Kim, Kyoung-Nam;Choi, Myung-Gil;Noh, Jae-Hyun;Ahn, Sang-Doo;Chang, Suk-Kyu
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제29권3호
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pp.571-574
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2008
The well-known Cu2+-selective chemodosimetric behavior of rhodamine B hydrazide was successfully switched to selectivity for Hg2+. The fluorescence signaling is remarkably selective toward Hg2+ ions compared to other common biologically and environmentally important metal ions, including Cu2+ ions. The detection limit was 0.2 mM in an acetate-buffered aqueous 10% methanol solution at pH 5. The OFF-ON type of signaling is due to the selective Hg2+-induced hydrolysis of the lactam ring of the hydrazide as has been reported for the standard Cu2+-signaling process of the same compound. A simple change in medium resulted in clear switching of selective signaling from Cu2+ to Hg2+, which extends the applicability of the easily accessible hydrazide derivative.
To characterize cytosolic $Ca^{2+}$ fluctuations under metabolic inhibition, rat ventricular myocytes were exposed to $200{\mu}M$ 2,4-dinitrophenol (DNP), and mitochondrial $Ca^{2+}$, mitochondrial membrane potential (${\Delta}{\Psi}m$), and cytosolic $Ca^{2+}$ were measured, using Rhod-2 AM, TMRE, and Fluo-4 AM fluorescent dyes, respectively, by Laser Scanning Confocal Microscopy (LSCM). Furthermore, the role of sarcolemmal $Na^+$/$Ca^{2+}$ exchange (NCX) in cytosolic $Ca^{2+}$ efflux was studied in KB-R7943 and $Na^+$-free normal Tyrode's solution (143 mM LiCl ). When DNP was applied to cells loaded with Fluo-4 AM, Fluo-4 AM fluorescence intensity initially increased by $70{\pm}10$% within $70{\pm}10$ s, and later by $400{\pm}200$% at $850{\pm}45$ s. Fluorescence intensity of both Rhod-2 AM and TMRE were initially decreased by DNP, coincident with the initial increase of Fluo-4 AM fluorescence intensity. When sarcoplasmic reticulum (SR) $Ca^{2+}$ was depleted by $1{\mu}M thapsigargin plus $10{\mu}M ryanodine, the initial increase of Fluo-4 AM fluorescence intensity was unaffected, however, the subsequent progressive increase was abolished. KB-R7943 delayed both the first and the second phases of cytosolic $Ca^{2+}$ overload, while $Na^+$-free solution accelerated the second. The above results suggest that: 1) the initial rise in cytosolic $Ca^{2+}$ under DNP results from mitochondrial depolarization; 2) the secondary increase is caused by progressive $Ca^{2+}$ release from SR; 3) NCX plays an important role in transient cytosolic $Ca^{2+}$ shifts under metabolic inhibition with DNP.
The transient interactions between cellular components, particularly on membrane surfaces, are critical in the proper function of many biochemical reactions. For example, many signaling pathways involve dimerization, oligomerization, or other types of clustering of signaling proteins as a key step in the signaling cascade. However, it is often experimentally challenging to directly observe and characterize the molecular mechanisms such interactions-the greatest difficulty lies in the fact that living cells have an unknown number of background processes that may or may not participate in the molecular process of interest, and as a consequence, it is usually impossible to definitively correlate an observation to a well-defined cellular mechanism. One of the experimental methods that can quantitatively capture these interactions is through membrane reconstitution, whereby a lipid bilayer is fabricated to mimic the membrane environment, and the biological components of interest are systematically introduced, without unknown background processes. This configuration allows the extensive use of fluorescence techniques, particularly fluorescence fluctuation spectroscopy and single-molecule fluorescence microscopy. In this review, we describe how the equilibrium diffusion of two proteins, K-Ras4B and the PH domain of Bruton's tyrosine kinase (Btk), on fluid lipid membranes can be used to determine the kinetics of homodimerization reactions.
High-performance fluorescent probes which exhibit either on/off or dual color fluorescence switching in response to the presence of organic vapors with a rapid response, a high sensitivity and a high-contrast on/off signaling ratio were demonstrated on the basis of the vapor-controlled AIEE phenomenon.
Selective mercuration at the 1,6-positions of 2-hydroxy derivative of Nile Red and its application towards $Hg^{2+}$-selective signaling was investigated. The 2-hydroxy Nile Red exhibited a selective UV-vis absorption and fluorescent signaling behavior towards $Hg^{2+}$ ions over common coexisting physiologically important metal ions in aqueous environment. $^1H$ NMR studies revealed that the mercuration was selectively effected at the 1,6-positions of 2-hydroxy Nile Red, which is quite different from that at the 6,8-positions for the parent Nile Red.
Newly synthesized 8-hydroxyquinoline based benzothiazole derivative 2 showed a distinctive $Hg^{2+}$-selectivity over other transition metal ions in aqueous solution. The fluorescence emission at 455 nm of 2 was completely quenched upon interaction with $Hg^{2+}$ ions in dioxane-$H_2O$ system (9 : 1, v/v). The selectivity was decreased in the order of $Hg^{2+}\;>>\;Cu^{2+}\;>\;Cd^{2+}\;>\;Pb^{2+}\;{\thickapprox}\;Zn^{2+}\;{\thickapprox}\;Ni^{2+},\;and\;Hg^{2+}$ concentration dependent fluorescence quenching profile was observed in the presence of common interfering metal ions as background. The fluorescence behavior of 2 suggests that the prepared compound could be used as a fluorescent signaling subunit for the construction of new $Hg^{2+}$-sensitive ON-OFF type supramolecular switching systems.
Two new chemosensors 1 and 2 derived from 5,12- and 5,7-dioxocyclams were prepared and their signaling behaviors toward transition metal ions were investigated. Chemosensors 1 and 2 showed very efficient responses toward $Cu_{2+}$ and $Hg_{2+}$ ions. Ratiometric analysis of the fluorescence changes in pyrene monomer and excimer emissions clearly demonstrated the $Cu_{2+}$- and $Hg_{2+}$-selective signaling behavior. The signaling mechanism of the chemosensors is due to conformation changes upon complexation with metal ions and the inherent quenching nature of the complexed $Cu_{2+}$ and $Hg_{2+}$ ions themselves.
NHERF ($Na^+/H^+$ exchanger regulatory factor) and E3KARP (NHE3 kinase A regulatory protein) play important roles in membrane targeting, trafficking and sorting of ion channels, transmembrane receptors and signaling proteins in many tissues. Each of these proteins contains two PDZ (PSD-95/Dlg-1/ZO-1) domains, which mediate the assembly of transmembrane and cytosolic proteins into functional signal transduction complexes. The interaction between NHERF and E3KARP was investigated by surface plasmon resonance spectroscopy (BIAcore), fluorescence measurement, His-tagged pull-down experiment, and size-exclusion column (SEC) chromatography. BIAcore experiments revealed that NHERF bound to E3KARP with an apparent $K_D$ of 7 nM. Fluorescence emission spectra of the NHERF-E3KARP complex suggested that the tight interaction between these proteins was accompanied by significant conformational changes in one or both. The CD spectra of NHERF and E3KARP show that the conformational changes of these proteins were dependent on pH and temperature. These results implicate that the NHERF-E3KARP complex allows intracellular signaling complexes to form through PDZ-PDZ interactions.
Lee, Dong Un;Ji, Min Jeong;Kang, Jung Yun;Kyung, Sun Young;Hong, Jeong Hee
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제21권3호
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pp.327-334
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2017
Epidemiologic interest in particulate matter (PM) is growing particularly because of its impact of respiratory health. It has been elucidated that PM evoked inflammatory signal in pulmonary epithelia. However, it has not been established $Ca^{2+}$ signaling mechanisms involved in acute PM-derived signaling in pulmonary fibroblasts. In the present study, we explored dust particles PM modulated intracellular $Ca^{2+}$ signaling and sought to provide a therapeutic strategy by antagonizing PM-induced intracellular $Ca^{2+}$ signaling in human lung fibroblasts MRC5 cells. We demonstrated that PM10, less than $10{\mu}m$, induced intracellular $Ca^{2+}$ signaling, which was mediated by extracellular $Ca^{2+}$. The PM10-mediated intracellular $Ca^{2+}$ signaling was attenuated by antioxidants, phospholipase blockers, polyADPR polymerase 1 inhibitor, and transient receptor potential melastatin 2 (TRPM2) inhibitors. In addition, PM-mediated increases in reactive oxygen species were attenuated by TRPM2 blockers, clotrimazole (CLZ) and N-(p-amylcinnamoyl) anthranilic acid (ACA). Our results showed that PM10 enhanced reactive oxygen species signal by measuring DCF fluorescence and the DCF signal attenuated by both TRPM2 blockers CLZ and ACA. Here, we suggest functional inhibition of TRPM2 channels as a potential therapeutic strategy for modulation of dust particle-mediated signaling and oxidative stress accompanying lung diseases.
Hee-Jae Yoon;Si-Yoon Cho;Hyeong-Geug Kim;Ji-Yeon Lee
대한약침학회지
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제27권2호
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pp.131-141
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2024
Objectives: Polycystic ovary syndrome (PCOS) is one of the most common disorders and it shows up to 20% prevalence in reproductive-aged women populations, but no cures are available to date. We aimed to investigate the protective effects of Changbudodam-tang (CBD) on cell death signaling pathways, inflammation, and oxidative stress observed in Bone-Marrow derived human mesenchymal stem cell (BM-hMSC) by means of PCOS therapeutics in the future. Methods: BM-hMSCs were applied with cell deaths and injuries. Apoptosis and pyroptosis signals were quenched with their related signaling pathways using quantitative PCR, Western blot, and fluorescence image analysis. Results: Our data clearly displayed hydrogen peroxide- and nigericin-treated cell death signaling pathways via regulations of mitochondrial integrity and interleukin (IL)-1β at the cellular levels (p < 0.01 or 0.001). We further observed that pre-treatment with CBD showed protective effects against oxidative stress by enhancement of antioxidant components at the cellular level, with respect to both protein and mRNA expression levels (p < 0.05, 0.01 or 0.001). The mechanisms of CBD were examined by Western blot analysis, and it showed anti-cell death, anti-inflammatory, and antioxidant effects via normalizations of the Jun N-terminal kinase/mitogen-activated protein kinase kinase 7/c-Jun signaling pathways. Conclusion: This study confirmed the pharmacological properties of CBD by regulation of cellular oxidation and the inflammation-provoked cell death condition of BM-hMSCs, which is mediated by the MKK7/JNK/c-Jun signaling pathway.
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