Noninvasive molecular targeting in living subjects is highly demanded for better understanding of such diverse topics as the efficient delivery of drugs, genes, or radionuclides for the diagnosis or treatment of diseases. Progress in molecular biology, genetic engineering and polymer chemistry provides various tools to target molecules and cells in vivo. We used chitosan as a polymer, and $^{99m}Tc$ as a radionuclide. We developed $^{99m}Tc-galactosylated$ chitosan to target asialoglycoprotein receptors for nuclear imaging. We also developed $^{99m}Tc-HYNIC-chitosan-transferrin$ to target inflammatory cells, which was more effective than $^{67}Ga-citrate$ for imaging inflammatory lesions. For an effective delivery of molecules, a longer circulation time is needed. We found that around 10% PEGylation was most effective to prolong the circulation time of liposomes for nuclear imaging of $^{99m}Tc-HMPAO-labeled$ liposomes in rats. Using various characteristics of molecules, we can deliver drugs into targets more effectively. We found that $^{99m}Tc-labeled$ biodegradable pullulan-derivatives are retained in tumor tissue in response to extracellular ion-strength. For the trafficking of various cells or bacteria in an intact animal, we used optical imaging techniques or radiolabeled cells. We monitored tumor-targeting bacteria by bioluminescent imaging techniques, dentritic cells by radiolabeling and neuronal stem cells by sodium-iodide symporter reporter gene imaging. In summary, we introduced recent achievements of molecular nuclear imaging technologies in targeting receptors for hepatocyte or inflammatory cells and in trafficking bacterial, immune and stem cells using molecular nuclear imaging techniques.
Park, Kunyou;Ju, Sungeun;Kim, Nari;Park, Seung-Yeol
BMB Reports
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v.54
no.5
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pp.246-252
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2021
The Golgi complex plays a central role in protein secretion by regulating cargo sorting and trafficking. As these processes are of functional importance to cell polarity, motility, growth, and division, there is considerable interest in achieving a comprehensive understanding of Golgi complex biology. However, the unique stack structure of this organelle has been a major hurdle to our understanding of how proteins are secreted through the Golgi apparatus. Herein, we summarize available relevant research to gain an understanding of protein secretion via the Golgi complex. This includes the molecular mechanisms of intra-Golgi trafficking and cargo export in the trans-Golgi network. Moreover, we review recent insights on signaling pathways regulated by the Golgi complex and their physiological significance.
Fasciclin II (FasII), the Drosophila ortholog of neural cell adhesion molecule (NCAM), plays a critical role in synaptic stabilization and plasticity. Although this molecule undergoes constitutive cycling at the synaptic membrane, how its membrane trafficking is regulated to ensure proper synaptic development remains poorly understood. In a genetic screen, we recovered a mutation in Drosophila mical-like that displays an increase in bouton numbers and a decrease in FasII levels at the neuromuscular junction (NMJ). Similar phenotypes were induced by presynaptic, but not postsynaptic, knockdown of mical-like expression. FasII trafficking assays revealed that the recycling of internalized FasII molecules to the cell surface was significantly impaired in mical-like-knockdown cells. Importantly, this defect correlated with an enhancement of endosomal sorting of FasII to the lysosomal degradation pathway. Similarly, synaptic vesicle exocytosis was also impaired in mical-like mutants. Together, our results identify Mical-like as a novel regulator of synaptic growth and FasII endocytic recycling.
Ephedra sinica Stapf, known as a medicinal plant, inhibited not only syncytium formation, but also trafficking of viral glycoprotein, hemagglutinin-neuramidase (HN) to the cell-surface. Trafficking of viral glycoprotein to the surface of infected-cells results in syncytium formation in Newcastle disease virus (NDV)-infected baby hamster kidney (BHK) cells. Viral glycoprotein in the infected-cell is processed within the endoplasmic reticulum during routing into surface. The processing of viral glycoprotein like a N-linked oligosaccharide trimming by ${\alpha}$-glucosidase in cell is necessary for virus infection. Methanol extracts showed inhibitory activities ($IC_{50}$$15{\mu}g/mL$) against ${\alpha}$-glucosidase. This suggested that E. sinica extracts inhibited the cell-surface expression of NDV-HN glycoprotein without significantly affecting HN glycoprotein synthesis in NDV-infected BHK cells.
Cilia are highly specialized antennae-like organelles that extend from the cell surface and act as cell signaling hubs. Intraflagellar transport (IFT) is a specialized form of intracellular protein trafficking that is required for the assembly and maintenance of cilia. Because cilia are so important, mutations in several IFT components lead to human disease. Thus, clarifying the molecular functions of the IFT proteins is a high priority in cilia biology. Live imaging in various species and cellular preparations has proven to be an important technique in both the discovery of IFT and the mechanisms by which it functions. Live imaging of Drosophila cilia, however, has not yet been reported. Here, we have visualized the movement of IFT in Drosophila cilia using time-lapse live imaging for the first time. We found that NOMPB-GFP (IFT88) moves according to distinct parameters depending on the ciliary segment. NOMPB-GFP moves at a similar speed in proximal and distal cilia toward the tip (${\sim}0.45{\mu}m/s$). As it returns to the ciliary base, however, NOMPB-GFP moves at ${\sim}0.12{\mu}m/s$ in distal cilia, accelerating to ${\sim}0.70{\mu}m/s$ in proximal cilia. Furthermore, while live imaging NOMPB-GFP, we observed one of the IFT proteins required for retrograde movement, Oseg4 (WDR35), is also required for anterograde movement in distal cilia. We anticipate our time-lapse live imaging analysis technique in Drosophila cilia will be a good starting point for a more sophisticated analysis of IFT and its molecular mechanisms.
Contact hypersensitivity (CHS) serves as a good model of cell-mediated reaction. Epidermal langerhans cell (LC) are thought to playa crucial role in the regulation of immune reaction of the skin, which elicit the CHS response by presenting Antigen to trafficking Ag-specific T cells within the skin. However, contact hypersensitivity is regarded as a negative side of immunities, caused by increased damaging immune response. Therefore, the study of effector molecule causing immune suppression is thought to be meaningful in the skin immune response. For this aim, this study investigated the influence of pedunculagin on cytokine, IL-$\beta$ expression from langerhans cell (LC). In vitro and in vivo, pedunculagin up-regulated the expression of IL-1$\beta$ mRNA. After PMA stimulation in vitro and DNFB sensitization in vivo, the expression of IL-1$\beta$ mRNA was down-regulated. This results suggested that pedunculagin could be immuno-modulator in skin immune system by modulating IL-1$\beta$ expression.
Acid-sensing ion channels (ASICs) are proton-gated cation channels widely expressed in the nervous system. Proton sensing by ASICs has been known to mediate pain, mechanosensation, taste transduction, learning and memory, and fear. In this study, we investigated the differential subcellular localization of ASIC2a and ASIC3 in heterologous expression systems. While ASIC2a targeted the cell surface itself, ASIC3 was mostly accumulated in the ER with partial expression in the plasma membrane. However, when ASIC3 was co-expressed with ASIC2a, its surface expression was markedly increased. By using bimolecular fluorescence complementation (BiFC) assay, we confirmed the heteromeric association between ASIC2a and ASIC3 subunits. In addition, we observed that the ASIC2a-dependent surface trafficking of ASIC3 remarkably enhanced the sustained component of the currents. Our study demonstrates that ASIC2a can increase the membrane conductance sensitivity to protons by facilitating the surface expression of ASIC3 through herteromeric assembly.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2017.05a
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pp.81-81
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2017
Nanotechnology is of great importance to molecular biology and medicine because life processes are maintained by the action of a series of molecular nanomachines in the cell machinery. Recent advances in nanoscale materials that possess emergent physical properties and molecular organization hold great promise to impact human health in the diagnostic and therapeutic arenas. In order to be effective, nanomaterials need to navigate the host biology and traffic to relevant biological structures, such as diseased or pathogenic cells. Moreover, nanoparticles intended for human administration must be designed to interact with, and ideally leverage, a living host environment. Inspired by nature, we use peptides to transfer biological trafficking properties to synthetic nanoparticles to achieve targeted delivery of payloads. In this talk, development of nanoscale materials will be presented with a particular focus on applications to three outstanding health problems: bacterial infection, cancer detection, and traumatic brain injury. A biodegradable nanoparticle carrying a peptide toxin trafficked to the bacterial surface has antimicrobial activity in a pneumonia model. Trafficking of a tumor-homing nanoprobes sensitively detects cancer via a high-contrast time-gated imaging system. A neuron-targeted nanoparticle carrying siRNA traffics to neuronal populations and silences genes in a model of traumatic brain injury. Unique combinations of material properties that can be achieved with nanomaterials provide new opportunities in translational nanomedicine. This framework for constructing nanomaterials that leverage bio-inspired molecules to traffic diagnostic and therapeutic payloads can contribute on better understanding of living systems to solve problems in human health.
Methylelaiophylin isolated from Streptomyces melanosporofaciens was selected as an ${\alpha}$-glucosidase inhibitor with an $IC_{50}$ value of 10 ${\mu}M$. It showed mixed-type inhibition of ${\alpha}$-glucosidase with a $K_i$ value of 5.94 ${\mu}M$. In addition, methylelaiophylin inhibited the intracellular trafficking of hemagglutinin-neuramidase (HN), a glycoprotein of Newcastle disease virus (NDV), in baby hamster kidney (BHK) cells. Methylelaiophylin inhibited the cell surface expression of NDV-HN glycoprotein without significantly affecting HN glycoprotein synthesis in NDV-infected BHK cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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