Caspases play critical roles in the execution of apoptosis. Caspase-3 and caspase-7 are closely related in sequence as well as in substrate specificity. The two caspases have overlapping substrate specificities with special preference for the DEVD motif. However, they are targeted to different subcellular locations during apoptosis, implying the existence of substrates specific for one or other caspase. To identify new caspase-7 substrates, we digested cell lysates obtained from the caspase-3-deficient MCF-7 cell line with purified recombinant caspase-7, and analyzed spots that disappeared or decreased by 2-DE (we refer to this as the caspase-7 degradome). Several proteins with various cellular functions underwent caspase-7-dependent proteolysis. The substrates of capase-7 identified by the degradomic approach were rather different from those of caspase-3 (Proteomics, 4, 3429-3435, 2004). Among the candidate substrates, we confirmed that Valosin-containing protein (VCP) was cleaved by both capspase-7 and caspase-3 in vitro and during apoptosis. Cleavage occurred at both $DELD^{307}$ and $DELD^{580}$. The degradomic study yielded several candidate caspase-7 substrates and their further analysis should provide valuables clues to the functions of caspase-7 during apoptosis.
카드뮴의 주요한 표적장기이며 카드뮴이 만성 및 급성 폭로시 축적되는 가장 중요한 장기인 간의 세포독성을 Hepalclc7세포에서 caspases및 Bax단백질의 활성과 발현 그리고 미토콘드리아 세포막 전위 변화(MPT) 등을 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 카드뮴은 농도의존적으로 간세포인 Hepalclc7 세포의 생존율을 감소시켰다. 2. 카드뮴을 농도별로 처리하였을 때 100 M 이상의 농도에서 세포사멸의 특징중의 하나인 DNA분절현상을 확인하였다. 3. 카드뮴 처리 후 caspase-3, caspase-8, caspase-9 의 활성변화를 조사한 결과 caspase-3,-9 pretease 활성이 시간이 경과함에 따라 증가하였다. 4. 카드뮴 처리 후 cytochrome c가 세포질내로 방출되었고 이는 caspase-9 proteas의 활성화를 유도하였다. 5. 카드뮴 처리 후 Bax가 세포질에서 미토콘드리아로 이동하여 cytochrome c의 세포질내로의 방출에 관여하였다. 6. 카드뮴 처리시 미토콘드리아 세포막 전위차의 감소를 JC-1 형광염색을 통하여 확인하였다. 이상의 결과는 카드뮴에 의한 Hepalclc7 세포사멸의 신호전달기전은 세포질내에 있는 Bax가 미토콘드리아로 이동, cytochrome c의 세포질내로의 방출, 그리고 caspase-3, 9 pretease 활성화를 의해서 매개되는 것으로 판단된다. 또한 Bax 단백질의 발현변화가 미토콘드리아의 기능변화에 기여하였으리라 사료된다.
본 연구에서는 인간 자궁경부암세포주에서 S-allylcysteine (SAC)이 세포자멸경로에 중요한 역할을 담당하는 initiator caspase의 하나인 caspase-9와 effector caspase에 속하는 caspase-3 및 caspase-7 그리고 DNA 복구에 관여하는 poly ADP-ribose polymerase (PARP)의 발현조절에 미치는 영향과, SAC에 의한 이러한 세포자멸 및 DNA 복구 관련 단백질의 발현변화가 세포증식억제를 통한 기능적 작용을 유발하는지를 조사하였다. 단백질 발현분석 결과, 특히 50 mM의 SAC로 48시간 동안 처리하였을 경우, procaspase-3, -7, -9 및 PARP의 발현은 각각 94%, 38%, 95% 및 64% 감소되었으며, 이와 반대로 caspase-3, -7, -9 및 cleaved-PARP의 발현은 현저히 증가되었다. 또한 cell proliferation assay 결과, 20 mM 이상의 SAC 처리는 6, 12, 24 및 48시간에서 농도 및 시간 의존적인 세포증식 억제효과를 나타내었다. 이러한 결과는 SAC 처리가 자궁경부암세포의 증식을 억제하며, 이에 대한 가능한 분자적 작용기전들 중의 하나로 세포자멸과정 중 initiator caspase의 하나인 caspase-9의 활성을 유도하고 이에 따른 effector caspase인 caspase-3과 caspase-7의 활성을 촉진시킬 뿐만 아니라 DNA 복구에 관여하는 PARP의 불활성화를 초래함으로써 세포자멸 유도에 관여하는 것으로 사료된다.
Apoptotic signals are typically accompanied by activation of aspartate-specific cysteine proteases called caspases, and caspase-3 and -7 play crucial roles in the execution of apoptosis. Previously, using the proteomic approach, protein disulfide isomerase (PDI) was found to be a candidate substrate of caspase-7. This abundant 55 kDa protein introduces disulfide bonds into proteins (via its oxidase activity) and catalyzes the rearrangement of incorrect disulfide bonds (via its isomerase activity). PDI is abundant in the ER but is also found in non-ER locations. In this study we demonstrated that PDI is cleaved by caspase-3 and -7 in vitro. In addition, in vivo experiment showed that it is cleaved during etoposide-induced apoptosis in HL-60 cells. Subcellular fractionation showed that PDI was also present in the cytosol. Furthermore, only cytosolic PDI was clearly digested by caspase-3 and -7. It was also confirmed by confocal image analysis that PDI and caspase-7 partially co-localize in both resting and apoptotic MCF-7 cells. Overexpression of cytosolic PDI (ER retention sequence deleted) inhibited cell death after an apoptotic stimulus. These data indicate that cytosolic PDI is a substrate of caspase-3 and -7, and that it has an anti-apoptotic action.
Triglyceride (TG) accumulation causes macrophage cell death, which affects the development of atherosclerosis. Here, we examined whether caspase-2 is implicated in TG-induced macrophage cell death. We found that caspase-2 activity is increased in TG-treated THP-1 macrophages, and that inhibition of caspase-2 activity drastically inhibits TG-induced cell death. We previously reported that TG-induced macrophage cell death is triggered by caspase-1, and thus investigated the relationship between caspase-2 and caspase-1 in TG-induced macrophage cell death. Inhibition of caspase-2 activity decreased caspase-1 activity in TG-treated macrophages. However, caspase-1 inhibition did not affect caspase-2 activity, suggesting that caspase-2 is upstream of caspase-1. Furthermore, we found that TG induces activation of caspase-3, -7, -8, and -9, as well as cleavage of PARP. Inhibition of caspase-2 and -1 decreased TG-induced caspase-3, -7, -8, and -9 activation and PARP cleavage. Taken together, these results suggest that TG-induced macrophage cell death is mediated via the caspase-2/caspase-1/apoptotic caspases/PARP pathways.
Adult stem cell transplantation has been increased every year, because of the lack of organ donors for regenerative medicine. Therefore, development of reliable and safety cryopreservation and bio-baking method for stem cell therapy is urgently needed. The present study investigated safety of dimethyl sulfoxide (DMSO) such as common cryoprotectant on porcine bone marrow derived mesenchymal stem cells (pBM-MSCs) by evaluating the activation of Caspase-3 and -7, apoptosis related important signal pathway. pBM-MSCs used for the present study were isolated density gradient method by Ficoll-Paque Plus and cultured in A-DMEM supplemented 10% FBS at $38.5^{\circ}C$ in 5% $CO_2$ incubator. pBM-MSCs were cryopreserved in A-DMEM supplemented either with 5%, 10% or 20% DMSO by cooling rate at $-1^{\circ}C$/min in a Kryo 360 (planner 300, Middlesex, UK) and kept into $LN_2$. Survival rate of cells after thawing did not differ between 5% and 10% DMSO but was lowest in 20% DMSO by 0.4% trypan blue exclusion. Activation of Caspase-3 and -7 by Vybrant FAM Caspase-3 and -7 Assay Assay Kit (Molecular probes, Inc.OR, USA) was analyzed with a flow cytometer. Both of cryopreserved and control groups (fresh pBM-MSCs) were observed after the activation of Caspase-3 and -7. The activation did not differ between 5% and 10% DMSO, but was observed highest in 20% DMSO. Therefore 5% DMSO can be possibly used for cell cryopreservation instead of 10% DMSO.
EphA7 has been implicated in the regulation of apoptotic cell death in neural epithelial cells. In this report, we provide evidence that EphA7 interacts with caspase-8 to induce apoptotic cell signaling. First, a pull-down assay using biotinylated ephrinA5-Fc showed that EphA7 co-precipitated with wild type caspase-8 or catalytically inactive caspase-8 mutant. Second, co-transfection of EphA7 with caspase-8 significantly increased the number of cleaved caspase-3 positive apoptotic cells under an experimental condition where transfection of EphA7 or caspase-8 alone did not affect cell viability or apoptosis. EphA4 also had a causative role in inducing apoptotic cell death with caspase-8, whereas EphA8 did not. Third, caspase-8 catalytic activity was essential for the apoptotic signaling cascade, whereas tyrosine kinase activity of the EphA4 receptor was not. Interestingly, we found that kinase-inactive EphA4 was well co-localized at the plasma membrane with catalytically inactive caspase-8, suggesting that an interaction between these mutant proteins was more stable. Finally, we observed that the extracellular region of the EphA7 receptor was critical for interacting with caspase-8, whereas the cytoplasmic region of EphA7 was not. Therefore, we propose that Eph receptors physically associate with a transmembrane protein to form an apoptotic signaling complex and that this unidentified receptor-like protein acts as a biochemical linker between the Eph receptor and caspase-8.
Kim, Eun-Sook;Yoo, Sung-Eun;Yi, Kyu-Yang;Lee, Sun-Kyung;Noh, Jae-Sung;Jung, Yong-Sam;Kim, Eun-Hee;Jeong, Nak-Chul
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제23권7호
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pp.1003-1010
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2002
Caspase 3, a member of cysteine protease family, is well known as a major apoptosis effector and is involved in cell death as a result of ischemic diseases such as stroke and myocardial infarction, therefore the inhibition of caspase 3 may protect those apoptotic cell damages. During the high-throughput screening of the compounds from the Korea Chemical Bank, berberine derivatives (A and B), an isoquinoline alkaloid, have been identified as potential inhibitors for caspase 3. Based on this finding we carried out molecular modeling study to identify the pharmacophoric elements of berberine structure which interact with a substrate-recognition binding site of caspase 3 and came up with several novel scaffolds. In this report, we will discuss the molecular modeling, syntheses and the enzyme inhibitory activities of these novel compounds.
I evaluated the protective effect of N-methyl-D-aspartate (NMDA)/glycine receptor antagonist, 7-chlorokinurenic acid (CKA) on cultured mouse astrocytes damaged by ischemia-like condition (ILC). The protective effect of CKA was assessed by cell viability, lactate dehydrogenase (LDH) activity, superoxide dismutase (SOD)-like activity and lipid peroxidation. To examine the effect of CKA on the cell apoptosis, the expression and the activity of caspase 3 were assessed by Western blotting. CKA increased the cell viability decreased by ILC. CKA also decreased the LDH activity and antioxidative effects such as SOD-like activity and inhibitory activity of lipid peroxidation. In addition, CKA suppressed the expression of caspase 3 associated with apoptosis, and increased the cell viability by the decrease of caspase 3 activity as like the caspase 3 inhibitor, Av-DVED-MED. From these results, these results suggest that ILS induces cell cytotoxicity in cultured astrocytes and CKA, NMDA/glycine receptor antagonist, is effective on the prevention of the cytotoxicity due to ILS by the antioxidative effect and the inhibition of apoptosis.
Caspases, a family of cysteinyl aspartate-specific proteases plays a central role in the regulation and the execution of apoptotic cell death. Activation of caspases-3 stimulates a signaling pathway that ultimately leads to the death of the cell. Hence, caspase-3 has been proven to be an effective target for reducing the amount of cellular and tissue damage. In this work, comparative molecular field analysis (CoMFA) was performed on a series of 3, 4-dihydropyrimidoindolones derivatives which are inhibitors of caspase-3. The best predictions were obtained for CoMFA model ($q^2=0.676$, $r^2=0.990$). The predictive ability of test set ($r^2_{pred}$) was 0.688. Statistical parameters from the generated QSAR models indicated the data is well fitted and have high predictive ability. Our theoretical results could be useful to design novel and more potent caspase-3 derivatives.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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