Membrane lipid peroxidation processes yield products that may react with DNA and proteins to cause oxidative modifications. The oxyR gene product regulates the expression of enzymes and proteins that are needed for cellular protection against oxidative stress. Upon exposure to tert-butylhydroperoxide (t-BOOH) and 2,2'-azobis (2-amidinopropane) hydrochloride (AAPH), which induce lipid peroxidation in membranes, the Escherichia coli oxyR overexpression mutant was much more resistant to lipid peroxidation-mediated cellular damage, when compared to the oxyR deletion mutant in regard to growth kinetics, viability, and DNA damage. The deletion of the oxyR gene in E. coli also resulted in increased susceptibility of superoxide dismutase to lipid peroxidation-mediated inactivation. The results indicate that the peroxidation of lipid is probably one of the important intermediary events in free radical-induced cellular damage. Also, the oxyR regulon plays an important protective role in lipid peroxidation-mediated cellular damage.
Bang, Minji;Kim, Do Gyeong;Gonzales, Edson Luck;Kwon, Kyoung Ja;Shin, Chan Young
Biomolecules & Therapeutics
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v.27
no.6
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pp.530-539
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2019
Brain aging is an inevitable process characterized by structural and functional changes and is a major risk factor for neurodegenerative diseases. Most brain aging studies are focused on neurons and less on astrocytes which are the most abundant cells in the brain known to be in charge of various functions including the maintenance of brain physical formation, ion homeostasis, and secretion of various extracellular matrix proteins. Altered mitochondrial dynamics, defective mitophagy or mitochondrial damages are causative factors of mitochondrial dysfunction, which is linked to age-related disorders. Etoposide is an anti-cancer reagent which can induce DNA stress and cellular senescence of cancer cell lines. In this study, we investigated whether etoposide induces senescence and functional alterations in cultured rat astrocytes. Senescence-associated ${\beta}$-galactosidase (SA-${\beta}$-gal) activity was used as a cellular senescence marker. The results indicated that etoposide-treated astrocytes showed cellular senescence phenotypes including increased SA-${\beta}$-gal-positive cells number, increased nuclear size and increased senescence-associated secretory phenotypes (SASP) such as IL-6. We also observed a decreased expression of cell cycle markers, including PhosphoHistone H3/Histone H3 and CDK2, and dysregulation of cellular functions based on wound-healing, neuronal protection, and phagocytosis assays. Finally, mitochondrial dysfunction was noted through the determination of mitochondrial membrane potential using tetramethylrhodamine methyl ester (TMRM) and the measurement of mitochondrial oxygen consumption rate (OCR). These data suggest that etoposide can induce cellular senescence and mitochondrial dysfunction in astrocytes which may have implications in brain aging and neurodegenerative conditions.
Background: The aim of this study is to verify the feasibility of using silk fibroin (SF) as a potential membrane for guided bone regeneration (GBR). Methods: Various cellular responses (i.e., cell attachment, viability, and proliferation) of osteoblast-like MG63 cells cultured on an SF membrane were quantified. After culturing on an SF membrane for 1, 5, and 7 days, the attachment and surface morphology of MG63 cells were examined by optical and scanning electron microscopy (SEM), cell viability was determined using a 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay, and cell proliferation was quantified using 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) fluorescence staining. Results: Optical microscopy revealed that MG63 cells cultured on the SF membrane proliferated over the 7-day observation period. The viability of cells cultured on SF membranes (SF group) and on control surfaces (control group) increased over time (P < 0.05); however, at respective time points, cell viability was not significantly different between the two groups (P > 0.05). In contrast, cell proliferation was significantly higher in the SF membrane group than in the control group at 7 days (P < 0.05). Conclusions: These results suggest that silk fibroin is a biocompatible material that could be used as a suitable alternative barrier membrane for GBR.
Conversion of the normal soluble form of prion protein, PrP ($PrP^C$), to proteinase K-resistant form ($PrP^{Sc}$) is a common molecular etiology of prion diseases. Proteinase K-resistance is attributed to a drastic conformational change from ${\alpha}$-helix to ${\beta}$-sheet and subsequent fibril formation. Compelling evidence suggests that membranes play a role in the conformational conversion of PrP. However, biophysical mechanisms underlying the conformational changes of PrP and membrane binding are still elusive. Recently, we demonstrated that the putative transmembrane domain (TMD; residues 111-135) of Syrian hamster PrP penetrates into the membrane upon the reduction of the conserved disulfide bond of PrP. To understand the mechanism underlying the membrane insertion of the TMD, here we explored changes in conformation and membrane binding abilities of PrP using wild type and cysteine-free mutant. We show that the reduction of the disulfide bond of PrP removes motional restriction of the TMD, which might, in turn, expose the TMD into solvent. The released TMD then penetrates into the membrane. We suggest that the disulfide bond regulates the membrane binding mode of PrP by controlling the motional freedom of the TMD.
Thi, Van Anh Do;Park, Sang Min;Lee, Hayyoung;Kim, Young Sang
Molecules and Cells
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v.39
no.7
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pp.536-542
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2016
Interleukin-17A is a member of the IL-17 family, and is known as CTLA8 in the mouse. It is produced by T lymphocytes and NK cells and has proinflammatory roles, inducing cytokine and chemokine production. However, its role in tumor biology remains controversial. We investigated the effects of locally produced IL-17A by transferring the gene encoding it into CT26 colon cancer cells, either in a secretory or a membrane-bound form. Expression of the membrane-bound form on CT26 cells dramatically enhanced their proliferation in vitro. The enhanced growth was shown to be due to an increased rate of cell cycle progression: after synchronizing cells by adding and withdrawing colcemid, the rate of cell cycle progression in the cells expressing the membrane-bound form of IL-17A was much faster than that of the control cells. Both secretory and membrane-bound IL-17A induced the expression of Sca-1 in the cancer cells. When tumor clones were grafted into syngeneic BALB/c mice, the tumor clones expressing the membrane-bound form IL-17A grew rapidly; those expressing the secretory form also grew faster than the wild type CT26 cells, but slower than the clones expressing the membrane-bound form. These results indicate that IL-17A promotes tumorigenicity by enhancing cell cycle progression. This finding should be considered in treating tumors and immune-related diseases.
In order to increase protease stability of a novel Trp-rich model antimicrobial peptide, $K_6L_2W_3$ (KLWKKWKKWLK-$NH_2$)and investigate the effect of L-amino acid to peptoid residue conversion on biological functions, we synthesized its antimicrobial peptoid, $k_6l_2w_3$. Peptoid $k_6l_2w_3$ had similar bacterial selectivity compared to peptide $k_66L_2W_3$. The bactericidal rate of $k_6l_2w_3$ was somewhat slower than that of $K_6L_2W_3$. Peptoid $k_6l_2w_3$ exhibited very little dye leakage from bacterial outer-membrane mimicking PE/PG liposomes, as observed in $K_6L_2W_3$, indicating that the major target site of $K_6L_2W_3$ and $k_6l_2w_3$ may be not the cell membrane but the cytoplasm of bacteria. Trypsin treatment of $K_6L_2W_3$ completely abolished antimicrobial activities against Escherichia coli and Staphylococcus aureus. In contrast, the antimicrobial activity of $k_6l_2w_3$ was completely preserved after trypsin treatment. Taken together, our results suggested that antimicrobial peptoid $k_6l_2w_3$ can potentially serves as a promising therapeutic agent for the treatment of microbial infection.
Peroxiredoxin II (Prdx II; a typical 2-Cys Prdx) has been originally isolated from erythrocytes, and its structure and peroxidase activity have been adequately studied. Prdx II has been reported to protect a wide range of cellular environments as antioxidant enzyme, and its dysfunctions may be implicated in a variety of disease states associated with oxidative stress, including cancer and aging-associated pathologies. But, the precise mechanism is still obscure in various aspects of aging containing ovarian aging. Identification and relative quantification of the increased proteins affected by Prdx II deficiency may help identify novel signaling mechanisms that are important for oxidative stress-related diseases. To identify the increased proteins in Prdx $II^{-/-}$ mice, we performed RBC comparative proteome analysis in membrane fraction and cytosolic fractions by nano-UPLC-$MS^E$ shotgun proteomics. We found the increased 86 proteins in membrane (32 proteins) and cytosolic (54 proteins) fractions, and analyzed comparative expression pattern in healthy RBCs of Prdx $II^{+/+}$ mice, healthy RBCs of Prdx $II^{-/-}$ mice, and abnormal RBCs of Prdx $II^{-/-}$ mice. These proteins belonged to cellular functions related with RBC lifespan maintain, such as cellular morphology and assembly, cell-cell interaction, metabolism, and stress-induced signaling. Moreover, protein networks among the increased proteins were analyzed to associate with various diseases. Taken together, RBC proteome may provide clues to understand the clue about redox-imbalanced diseases.
Formation, cellular distribution and structural changes of storage lipid, and active site and cellular localization of lipase in endosperms and cotyledons of lipid-rich seeds such as Helianthus annuus, Ricinus communis and Pinus koraiensis, and in those of starch-rich seeds such as Pisum sativum and Zea mays were investigated in relation to the seed development by cytochemical methods. In endosperms and storage cotyledons of lipid- and starch-rich seeds after seed-gathering, there were widely distributed storage material which was composed of spherical protein bodies, spherosomes, and starch granules. But cellular organelles were hardly observed in the cytoplasm. Staining pattern of vesicles released from SER, and of low electron dense membraneous granules, which were perhaps at an early stage of spherosomes, were the same as in the spherosome. Electrondense granules released from RER were observed in the vicinity of plasma membrane. As a result of lipid staining, the spherosomes were more electron dense and were uniform as compared with the protein matrix within the protein body and cytoplasmic proteinaceous granules. The major component of the spherosome was determinated to be lipid. Spherosomes and vesicles containing SER-released materials showed the same as in the electron density. Lipase activity was especially strong in the inner region and on the surface of decomposed spherosomes and near the plasma membrane.mbrane.
Mitochondria play a crucial role in eukaryotic cells; the mitochondrial electron transport chain (ETC) generates adenosine triphosphate (ATP), which serves as an energy source for numerous critical cellular activities. However, the ETC also generates deleterious reactive oxygen species (ROS) as a natural byproduct of oxidative phosphorylation. ROS are considered the major cause of aging because they damage proteins, lipids, and DNA by oxidation. We analyzed the chronological life span, growth phenotype, mitochondrial membrane potential (MMP), and intracellular ATP and mitochondrial superoxide levels of 33 single ETC component-deleted strains during the chronological aging process. Among the ETC mutant strains, 14 ($sdh1{\Delta}$, $sdh2{\Delta}$, $sdh4{\Delta}$, $cor1{\Delta}$, $cyt1{\Delta}$, $qcr7{\Delta}$, $qcr8{\Delta}$, $rip1{\Delta}$, $cox6{\Delta}$, $cox7{\Delta}$, $cox9{\Delta}$, $atp4{\Delta}$, $atp7{\Delta}$, and $atp17{\Delta}$) showed a significantly shorter life span. The deleted genes encode important elements of the ETC components succinate dehydrogenase (complex II) and cytochrome c oxidase (complex IV), and some of the deletions lead to structural instability of the membrane-$F_1F_0$-ATP synthase due to mutations in the stator stalk (complex V). These short-lived strains generated higher superoxide levels and produced lower ATP levels without alteration of MMP. In summary, ETC mutations decreased the life span of yeast due to impaired mitochondrial efficiency.
Lysosomes are cellular organelles containing diverse classes of catabolic enzymes that are implicated in diverse cellular processes including phagocytosis, autophagy, lipid transport, and aging. Lysosome-associated membrane proteins (LAMP-1 and LAMP-2) are major glycoproteins important for maintaining lysosomal integrity, pH, and catabolism. LAMP-1 and LAMP-2 are constitutively expressed in Salmonella-infected cells and are recruited to Salmonella-containing vacuoles (SCVs) as well as Salmonella- induced filaments (Sifs) that promote the survival and proliferation of the Salmonella. LAMP-3, also known as DC-LAMP/CD208, is a member of the LAMP family of proteins, but its role during Salmonella infection remains unclear. DNA microarray analysis identified LAMP-3 as one of the genes responding to LPS stimulation in THP-1 macrophage cells. Subsequent analyses reveal that LPS and Salmonella induced the expression of LAMP-3 at both the transcriptional and translational levels. Confocal Super resolution N-SIM imaging revealed that LAMP-3, like LAMP-2, shifts its localization from the cell surface to alongside Salmonella. Knockdown of LAMP-3 by specific siRNAs decreased the number of Salmonella recovered from the infected cells. Therefore, we conclude that LAMP-3 is induced by Salmonella infection and recruited to the Salmonella pathogen for intracellular proliferation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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