Proceedings of the Korea Crystallographic Association Conference
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2003.05a
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pp.15-15
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2003
To discover new drugs more quickly and more efficiently, pharmaceutical companies and biotechnology firms are increasingly turning to the genomics and the structural proteomics technologies. Structural-proteomics can provide a foundation for this through the determination and analysis for protein structure on a genomics scale. Among many structures determined by CGI, we will present with the representative examples drawn from our work on novel structures or complex structures of the disease-related proteins. The alpha subunit of Hypoxia-inducible factor (HIF) is targeted for degradation under normoxic conditions by an ubiquitin-ligase complex that recognizes a hydroxylated proline residue in HIF. Hydroxylation is catalysed by HIF prolyl 4-hydroxylases (HIFPH) which are fe(II) and 2-oxoglutarate (2-OG) dependent oxygenases. Here, we discuss the first crystal structure of the catalytic domain of HIFPH in complexes, with the Fe(II)/2-OG at 1.8Å. These structures suggest that the Ll region (residues 236-253), which is also conserved in mammals, form a 'lid' that closes over the active site. The structural and mutagenesis analyses allow us to provide a focus for understanding cellular responses to hypoxia and a target for the therapeutic manipulation.
Jeong, Hii Sun;Lee, Byeong Ho;Lee, Hye Kyung;Kim, Hyoung Suk;Moon, Min Seon;Suh, In Suck
Archives of Plastic Surgery
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v.42
no.1
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pp.59-67
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2015
Background Negative-pressure wound therapy (NPWT) induces angiogenesis and collagen synthesis to promote tissue healing. Although acetic acid soaks normalize alkali wound conditions to raise tissue oxygen saturation and deconstruct the biofilms of chronic wounds, frequent dressing changes are required. Methods Combined use of NPWT and acetic acid irrigation was assessed in the treatment of chronic wounds, instilling acetic acid solution (1%) beneath polyurethane membranes twice daily for three weeks under continuous pressure (125 mm Hg). Clinical photographs, pH levels, cultures, and debrided fragments of wounds were obtained pre- and posttreatment. Tissue immunostaining (CD31, Ki-67, and CD45) and reverse transcription-polymerase chain reaction (vascular endothelial growth factor [VEGF], vascular endothelial growth factor receptor [VEGFR]; procollagen; hypoxia-inducible factor 1 alpha [HIF-1-alpha]; matrix metalloproteinase [MMP]-1,-3,-9; and tissue inhibitor of metalloproteinase [TIMP]) were also performed. Results Wound sizes tended to diminish with the combined therapy, accompanied by drops in wound pH (weakly acidic or neutral) and less evidence of infection. CD31 and Ki-67 immunostaining increased (P<0.05) post-treatment, as did the levels of VEGFR, procollagen, and MMP-1 (P<0.05), whereas the VEGF, HIF-1-alpha, and MMP-9/TIMP levels declined (P<0.05). Conclusions By combining acetic acid irrigation with negative-pressure dressings, both the pH and the size of chronic wounds can be reduced and infections be controlled. This approach may enhance angiogenesis and collagen synthesis in wounds, restoring the extracellular matrix.
Reactive oxygen species (ROS) are known to promote mesothelial carcinogenesis that is closely associated with asbestos fibers and inflammation. Epithelial to mesenchymal cell transition (EMT) is an important process involved in the progression of tumors, providing cancer cells with aggressiveness. The present study was performed to determine if EMT is induced by $H_2O_2$ in human malignant mesothelioma (HMM) cells. Cultured HMM cells were treated with $H_2O_2$, followed by measuring expression levels of EMT-related genes and proteins. Immunohistochemically, TWIST1 expression was confined to sarcomatous cells in HMM tissues, but not in epithelioid cells. Treatment of HMM cells with $H_2O_2$ promoted EMT, as indicated by increased expression levels of vimentin, SLUG and TWIST1, and decreased E-cadherin expression. Expression of stemness genes such as OCT4, SOX2 and NANOG was also significantly increased by treatment of HMM cells with $H_2O_2$. Alteration of these genes was mediated via activation of hypoxia inducible factor 1 alpha (HIF-$1{\alpha}$) and transforming growth factor beta 1 (TGF-${\beta}1$). Considering that treatment with $H_2O_2$ results in excess ROS, the present study suggests that oxidative stress may play a critical role in HMM carcinogenesis by promoting EMT processes and enhancing the expression of stemness genes.
Purpose: Eupatilin is an antioxidative flavone and a phytopharmaceutical derived from Artemisia asiatica. It has been reported to possess anti-tumor activity in some types of cancer including gastric cancer. Eupatilin may modulate the angiogenesis pathway which is part of anti-inflammatory effect demonstrated in gastric mucosal injury models. Here we investigated the anti-tumor effects of eupatilin on gastric cancer cells and elucidated the potential underlying mechanism whereby eupatilin suppresses angiogenesis and tumor growth. Materials and Methods: The impact of eupatilin on the expression of angiogenesis pathway proteins was assessed using western blots in MKN45 cells. Using a chromatin immunoprecipitation assay, we tested whether eupatilin affects the recruitment of signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3), aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator (ARNT) and hypoxia-inducible factor-$1{\alpha}$ (HIF-$1{\alpha}$) to the human VEGF promoter. To investigate the effect of eupatilin on vasculogenesis, tube formation assays were conducted using human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). The effect of eupatilin on tumor suppression in mouse xenografts was assessed. Results: Eupatilin significantly reduced VEGF, ARNT and STAT3 expression prominently under hypoxic conditions. The recruitment of STAT3, ARNT and HIF-$1{\alpha}$ to the VEGF promoter was inhibited by eupatilin treatment. HUVECs produced much foreshortened and severely broken tubes with eupatilin treatment. In addition, eupatilin effectively reduced tumor growth in a mouse xenograft model. Conclusions: Our results indicate that eupatilin inhibits angiogenesis in gastric cancer cells by blocking STAT3 and VEGF expression, suggesting its therapeutic potential in the treatment of gastric cancer.
Hypoxia plays important roles in cancer progression by inducing angiogenesis, metastasis, and drug resistance. However, the effects of hypoxia on long noncoding RNA (lncRNA) expression have not been clarified. Herein, we evaluated alterations in lncRNA expression in lung cancer cells under hypoxic conditions using lncRNA microarray analyses. Among 40,173 lncRNAs, 211 and 113 lncRNAs were up- and downregulated, respectively, in both A549 and NCI-H460 cells. Uroplakin 1A (UPK1A) and UPK1A-antisense RNA 1 (AS1), which showed the highest upregulation under hypoxic conditions, were selected to investigate the effects of UPK1A-AS1 on the expression of UPK1A and the mechanisms of hypoxia-inducible expression. Following transfection of cells with small interfering RNA (siRNA) targeting hypoxia-inducible factor 1α (HIF-1α), the hypoxia-induced expression of UPK1A and UPK1A-AS1 was significantly reduced, indicating that HIF-1α played important roles in the hypoxia-induced expression of these targets. After transfection of cells with UPK1A siRNA, UPK1A and UPK1A-AS1 levels were reduced. Moreover, transfection of cells with UPK1A-AS1 siRNA downregulated both UPK1A-AS1 and UPK1A. RNase protection assays demonstrated that UPK1A and UPK1A-AS1 formed a duplex; thus, transfection with UPK1A-AS1 siRNA decreased the RNA stability of UPK1A. Overall, these results indicated that UPK1A and UPK1A-AS1 expression increased under hypoxic conditions in a HIF-1α-dependent manner and that formation of a UPK1A/UPK1A-AS1 duplex affected RNA stability, enabling each molecule to regulate the expression of the other.
Anne Herrmann;Anne K. Meyer;Lena Braunschweig;Lisa Wagenfuehr;Franz Markert;Deborah Kolitsch;Vladimir Vukicevic;Christiane Hartmann;Marlen Siebert;Monika Ehrhart-Bornstein;Andreas Hermann;Alexander Storch
International Journal of Stem Cells
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v.16
no.3
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pp.293-303
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2023
Background and Objectives: The physiological oxygen tension in fetal brains (~3%, physioxia) is beneficial for the maintenance of neural stem cells (NSCs). Sensitivity to oxygen varies between NSCs from different fetal brain regions, with midbrain NSCs showing selective susceptibility. Data on Hif-1𝛼/Notch regulatory interactions as well as our observations that Hif-1𝛼 and oxygen affect midbrain NSCs survival and proliferation prompted our investigations on involvement of Notch signalling in physioxia-dependent midbrain NSCs performance. Methods and Results: Here we found that physioxia (3% O2) compared to normoxia (21% O2) increased proliferation, maintained stemness by suppression of spontaneous differentiation and supported cell cycle progression. Microarray and qRT-PCR analyses identified significant changes of Notch related genes in midbrain NSCs after long-term (13 days), but not after short-term physioxia (48 hours). Consistently, inhibition of Notch signalling with DAPT increased, but its stimulation with Dll4 decreased spontaneous differentiation into neurons solely under normoxic but not under physioxic conditions. Conclusions: Notch signalling does not influence the fate decision of midbrain NSCs cultured in vitro in physioxia, where other factors like Hif-1𝛼 might be involved. Our findings on how physioxia effects in midbrain NSCs are transduced by alternative signalling might, at least in part, explain their selective susceptibility to oxygen.
Redox factor-1 (Ref-1), known as a redox regulator, controls the DNA binding of AP-1 and is activated in HT29 colon cancer cells by hypoxia in vitro. REF-1 also increases tile DNA binding affinity of Hypoxia-inducible Factor-lalpha$ (HIF-lalpha$), HIF-like Factor (HLF) and early growth response-1 (Egr-1) which induce expression of the genes involved in angiogenesis, so that we speculate that REF-1 may play a role in hypoxia-induced angiogenesis. In this research we tried to detect novel proteins interacting with REF-1 using Yeast two-hybrid system using full-length REF-1 cDNA as bait. As result of such screening we detected 3 positive clones. DNA sequencing and GeneBank search revealed that one of the clones contained the same sequences as M.musculus cDNA for tioredoxin.
The airway epithelium is the first place, where a defense mechanism is initiated against environmental stimuli. Mucociliary transport (MCT), which is the defense mechanism of the airway and the role of airway epithelium as mechanical barriers are essential in innate immunity. To maintain normal physiologic function, normal oxygenation is critical for the production of energy for optimal cellular functions. Several pathologic conditions are associated with a decrease in oxygen tension in airway epithelium and chronic sinusitis is one of the airway diseases, which is associated with the hypoxic condition, a potent inflammatory stimulant. We have observed the overexpression of the hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1), an essential factor for oxygen homeostasis, in the epithelium of sinus mucosa in sinusitis patients. In a series of previous reports, we have found hypoxia-induced mucus hyperproduction, especially by MUC5AC hyperproduction, disruption of epithelial barrier function by the production of VEGF, and down-regulation of junctional proteins such as ZO-1 and E-cadherin. Furthermore, hypoxia-induced inflammation by HMGB1 translocation into the cytoplasm results in the release of IL-8 through a ROS-dependent mechanism in upper airway epithelium. In this mini-review, we briefly introduce and summarize current progress in the pathogenesis of sinusitis related to hypoxia. The investigation of hypoxia-related pathophysiology in airway epithelium will suggest new insights on airway inflammatory diseases, such as rhinosinusitis for clinical application and drug development.
Park, Jeongsook;Park, So Yun;Shin, Eunkyung;Lee, Sun Hee;Kim, Yoon Sook;Lee, Dong Hoon;Roh, Gu Seob;Kim, Hyun Joon;Kang, Sang Soo;Cho, Gyeong Jae;Jeong, Bo-Young;Kim, Hwajin;Choi, Wan Sung
Molecules and Cells
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v.37
no.2
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pp.178-186
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2014
Differential transcription of the clusterin (CLU) gene yields two CLU isoforms, a nuclear form (nCLU) and a secretory form (sCLU), which play crucial roles in prostate tumorigenesis. Pro-apoptotic nCLU and anti-apoptotic sCLU have opposite effects and are differentially expressed in normal and cancer cells; however, their regulatory mechanisms at the transcriptional level are not yet known. Here, we examined the transcriptional regulation of nCLU in response to hypoxia. We identified three putative hypoxia response elements (HREs) in the human CLU promoter between positions -806 and +51 bp. Using a luciferase reporter, electrophoretic gel mobility shift, and chromatin immunoprecipitation assays, we further showed that hypoxia-inducible factor-$1{\alpha}$ (HIF-$1{\alpha}$) bound directly to these sites and activated transcription. Exposure to the hypoxia-mimetic compound $CoCl_2$, incubation under 1% $O_2$ conditions, or overexpression of HIF-$1{\alpha}$ enhanced nCLU expression and induced apoptosis in human prostate cancer PC3M cells. However, LNCaP prostate cancer cells were resistant to hypoxia-induced cell death. Methylation-specific PCR analysis revealed that the CLU promoter in PC3M cells was not methylated; in contrast, the CLU promoter in LNCap cells was methylated. Co-treatment of LNCaP cells with $CoCl_2$ and a demethylating agent promoted apoptotic cell death through the induction of nCLU. We conclude that nCLU expression is regulated by direct binding of HIF-$1{\alpha}$ to HRE sites and is epigenetically controlled by methylation of its promoter region.
Background: Though infections of Helicobacter pylori (H. pylori) are closely associated with activation of host angiogenesis, the underlying mechanisms, as well as the strategy for its prevention, have not been identified. Here, we investigated a causal role of H. pylori infection in angiogenesis of gastric mucosa and a potent inhibitory effect of a gastric proton pump inhibitor (PPI) on the gastropathy. Materials and Methods: A comparative analysis of CD 34 expression in tissues obtained from 20 H. pylori-associated gastritis and 18 H. pylori-negative gastritis patients was performed. Expression of $HIF-1{\alpha}$ and VEGF were tested by using RT-PCR. To evaluate the direct effect of H. pylori infection on differentiation of endothelial HUVEC cells, we carried out an in vitro angiogenesis assay. Results: H. pyfori-associated gastritis tissues showed significantly higher density of $CD34^+$ blood vessels than did H. pylori-negative gastritis tissues, and the levels were well correlated with expressions of $HIF-1{\alpha}$. Conditioned media from H. pylori-infected gastric mucosal cells stimulated a tubular formation of HUVEC cells. We also found a significant inhibitory effect of PPI, an agent frequently used for H. pylori eradication, on H. pylori-induced angiogenesis. This drug effectively inhibited the phosphorylation of MAP kinase ERK1/2, which is a principal signal for H. pylori-induced angiogenesis. Conclusion: The fact that PPls can down-regulate H. pylori-induced angiogenesis suggest that anti-angiogenic treatment using PPI may be a preventive approach for H. pylori-associated carcinogenesis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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