The endoplasmic reticulum (ER) in the eukaryotic cells is the first compartment in the secretory pathway. Almost secretory proteins and membrane proteins are secreted through the ER, in which post-translational modifications occur via diverse signals from the ER lumen to the cytoplasm and nucleus. Only then are correctly-folded proteins secreted to the outside cells. Unfolded proteins that accumulate in the ER cause a kind of intracellular stress, ER stress, and activate an unfolded protein response (UPR) system. The 3 major transducers of the UPR are inositol requiring 1 (IRE1), PKR-like ER kinase (PERK) and activating transcription factor 6 (ATF6), all of which are ER transmembrane proteins. Recently, novel types of a new ATF6 family have been identified. Those commonly have an ER-transmembrane domain, a transcription-activation domain and a basic leucine zipper (bZIP) domain―Luman, OASIS, BBF2H7, CREBH and CREB4. Each factor functions by regulating the UPR in specific organs and tissues. Although the detailed molecular mechanisms of OASIS family members are unknown, in this study we comprehensively introduce these molecular signals.
Expressions of endoplasmic reticulum stress response (ERSR) genes were examined during the neuronal differentiation of rat fetal cortical precursor cells (rCPC) and rat pheochromocytoma PC12 cells. When rCPC were differentiated into neuronal cells for 7 days, early stem cell marker, nest in, expression was decreased from day 4, and neuronal markers such as neurofilament-L, -M and Tuj1 were increased after day 4. In this condition, expressions of BIP, ATF6, and phosphorylated PERK as well as their down stream signaling molecules such as CHOP, ATF4, XBP1, GADD34, Nrf2 and $p58^{IPK}$ were significantly increased, suggesting the induction of ERSR during neuronal differentiation of rCPC. ERSR was also induced during the differentiation of PC12 cells for 9 days with NGF. Neurofilament-L transcript was time-dependently increased. Both mRNA and protein levels of Tuj1 were increased after the induction, and the significant increase in NeuN was observed at day 9. Similar to the expression patterns of neuronal markers, BIP/GRP78 and CHOP mRNAs were highly increased at day 9, and ATF4 mRNA was also increased from day 7. These results strongly suggest the induction and possible role of ERSR in neuronal differentiation process. Further study to identify targets responsible for neuronal induction will be necessary.
Background: Extended endoplasmic reticulum (ER) stress may initiate apoptotic pathways in cancer cells, and ER stress has been reported to possibly increase tumor death in cancer therapy. We previously reported that caspase-8 played an important role in compound K-induced apoptosis via activation of caspase-3 directly or indirectly through Bid cleavage, cytochrome c release, and caspase-9 activation in HL-60 human leukemia cells. The mechanisms leading to apoptosis in A549 and SK-MES-1 human lung cancer cells and the role of ER stress have not yet been understood. Methods: The apoptotic effects of compound K were analyzed using flow cytometry, and the changes in protein levels were determined using Western blot analysis. The intracellular calcium levels were monitored by staining with Fura-2/AM and Fluo-3/AM. Results: Compound K-induced ER stress was confirmed through increased phosphorylation of $eIF2{\alpha}$ and protein levels of GRP78/BiP, XBP-1S, and $IRE1{\alpha}$ in human lung cancer cells. Moreover, compound-K led to the accumulation of intracellular calcium and an increase in m-calpain activities that were both significantly inhibited by pretreatment either with BAPTA-AM (an intracellular $Ca^{2+}$ chelator) or dantrolene (an RyR channel antagonist). These results were correlated with the outcome that compound K induced ER stress-related apoptosis through caspase-12, as z-ATAD-fmk (a specific inhibitor of caspase-12) partially ameliorated this effect. Interestingly, 4-PBA (ER stress inhibitor) dramatically improved the compound K-induced apoptosis. Conclusion: Cell survival and intracellular $Ca^{2+}$ homeostasis during ER stress in human lung cancer cells are important factors in the induction of the compound K-induced apoptotic pathway.
Background: This study was designed to investigate whether ginsenoside Rb1 (Rb1) and compound K (CK) ameliorated insulin resistance by suppressing endoplasmic reticulum (ER) stress-induced inflammation in adipose tissue. Methods: To induce ER stress, epididymal adipose tissue from mice or differentiated 3T3 adipocytes were exposed to high glucose. The effects of Rb1 and CK on reactive oxygen species production, ER stress, TXNIP/NLRP3 inflammasome activation, inflammation, insulin signaling activation, and glucose uptake were detected by western blot, emzyme-linked immunosorbent assay, or fluorometry. Results: Rb1 and CK suppressed ER stress by dephosphorylation of $IRE1{\alpha}$ and PERK, thereby reducing TXNIP-associated NLRP3 inflammasome activation in adipose tissue. As a result, Rb1 and CK inhibited IL-$1{\beta}$ maturation and downstream inflammatory factor IL-6 secretion. Inflammatory molecules induced insulin resistance by upregulating phosphorylation of insulin receptor substrate-1 at serine residues and impairing insulin PI3K/Akt signaling, leading to decreased glucose uptake by adipocytes. Rb1 and CK reversed these changes by inhibiting ER stress-induced inflammation and ameliorating insulin resistance, thereby improving the insulin IRS-1/PI3K/Akt-signaling pathway in adipose tissue. Conclusion: Rb1 and CK inhibited inflammation and improved insulin signaling in adipose tissue by suppressing ER stress-associated NLRP3 inflammation activation. These findings offered novel insight into the mechanism by which Rb1 and CK ameliorate insulin resistance in adipose tissue.
Park, Hyo-Jin;Park, Jae-Young;Kim, Jin-Woo;Yang, Seul-Gi;Jung, Jae-Min;Kim, Min-Ji;Park, Joung Jun;Koo, Deog-Bon
Development and Reproduction
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v.21
no.4
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pp.407-415
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2017
In the present study, we investigated the role of binding immunoglobulin protein/glucose-regulated protein, 78-kDa (BIP/GRP78)-regulated endoplasmic reticulum (ER)-stress on meiotic maturation and cumulus cells expansion in porcine cumulus-oocyte complexes (COCs). Previously, it has been demonstrated that unfolded protein response (UPR)-related genes, such as molecules involved in ER-stress defense mechanisms, were expressed in matured oocytes and cumulus cells during in vitro maturation (IVM) of porcine oocytes. However, BIP/GRP78-mediated regulation of ER stress in porcine oocytes has not been reported. Firstly, we observed the effects of knockdown of BIP/GRP78 (an UPR initiation marker) using porcine-specific siRNAs (#909, #693, and #1570) on oocyte maturation. Among all siRNAs, siRNA #693 significantly reduced the protein levels of UPR marker proteins (BIP/GRP78, ATF4, and P90ATF6) in porcine COCs observed by Western blotting and immunofluorescence analysis. We also observed that the reduction of BIP/GRP78 levels by siRNA#693 significantly inhibited the meiotic maturation of oocytes (siRNA #693: $32.5{\pm}10.1%$ vs control: $77.8{\pm}5.3%$). In addition, we also checked the effect of ER-stress inhibitors, tauroursodeoxycholic acid (TUDCA, $200{\mu}M$) and melatonin ($0.1{\mu}M$), in BIP/GRP78-knockdown oocytes. TUDCA and melatonin treatment could restore the expression levels of ER-stress marker proteins (BIP/GRP78, $p-eIF2{\alpha}$, $eIF2{\alpha}$, ATF4, and P90ATF6) in siRNA #693-transfected matured COCs. In conclusion, these results demonstrated that BIP/GRP78-mediated regulation of UPR signaling and ER stress plays an important role in in vitro maturation of porcine oocytes.
Lee, Mi Rim;Bae, Su Ji;Kim, Ji Eun;Song, Bo Ram;Choi, Jun Young;Park, Jin Ju;Park, Ji Won;Kang, Mi Ju;Choi, Hyeon Jun;Choi, Young Whan;Kim, Kyung Mi;Hwang, Dae Youn
Laboraroty Animal Research
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v.34
no.4
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pp.288-294
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2018
A few clues about correlation between endoplasmic reticulum (ER) stress and mulberry (Morus alba) leaves were investigated in only the experimental autoimmune myocarditis and streptozotocin-induced diabetes. To investigate whether a novel extract of mulberry leaves fermented with Cordyceps militaris (EMfC) could suppress ER in fatty liver, alterations in the key parameters for ER stress response were measured in high fat diet (HFD)-induced obese C57L/6 mice treated with EMfC for 12 weeks. The area of adipocytes in the liver section were significantly decreased in the HFD+EMfC treated group as compared to the HFD+Vehicle treated group, while their level was higher in HFD+Vehicle treated group than No treated group. The level of the eukaryotic initiation factor 2 alpha ($eIF2{\alpha}$) and inositol-requiring enzyme 1 beta ($IRE1{\alpha}$) phosphorylation and CCAAT-enhancer-binding protein homologous protein (CHOP) expression were remarkably enhanced in the HFD+Vehicle treated group. However, their levels were restored in the HFD+EMfC treated group, although some differences were detected in the decrease rate. Similar recovery was observed on the ER stress-induced apoptosis. The level of Caspase-3, Bcl-2 and Bax were decreased in the HFD+EMfC and HFD+orlistat (OT) treated group compared to the HFD+Vehicle treated group. The results of the present study therefore provide first evidence that EMfC with the anti-obesity effects can be suppressed ER stress and ER stress-induced apoptosis in the hepatic steatosis of HFD-induced obesity model.
Seo, Jeong-Yeon;Kim, Jae-Sung;Kim, Do Kyung;Chun, Hong Sung
Journal of Life Science
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v.32
no.10
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pp.771-777
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2022
Dopaminergic (DA) cell death in Parkinson's disease (PD) has been attributed to multiple, distinct genetic and environmental factors. In rare familial PD loss of parkin function mutations play a key role in nigral DA neuron-specific pathogenesis primarily via endoplasmic reticulum (ER) stress. In more prevalent sporadic PD, environmental exposure to pesticides has a significant epidemiological role. However, it is largely unknown how environmental exposure to xenobiotics is etiologically linked with the known etiology in familial PD. In the present study biochemical evidence for a common pathogenic mechanism between sporadic and familial PD has been identified employing the recently characterized mesencephalic DA cell line, N27-A. Dieldrin, an organochlorine pesticide epidemiologically implicated in sporadic PD, induced the markers of ER stress response such as a chaperone BiP/Grp78, heme oxygenase-1 and especially, parkin. Accordingly, dieldrin activated the ER resident Caspase-12, a mediator of ER stress-specific apoptosis, during cell death of N27-A cells. Of great interest the dieldrin-induced DA neuronal cell death was synergistically rescued by the overexpression of ER resident neuroprotective proteins, parkin and Bcl-2. The present findings implicate that accumulation of ER stress could be one of common pathogenic mechanisms in idiopathic and familial PD, and some ER proteins, such as parkin and Bcl-2 may effectively attenuate ER stress-mediated N27-A DA cell death.
Noh, Yoohun;Cheon, Seungui;Kim, In Hye;Kim, Inyong;Lee, Seung-Ah;Kim, Do-Hee;Jeong, Yoonhwa
BMB Reports
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v.51
no.8
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pp.400-405
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2018
Chronic stress induces neuronal cell death, which can cause nervous system disorders including Parkinson's disease and Alzheimer's disease. In this study, we evaluated the neuroprotective effects of Clematis terniflora extract (CTE) against corticosterone-induced apoptosis in rat pheochromocytoma (PC12) cells, and also investigated the underlying molecular mechanisms. At concentrations of 300 and $500{\mu}g/ml$, CTE significantly decreased apoptotic cell death and mitochondrial damage induced by $200{\mu}M$ corticosterone. CTE decreased the expression levels of endoplasmic reticulum (ER) stress proteins GRP78, GADD153, and mitochondrial damage-related protein BAD, suggesting that it downregulates ER stress evoked by corticosterone. Furthermore, our results suggested that these protective effects were mediated by the upregulation of p-AKT and p-ERK1/2, which are involved in cell survival signaling. Collectively, our results indicate that CTE can lessen neural damage caused by chronic stress.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.24
no.6
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pp.1004-1011
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2010
This study was designed to evaluate the protective effects of Dodamtanggami-bang (DDTG) on tunicamycin induced cell death by ER stress in C6 glial cells. Cell viability was measured by MTT assay and LDH release. Apoptosis was determined by caspase activity and flow cytometry in C6 glial cells. Expression of ER stress mediators including, GRP78 and CHOP proteins were measured by Western blot analysis. Tunicamycin induced the apoptosis of C6 glial cells, which was characterized as nucleic acid and caspase-3 activation, PARP cleavage, and sub-G0/G1 fraction of cell cycle increase. However, pretreatment with DDTG protected C6 glial cells from tunicamycin. Treatment with tunicamycin resulted in the increased the expression of GRP78 and CHOP protein and produced ROS generation. However, pretreatment with DDTG inhibited the ER stress pathway, including increase of the expression of GRP78, CHOP proteins in C6 glial cells treated with tunicamycin. Taken together, these data suggest that DDTG is able to protect C6 glial cells from tunicamycin with marked inhibition of ER stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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