Liu, Kai-Hsi;Lin, Hung-Yin;Thomas, James L.;Shih, Yuan-Pin;Yang, Zhuan-Yi;Chen, Jen-Tsung;Lee, Mei-Hwa
Journal of Ginseng Research
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제46권5호
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pp.621-627
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2022
Background: Panax ginseng (ginseng) is a traditional medicine that is reported to have cardioprotective effects; ginsenosides are the major bioactive compounds in the ginseng root. Methods: Magnetic molecularly imprinted polymer (MMIP) nanoparticles might be useful for both the extraction of the targeted (imprinted) molecules, and for the delivery of those molecules to cells. In this work, plant growth regulators were used to enhance the adventitious rooting of ginseng root callus; imprinted polymeric particles were synthesized for the extraction of ginsenoside Rb1 from root extracts, and then employed for subsequent particle-mediated delivery to cardiomyocytes to mitigate hypoxia/reoxygenation injury. Results: These synthesized composite nanoparticles were first characterized by their specific surface area, adsorption capacity, and magnetization, and then used for the extraction of ginsenoside Rb1 from a crude extract of ginseng roots. The ginsenoside-loaded MMIPs were then shown to have protective effects on mitochondrial membrane potential and cellular viability for H9c2 cells treated with CoCl2 to mimic hypoxia injury. The protective effect of the ginsenosides was assessed by staining with JC-1 dye to monitor the mitochondrial membrane potential. Conclusion: MMIPs can play a dual role in both the extraction and cellular delivery of therapeutic ginsenosides.
Won Kyu Kim;Wooseon Choi;Barsha Deshar;Shinwon Kang;Jiyoon Kim
Molecules and Cells
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제46권4호
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pp.191-199
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2023
The Golgi apparatus modifies and transports secretory and membrane proteins. In some instances, the production of secretory and membrane proteins exceeds the capacity of the Golgi apparatus, including vesicle trafficking and the post-translational modification of macromolecules. These proteins are not modified or delivered appropriately due to the insufficiency in the Golgi function. These conditions disturb Golgi homeostasis and induce a cellular condition known as Golgi stress, causing cells to activate the 'Golgi stress response,' which is a homeostatic process to increase the capacity of the Golgi based on cellular requirements. Since the Golgi functions are diverse, several response pathways involving TFE3, HSP47, CREB3, proteoglycan, mucin, MAPK/ETS, and PERK regulate the capacity of each Golgi function separately. Understanding the Golgi stress response is crucial for revealing the mechanisms underlying Golgi dynamics and its effect on human health because many signaling molecules are related to diseases, ranging from viral infections to fatal neurodegenerative diseases. Therefore, it is valuable to summarize and investigate the mechanisms underlying Golgi stress response in disease pathogenesis, as they may contribute to developing novel therapeutic strategies. In this review, we investigate the perturbations and stress signaling of the Golgi, as well as the therapeutic potentials of new strategies for treating Golgi stress-associated diseases.
Dermcidin is a human antibiotic peptide that is secreted by the sweat glands and has no homology to other known antimicrobial peptides. As an initial step toward understanding dermcidin's mode of action at bacterial membranes, we used homonuclear and heteronuclear NMR to determine the conformation of the peptide in 50% trifluoroethanol solution. We found that dermcidin adopts a flexible amphipathic $\alpha$-helical structure with a helix-hinge-helix motif, which is a common molecular fold among antimicrobial peptides. Spin-down assays of dermcidin and several related peptides revealed that the affinity with which dermcidin binds to bacterial-mimetic membranes is primarily dependent on its amphipathic $\alpha$-helical structure and its length (>30 residues); its negative net charge and acidic pI have little effect on binding. These findings suggest that the mode of action of dermcidin is similar to that of other membrane-targeting antimicrobial peptides, though the details of its antimicrobial action remain to be determined.
This paper aims to prove the effects of Squalene (SQ) on the cellular toxicity of 5-FU to the mouse which pretreated with SQ and then treated with 5-FU. The results of the group A (treated with only 5-FU) are as follows. The nucleus was destroyed at 24 hours and 48 hours group, however, somewhat repaired at 72 hours group. The dilated inner cavity and the irregular lamellae of the rough surfaced endoplasmic reticulum (RER) were observed continually until 72 hours group. The inner cavity of the smooth surfaced endoplasmic reticulum (SER) were dilated in all groups. However, the destroyed and the normal membrane were observed simultaneously at 72 hours group. The inner membrane of the mitochondria were almost repaired at 96 hours group. The results of the group B (treated with 5-FU and squalene) are as follows. The nucleus was a little influenced by the toxicity of 5-FU at 24 hours and 48 hours, RER were observed to keep the typical lamella structure of cisternae from 24 to 72 hours group, but inner cavity kept on dilating. In SER, inner cavity were also observed to flatten from 24 to 72 hours group. Mitochnodria were always shown normal. All cell organelles were simillar to those of normal groups at 96 hours. Accordingly, it can be said that the treatment of 50 prevents the cytotoxicity of 5-FU on cell organelles of liver cell and that is concerned with the formation of membrane system of cell organelles.
In an attempt to explore the effect of Ginseng on the permeability of the biological membrane to cations we have investigated the effect of Ginseng-alcohol extract on the transport of $Na^+$ human red blood cell preprations. The $Na^+$ influx was measured in intact red cells using $^{22}Na$ as a tracer and the efflux in reseated red cells using $^{24}Na$ as a tracer. 1. The influx of $Na^+$ was not apparently changed by the Ginseng-alcohol extract of 20mg% in the incubation medium. 2. Similarly, 20mg% Ginseng-alcohol extract in the cellular space did not alter the efflux of $Na^+$ from the cell. However, 50mg% of Ginseng-alcohol extract in the cell resulted in a significant increase in the $Na^+$ efflux and this effect was magnified when the cell was suspended in the medium containing the Ginseng-alcohol extract in a concentration of 20mg %. The results suggest that Ginseng-alcohol extract over 50mg% increase permeability of red blood cell membrane to $Na^+$ by altering the membrane integrity.
Membrane biofouling is a critical operational problem that hinders the rapid commercialization of MBRs. Quorum quenching (QQ) has been investigated widely to control membrane biofouling and is accepted as a promising anti-fouling strategy. Various QQ strategies based on bacterial and enzymatic agents have been identified and applied successfully. Whereas, this study aimed to compare indigenously isolated QQ strain i.e., Enterobacter cloaca with well reported Rhodococcus sp. BH4. Both bacterial species were immobilized in polymeric beads and introduced to two different MBRs keeping the overall beads to volume ratio as 1%. Efficiencies of these strains were monitored in terms of prolonging the membrane filtration cycle of MBR, release of extra-cellular polymeric substances, membrane resistivity measurements and mineralization of signal molecules and permeate quality. Indigenous strain (Enterobacter cloaca) was added to $QQ-MBR_E$ while Rhodococcus sp. BH4 was introduced to $QQ-MBR_R$. QQ bacterial embedded beads showed enhanced filtration cycles up to 1.4 and 2.3 times for $QQ-MBR_E$ and $QQ-MBR_R$ respectively as compared to control MBR (C-MBR). Soluble EPS concentration of 52 mg/L was observed in C-MBR while significantly lower EPS concentration of 20 and 10 mg/L was witnessed in $QQ-MBR_E$ and $QQ-MBR_R$, respectively. Therefore, substantial reduction in biofouling showed the effectiveness of indigenous strain.
The blood-brain barrier (BBB) is composed of the brain capillaries, which are lined by endothelial cells displaying extremely tight intercellular junctions. Several attempts at creating an in vitro model of the BBB have been met with moderate success as brain capillary endothelial cells lose their barrier properties when isolated in cell culture. This may be due to a lack of recreation of the in vivo endothelial cellular environment in these models, including nearly constant contact with astrocyte foot processes. This work is motivated by the hypothesis that growing endothelial cells on one side of an ultra-thin, highly porous membrane and differentiating astrocyte or astrogliomal cells on the opposite side will lead to a higher degree of interaction between the two cell types and therefore to an improved model. Here we describe our initial efforts towards testing this hypothesis including a procedure for membrane fabrication and methods for culturing endothelial cells on these membranes. We have fabricated a 1 $\mu\textrm{m}$ thick, 2.0 $\mu\textrm{m}$ pore size, and 55% porous membrane with a very narrow pore size distribution from low-stress silicon nitride (SiN) utilizing techniques from the microelectronics industry. We have developed a base, acid, autoclave routine that prepares the membranes for cell culture both by cleaning residual fabrication chemicals from the surface and by increasing the hydrophilicity of the membranes (confirmed by contact angle measurements). Gelatin, fibronectin, and a 50/50 mixture of the two proteins were evaluated as potential basement membrane protein treatments prior to membrane cell seeding. All three treatments support adequate attachment and growth on the membranes compared to the control.
The effects of antimycin A(AA), dodium azide ($NaN_3$) and 2,4-dinitrophenol (DNP), which inhibit mitochondrial ATP production, on cellular functions of cultured astrocytes were studied. High concentrations of AA $(50{\;}\mu\textrm{g}/ml),{\;}NaN_3$ (100mM) and DNP (20mM) significantly decreased 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) reduction, which was known to be related to mitochondrial function and then cel viability. AA ($50{\;}\mu\textrm{g}/ml$) increased lactate dehydrogenase (LDH) release and decreased [$^3H$] glutamate uptake, suggesting severe damage of cellular function by the concentrations of the compounds. Meanwhile, low concentrations of AA $(\leq{;\}10{\;}\mu\textrm{g}/ml),{\;}NaN_3{;\}(\leq{\;}50mM)$ and DNP ($\leq{\;}5mM$) significantly increased MTT reduction, the effect of which was specific to astrocytes. AA (5 and $10{\;}\mu\textrm{g}/ml$) did not affect LDH release and [$^3H$] glutamate uptake, indicating that these compounds increased MTT reduction at the low concentrations without cellular membrane damage. However, the low concentrations of AA produced significant decrease of MTT reduction in a glucose-free medium. Low concentrations of AA (1 and $5{\;}\mu\textrm{g}/ml$) did not change ATP production of astrocytes in the medium containing 10 mM glucose, but completely inhibited in a glucose-free medium, suggesting marked increase of cytosolic ATP production by the blockade of mitochondrial ATP production with low concentrations of AA. These results suggest that astrocytes have ability to enhance neuronal function or survival under conditions of incomplete ischemia or early by enhancement of glycolysis, and that cellular reduction of MTT occurs not only mitochondrially but also extramitchondrially.
진핵세포의 원형질막은 외부환경으로부터 세포를 격리하는 물리적인 장벽뿐만 아니라, 선택적 물질수송, 신호전달등 중요한 기능을 수행한다. 원형질막의 세포질쪽 지질층은 주로 Phosphatidylethanolamine (PE), Phosphatidylserine (PS), Phosphatidylinositides (PIs) 등의 인지질로 구성되어 있는데, 다양한 단백질들이 이들과 직접 결합하거나 이들의 성질을 이용해 원형질막으로 위치된다. 본 연구에서는 원형질막의 안쪽 지질층에 존재하는 특정 인지질과 결합하여, 원형질막에 위치되는 단백질을 과발현시켰을 때 나타나는 세포의 모양변화를 분석하였다. 이를 위해 PS와 PI등과의 선택적 결합으로 원형질막에 위치하는 단백질들과 소수성 또는 정전기적 상호작용으로 원형질막으로 위치되는 단백질들을 HEK293T세포에 과발현시켜 보았다. 그 결과, 대조군으로 사용한 EGFP 단백질과 PI4P에 선택적으로 결합하는 EGFP-P4M-SidM단백질의 발현은 세포의 모양변화를 유도하지 않았다. 반면, PI(4,5)P2에 결합하는 EGFP-PLCδ1(PH), PI(3,4,5)P3에 결합하는 EGFP-AKT1(PH), PI4P와 PI(4,5)P2에 결합하는 OSH2(PH)x2-EGFP의 발현은 세포의 크기가 줄어드는 수축현상이 일어나면서, Lamilapodia나 Filopodia가 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 반면에, PS결합을 통해 원형질막에 위치되는 Lact-C2-EGFP과 소수성결합에 의해 원형질막에 위치되는 ApPDE4 long-form인 L(N20)-EGFP이나, 정전기적인 결합을 통해 원형질막으로 위치되는 ApPDE4 short-form인 S(N-UCR1-2)-EGFP단백질의 경우는 세포의 크기가 줄어드는 수축현상은 일어나지만 Lamilapodia나 Filopodia와 같은 모양변화는 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해, 특정 인지질에 결합하여 원형질막에 위치되는 단백질들이 각각의 인지질 결합 특성에 따라 분류 가능한 세포의 모양변화가 일어남을 확인할 수 있었다.
Ion irradiation is a very promising tool to modify the chemical structure and physical properities of polymers. This study was aimed to evaluate the cellular adhesion to ion beam-irradiated surface of biodegradable poly-l-lactide(PLLA) membrane. The PLLA membrane samples were irradiated by using 35 KeV $Ar^+$ to fluence of $5{\times}10^{13}$, $5{\times}10^{14}$ and $5{\times}10^{15}\;ion/cm^2$. Water contact angles to control and each dose of ion beam-irradiated PLLA membranes were measured. Cultured fetal rat calvarial osteoblasts were seeded onto control and each dose of ion beam-irradiated PLLA membranes and cultured. After 24 hours, each PLLA membranes onto which osteoblasts attached were examined by scanning electron microscopy(SEM). Osteoblasts were removed from each PLLA membrane and then, the vitality and the number of cells were calibrated. Alkaline phosphatase of detached cells from each PLLA membranes were measured. Ion beam-irradiated PLLA membranes showed no significantly morphological change from control PLLA membranes. In the measurement of water contact angle to each membrane, the dose range of ion beam employed in this study reduced significantly contact angles. Among them, $5{\times}10^{14}\;ion/cm^2$ showed the least contact angle. The vitalities of osteoblastes detached from each membranes were confirmed by flow cytometer and well attached cells with their own morphology onto each membranes were observed by SEM. A very strong improvement of the cell adhesion and proliferation was observed for ion beam-irradiated surfaces of PLLA membranes. $5{\times}10^{15}\;ion/cm^2$ exhibited the most strong effect also in cellular adherence. ALPase activities also tended to increase in ion beam-irradiated membranes but statistical differences were not found. These results suggested that ion beam irradiation is an effective tool to improve the adhesion and spreading behaviour of the cells onto the biodegradable PLLA membranes for the promotion of membrane-tissue integration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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