In this paper, we present an optimal control strategy to prevent the EMT process by downregulating the level of overexpressed β-catenin in the cytoplasm. To do this, we propose a mathematical model that expresses relationship between the Wnt signaling pathway and TGF-β in cancer cells. We also define an optimal control problem considering the side effects that occur simultaneously with the method for controlling the concentration of β-catenin. Finally numerical simulations show that treatment effect is quantitatively changes depending on the concentration of core proteins of the Wnt signaling pathway.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.34
no.2
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pp.61-66
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2020
Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is the process by which epithelial cells lose their characters and acquire the properties of mesenchymal cells. EMT has been reported to exert an essential role in embryonic development. Recently, EMT has emerged as a pivotal mechanism in the metastasis of cancer and the fibrosis of chronic diseases. In particular, EMT is drawing attention as a mechanism of renal fibrosis in chronic kidney diseases such as diabetic nephropathy. In this study, we developed an EMT model by treating TGF-β1 on the podocytes, which play a key role in the renal glomerular filtration. This study explored the effects of Hwanggeum-tang (HGT) recorded in Dongeuibogam as being able to be used for the treatment of Sogal whose concept had been applied to Diabetes Mellitus (DM), on the TGF-β1-induced podocyte EMT. HGT suppressed the expression of vimentin and α-SMA, the EMT marker, in the human podocytes stimulated by TGF-β1. However, HGT increased the expression of ZO-1 and nephrin. Interestingly, HGT selectively inhibited the mTOR pathway rather than the classical Smad pathway. HGT also activated the AMPK signaling. HGT's inhibitory effect on the podocyte EMT through regulation of the mTOR pathway was achieved through the activation of AMPK, which was confirmed by comparison with cells treated with compound C (CC), an inhibitor of AMPK signaling. In conclusion, HGT can be applied to the renal fibrosis by preventing TGF-β1-induced EMT of podocytes through AMPK activation and mTOR inhibition.
As the most common type of endocrine malignancy, papillary thyroid cancer (PTC) accounts for 85-90% of all thyroid cancers. In this study, we presented the hypothesis that SDC4 gene silencing could effectively attenuate epithelial mesenchymal transition (EMT), and promote cell apoptosis via the $Wnt/{\beta}-catenin$ signaling pathway in human PTC cells. Bioinformatics methods were employed to screen the determined differential expression levels of SDC4 in PTC and adjacent normal samples. PTC tissues and adjacent normal tissues were prepared and their respective levels of SDC4 protein positive expression, in addition to the mRNA and protein levels of SDC4, $Wnt/{\beta}-catenin$ signaling pathway, EMT and apoptosis related genes were all detected accordingly. Flow cytometry was applied in order to detect cell cycle entry and apoptosis. Finally, analyses of PTC migration and invasion abilities were assessed by using a Transwell assay and scratch test. In PTC tissues, activated $Wnt/{\beta}-catenin$ signaling pathway, increased EMT and repressed cell apoptosis were determined. Moreover, the PTC K1 and TPC-1 cell lines exhibiting the highest SDC4 expression were selected for further experiments. In vitro experiments revealed that SDC4 gene silencing could suppress cell migration, invasion and EMT, while acting to promote the apoptosis of PTC cells by inhibiting the activation of the $Wnt/{\beta}-catenin$ signaling pathway. Besides, $si-{\beta}-catenin$ was observed to inhibit the promotion of PTC cell migration and invasion caused by SDC4 overexpression. Our study revealed that SDC4 gene silencing represses EMT, and enhances cell apoptosis by suppressing the activation of the $Wnt/{\beta}-catenin$ signaling pathway in human PTC.
As a vital problem in reproductive health, recurrent spontaneous abortion (RSA) affects about 1% of women. We performed this study with an aim to explore the molecular mechanism of interleukin-23 (IL-23) and find optimal or effective methods to improve RSA. First, ELISA was applied to evaluate the expressions of IL-23 and its receptor in HTR-8/SVneo cells after IL-23 treatment. CCK-8, TUNEL, wound healing and transwell assays were employed to assess the proliferation, apoptosis, migration and invasion of HTR-8/SVneo cells, respectively. Additionally, the expressions of apoptosis-, migration-, epithelial-mesenchymal transition- (EMT-) and p38 MAPK signaling pathway-related proteins were measured by western blotting. To further investigate the relationship between IL-23 and p38 MAPK signaling pathway, HTR-8/SVneo cells were treated for 1 h with p38 MAPK inhibitor SB239063, followed by a series of cellular experiments on proliferation, apoptosis, migration and invasion, as aforementioned. The results showed that IL-23 and its receptors were greatly elevated in IL-23-treated HTR-8/SVneo cells. Additionally, IL-23 demonstrated suppressive effects on the proliferation, apoptosis, migration, invasion and EMT of IL-23-treated HTR-8/SVneo cells. More importantly, the molecular mechanism of IL-23 was revealed in this study; that is to say, IL-23 inhibited the proliferation, apoptosis, migration, invasion and EMT of IL-23-treated HTR-8/SVneo cells via activating p38 MAPK signaling pathway. In conclusion, IL-23 inhibits trophoblast proliferation, migration, and EMT via activating p38 MAPK signaling pathway, suggesting that IL-23 might be a novel target for the improvement of RSA.
Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is known to be involved in airway remodeling and fibrosis of bronchial asthma. However, the molecular mechanisms leading to EMT have yet to be fully clarified. The current study was designed to reveal the potential mechanism of microRNA-21 (miR-21) and poly (ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1) affecting EMT through the PI3K/AKT signaling pathway. Human bronchial epithelial cells (16HBE cells) were transfected with miR-21 mimics/inhibitors and PARP-1 plasmid/small interfering RNA (siRNA). A dual luciferase reporter assay and biotin-labeled RNA pull-down experiments were conducted to verify the targeting relationship between miR-21 mimics and PARP-1. The migration ability of 16HBE cells was evaluated by Transwell assay. Quantitative real-time polymerase chain reaction and Western blotting experiments were applied to determine the expression of Snail, ZEB1, E-cadherin, N-cadherin, Vimentin, and PARP-1. The effects of the PI3K inhibitor LY294002 on the migration of 16HBE cells and EMT were investigated. Overexpression of miR-21 mimics induced migration and EMT of 16HBE cells, which was significantly inhibited by overexpression of PARP-1. Our findings showed that PARP-1 was a direct target of miR-21, and that miR-21 targeted PARP-1 to promote migration and EMT of 16HBE cells through the PI3K/AKT signaling pathway. Using LY294002 to block PI3K/AKT signaling pathway resulted in a significant reduction in the migration and EMT of 16HBE cells. These results suggest that miR-21 promotes EMT and migration of HBE cells by targeting PARP-1. Additionally, the PI3K/AKT signaling pathway might be involved in this mechanism, which could indicate its usefulness as a therapeutic target for asthma.
T-plastin (PLST), a member of the actin-bundling protein family, plays crucial roles in cytoskeletal structure, regulation, and motility. Studies have shown that the plastin family is associated with the malignant characteristics of cancer, such as circulating tumor cells and metastasis, by inducing epithelial-mesenchymal transition (EMT) in various cancer cells. However, the role of PLST in the EMT of human lung cancer cells remains unclear. In this study, we observed that PLST overexpression enhanced cell migratory and invasive abilities, whereas its downregulation resulted in their suppression. Moreover, PLST expression levels were associated with the expression patterns of EMT markers, including E-cadherin, vimentin, and Slug. Furthermore, the phosphorylation levels of focal adhesion kinase (FAK) and AKT serine/threonine kinase (AKT) were dependent on PLST expression levels. These findings indicate that PLST induces the migration and invasion of human lung cancer cells by promoting Slug-mediated EMT via the FAK/AKT signaling pathway.
Epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) is a collection of events that allows the conversion of adherent epithelial cells, tightly bound to each other within an organized tissue, into independent fibroblastic cells possessing migratory properties and the ability to invade the extracellular matrix. EMT contributes to the complex architecture of the embryo by permitting the progression of embryogenesis from a simple single-cell layer epithelium to a complex three-dimensional organism composed of both epithelial and mesenchymal cells. However, in most tissues EMT is a developmentally restricted process and fully differentiated epithelia typically maintain their epithelial phenotype. Recently, elements of EMT, specially the loss of epithelial markers and the gain of mesenchymal markers, have been observed in pathological states, including epithelial cancers. Increasing evidence has confirmed its presence in human colon during colorectal carcinogenesis. In general, chronic inflammation is considered to be one of the causes of many human cancers including colorectal cancer(CRC). Accordingly, epidemiologic and clinical studies indicate that patients affected by ulcerative colitis and Crohn's disease, the two major forms of inflammatory bowel disease, have an increased risk of developing CRC. A large body of evidence supports roles for the SMAD/STAT3 signaling pathway, the NF-kB pathway, the Ras-mitogenactivated protein kinase/Snail/Slug and microRNAs in the development of colorectal cancers via epithelial-tomesenchymal transition. Thus, EMT appears to be closely involved in the pathogenesis of colorectal cancer, and analysis refered to it can yield novel targets for therapy.
Background and Objectives: Epithelial-Mesenchymal transition (EMT) is one of the origins of myofibroblasts in renal interstitial fibrosis. Mesenchymal stem cells (MSCs) alleviating EMT has been proved, but the concrete mechanism is unclear. To explore the mechanism, serum-free MSCs conditioned medium (SF-MSCs-CM) was used to treat rat renal tubular epithelial cells (NRK-52E) fibrosis induced by transforming growth factor-β1 (TGF-β1) which ameliorated EMT. Methods and Results: Galectin-3 knockdown (Gal-3 KD) and overexpression (Gal-3 OE) lentiviral vectors were established and transfected into NRK-52E. NRK-52E fibrosis model was induced by TGF-β1 and treated with the SF-MSCs-CM for 24 h after modelling. Fibrosis and autophagy related indexes were detected by western blot and immunocytochemistry. In model group, the expressions of α-smooth muscle actin (α-SMA), fibronectin (FN), Galectin-3, Snail, Kim-1, and the ratios of P-Akt/Akt, P-GSK3β/GSK3β, P-PI3K/PI3K, P-mTOR/mTOR, TIMP1/MMP9, and LC3B-II/I were obviously increased, and E-Cadherin (E-cad) and P62 decreased significantly compared with control group. SF-MSCs-CM showed an opposite trend after treatment compared with model group. Whether in Gal-3 KD or Gal-3 OE NRK-52E cells, SF-MSCs-CM also showed similar trends. However, the effects of anti-fibrosis and enhanced autophagy in Gal-3 KD cells were more obvious than those in Gal-3 OE cells. Conclusions: SF-MSCs-CM probably alleviated the EMT via inhibiting Galectin-3/Akt/GSK3β/Snail pathway. Meanwhile, Gal-3 KD possibly enhanced autophagy via inhibiting Galectin-3/Akt/mTOR pathway, which synergistically ameliorated renal fibrosis. Targeting galectin-3 may be a potential target for the treatment of renal fibrosis.
Benzidine, a known carcinogen, is closely associated with the development of bladder cancer (BC). Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is a critical pathophysiological process in BC progression. The underlying molecular mechanisms of mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway, especially extracellular regulated protein kinases 5 (ERK5), in regulating benzidine-induced EMT remains unclarified. Hence, two human bladder cell lines, T24 and EJ, were utilized in our study. Briefly, cell migration was assessed by wound healing assay, and cell invasion was determined by Transwell assay. Quantitative PCR and western blot were utilized to determine both gene expressions as well as protein levels of EMT and MAPK, respectively. Small interfering RNA (siRNA) was transfected to further determine ERK5 function. As a result, the migration and invasion abilities were enhanced, epithelial marker expression was decreased while mesenchymal marker expression was increased in human BC cell lines. Meanwhile, benzidine administration led to activation of ERK5 and activator protein 1 (AP-1) proteins, without effective stimulation of the Jun N-terminal kinase (JNK) or p38 pathways. Moreover, Benzidine-induced EMT and ERK5 activation were completely suppressed by XMD8-92 and siRNAs specific to ERK5. Of note, ERK1/2 was activated in benzidine-treated T24 cells, while benzidine-induced EMT could not be reversed by U0126, an ERK1/2 inhibitor, as indicated by further study. Collectively, our findings revealed that ERK5-mediated EMT was critically involved in benzidine-correlated BC progression, indicating the therapeutic significance of ERK5 in benzidine-related BC.
The epithelial-mesenchymal transition (EMT) is a cellular process though which an epithelial phenotype can be converted into a phenotype of mesenchymal cells. Under physiological conditions EMT is important for embryogenesis, organ development, wound repair and tissue remodeling. However, EMT may also be activated under pathologic conditions, especially in carcinogenesis and metastatic progression. Major signaling pathways involved in EMT include transforming growth factor ${\beta}(TGF-{\beta})$, Wnt, Notch, Hedgehog and other signaling pathways. These pathways are related to several transcription factors, including Twist, Smads and zinc finger proteins snail and slug. These interact with each other to provide crosstalk between the relevant signaling pathways. This review lays emphasis on studying the relationship between EMT and signaling pathways in carcinogenesis and metastatic progression.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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