalance of intracellular $Na^+/Ca^{2+}$ homeostasis and $Ca^{2+}$ concentration.
Increased intracellular levels of $Ca^{2+}$ are generally thought to negatively regulate lipolysis in mature adipocytes, whereas store-operated $Ca^{2+}$ entry was recently reported to facilitate lipolysis and attenuate lipotoxicity by inducing lipophagy. Transient receptor potential mucolipin1 (TRPML1), a $Ca^{2+}$-permeable non-selective cation channel, is mainly expressed on the lysosomal membrane and plays key roles in lysosomal homeostasis and membrane trafficking. However, the roles of TRPML1 in lipolysis remains unclear. In this study, we examined whether the channel function of TRPML1 induces lipolysis in mature adipocytes. We found that treatment of mature adipocytes with ML-SA1, a specific agonist of TRPML1, solely upregulated extracellular glycerol release, but not to the same extent as isoproterenol. In addition, knockdown of TRPML1 in mature adipocytes significantly reduced autophagic flux, regardless of ML-SA1 treatment. Our findings demonstrate that the channel function of TRPML1 partially contributes to lipid metabolism and autophagic membrane trafficking, suggesting that TRPML1, particularly the channel function of TRPML1, is as therapeutic target molecule for treating obesity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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