Flavonoids show diverse bioactivities, such as anti-oxidant, anti-cancer, anti-allergic, anti-inflammatory, and anti-viral. Quercetin is one of the flavonoids present in a wide range of plants, especially onions and consumed all over the world. Recently, it is known that quercetin induces mitochondrial biogenesis in vivo and in vitro. However, detail mechanism of these actions remains unknown. We investigated quercetin's effects on mitochondrial biogenesis in HepG2 cells, and determined the mechanisms involved. We found that quercetin treatment induced the expression of mitochondrial biogenesis activators, $PGC-1{\alpha}$, NRF-1, TFAM, and mitochondrial proteins, cytochorome c and complex IV (COXIV). Moreover, amount of mitochondrial DNA was also increased by quercetin. Quercetin has been known to induce heme oxygenase (HO)-1 in several types of cells. Here, we found quercetin induces HO-1, and inhibition of HO-1 or CO, which is product of HO-1, decreased quercetin-induced mitochondrial biogenesis such as induction of $PGC-1{\alpha}$, NRF-1, TFAM, cytochorome c, COXIV, and mitochondrial DNA. These findings imply that quercetin can increase mitochondrial biogenesis via HO-1/CO system. High glucose results in dysfunction of mitochondria biogenesis. In the present study, 25 mM glucose decreased mitochondrial biogenesis and this damage was restored by quercetin. Conversely, inhibition of HO-1 or CO inhibited quercetin-induced mitochondrial biogenesis rescue. These results suggest that quercetin enhances mitochondrial biogenesis via HO-1/CO system and hence, can rescue mitochondria from damage by high glucose.
Youn, Gi Soo;Kwon, Dong-Joo;Ju, Sung Mi;Choi, Soo Young;Park, Jinseu
BMB Reports
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제46권8호
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pp.410-415
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2013
Adhesion molecules such as ICAM-1 are important in the infiltration of leukocytes into the site of inflammation. In this study, we investigated the inhibitory effects of curcumin on ICAM-1 expression and monocyte adhesiveness as well as its underlying action mechanism in the TNF-${\alpha}$-stimulated keratinocytes. Curcumin induced expression of heme oxygenase-1 (HO-1) in the human keratinocyte cell line HaCaT. In addition, curcumin induced Nrf2 activation in dose- and time-dependent manners in the HaCaT cells. Curcumin suppressed TNF-${\alpha}$-induced ICAM-1 expression and subsequent monocyte adhesion, which were reversed by the addition of tin protoporphyrin IX (SnPP), a specific inhibitor of HO-1, or HO-1 knockdown using siRNA. Furthermore, Nrf2 knockdown using siRNA reversed the inhibitory effect of curcumin on the TNF-${\alpha}$-induced ICAM-1 expression and adhesion of monocytes to keratinocytes. These results suggest that curcumin may exert its anti-inflammatory activity by suppressing the TNF-${\alpha}$-induced ICAM-1 expression and subsequent monocyte adhesion via expression of HO-1 in the keratinocytes.
Osteoarthritis (OA) is the most common form of joint disease, characterized by articular cartilage, osteonecrosis, and osteochondral bone erosion. It is an early, progressive disease that combines joint stiffness and joint pain and reduces cartilage function and condition. Interleukin-1 beta ($IL-1{\beta}$) is thought to be important to the pathogenesis of OA and significantly increases the expression of matrix metalloproteinases (MMPs), which play an important role in cartilage degradation in OA. Sparassis crispa (Wulf.) is an edible / medicinal mushroom that has been reported to variety of biological activities. In this study, investigated the Anti-inflammatory effect of Sparassis crispa (Wulf.) ethanol extract (SCE) on $IL-1{\beta}$ stimulated SW1353 chondrocytes. SCE decreased the expression and activity of MMPs by $IL-1{\beta}$ and decreased the levels of cyclooxygenase-2 (COX-2) and inducible nitric oxide synthase (iNOS) associated with the inhibition of prostaglandin E2($PGE_2$) in $IL-1{\beta}$ stimulated SW-1353 chondrocytes. In addition, SCE inhibits the expression of MAPK (mitogen-activated protein kinase) and $NF-{\kappa}B$ (nuclear factor-kappa B) signaling in $IL-1{\beta}$ stimulated SW-1353 cells, and SCE inhibits the production of reactive oxygen species (ROS) through heme oxygenase-1 (HO-1) expression. Thus, it is suggested that SCE has a potential as an anti-inflammatory agent in osteoarthritis treatments.
Jin, Chang Hyun;So, Yang Kang;Han, Sung Nim;Kim, Jin-Baek
Biomolecules & Therapeutics
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제24권5호
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pp.510-516
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2016
Isoegomaketone (IK) was isolated from Perilla frutescens, which has been widely used as a food in Asian cuisine, and evaluated for its biological activity. We have already confirmed that IK induced the HO-1 expression via Nrf2 activation in RAW264.7 cells. In this study, we investigated the effect of IK on the mechanism of HO-1 expression. IK upregulated HO-1 mRNA and protein expression in a dose dependent manner. The level of HO-1 mRNA peaked at 4 h after $15{\mu}M$ IK treatment. To investigate the mechanisms of HO-1 expression modulation by IK, we used pharmacological inhibitors for the protein kinase C (PKC) family, PI3K, and p38 MAPK. IK-induced HO-1 mRNA expression was only suppressed by SB203580, a specific inhibitor of p38 MAPK. ROS scavengers (N-acetyl-L-cysteine, NAC, and glutathione, GSH) also blocked the IK-induced ROS production and HO-1 expression. Furthermore, both NAC and SB203580 suppressed the IK-induced Nrf2 activation. In addition, ROS scavengers suppressed other oxidative enzymes such as catalase (CAT), glutathione S-transferase (GST), and NADH quinone oxidoreductase (NQO-1) in IK-treated RAW264.7 cells. Taken together, it can be concluded that IK induced the HO-1 expression through the ROS/p38 MAPK/Nrf2 pathway in RAW264.7 cells.
Antioxidant effects and nuclear factor E2-related factor-2 (Nrf-2) signal pathway of methanol extract and 4 fractions [n-hexane, methylene chloride, ethyl acetate (EtOAc), and n-butanol fractions] from Petasites japonicus were investigated. The EtOAc fraction showed highest polyphenol and flavonoid contents among other fractions. In addition, EtOAc fraction showed stronger scavenging activity against superoxide anion radical than other fractions. Furthermore, we investigated antioxidants effects of the EtOAc fraction under cellular system using $LLC-PK_1$ cells. The EtOAc fraction dose-dependently increased the antioxidant protein expressions of heme oxygenase 1 (HO-1) and thioredoxin reductase 1 (TrxR1) known to be involved in oxidative stress, through activation of Nrf-2. The treatment of EtOAc fraction ($100{\mu}g/mL$) led to the elevation of the high expression of Nrf-2-dependent factor such as HO-1 and TrxR1. These results indicated that the EtOAc fraction of P. japonicus showed high antioxidant activity by regulation of Nrf-2 signaling pathway.
Neuroinflammation is an important contributor to the pathogenesis of neurodegenerative disorders including Parkinson's disease (PD). We previously reported that our novel synthetic compound KMS99220 has a good pharmacokinetic profile, enters the brain, exerts neuroprotective effect, and inhibits $NF{\kappa}B$ activation. To further assess the utility of KMS99220 as a potential therapeutic agent for PD, we tested whether KMS99220 exerts an anti-inflammatory effect in vivo and examined the molecular mechanism mediating this phenomenon. In 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine-treated mice, oral administration of KMS99220 attenuated microglial activation and decreased the levels of inducible nitric oxide synthase and interleukin 1 beta ($IL-1{\beta}$) in the nigrostriatal system. In lipopolysaccharide (LPS)-challenged BV-2 microglial cells, KMS99220 suppressed the production and expression of $IL-1{\beta}$. In the activated microglia, KMS99220 reduced the phosphorylation of $I{\kappa}B$ kinase, c-Jun N-terminal kinase, and p38 MAP kinase; this effect was mediated by heme oxygenase-1 (HO-1), as both gene silencing and pharmacological inhibition of HO-1 abolished the effect of KMS99220. KMS99220 induced nuclear translocation of the transcription factor Nrf2 and expression of the Nrf2 target genes including HO-1. Together with our earlier findings, our current results show that KMS99220 may be a potential therapeutic agent for neuroinflammation-related neurodegenerative diseases such as PD.
Objectives : Allium Hookeri (AH) is a traditional herb to treat inflammatory diseases in India and Myanmar. Recently, AH cultivation was succeeded in South Korea. This study was performed to evaluate the anti-inflammatory effects of Korean AH in RAW264.7 cells, mouse macrophage cell line. Methods : To evaluate the anti-inflammatory effects of root of AH, we prepared the 70% ethanol extract, then we examined the productions of nitrite, and pro-inflammatory cytokines. To examine the nitrite, and cytokines, the RAW264.7 cells were treated with AH, then stimulated with lipopolysaccharide (LPS, 500 ng/ml) for 24 h. Then the cells were harvested for griess assay, ELISA and real-time reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). Also to detect the ability of AH to induce heme oxygenase-1 (HO-1), we examined the HO-1 expression using real time RT-PCR and western blot. Furthermore, we examined the mitogen activated-protein kinases (MAPKs) and nuclear factor kappa B (NF-${\kappa}B$) activation to find out the underlying mechanisms. Results : AH ethanol extract significantly inhibited the productions of nitrite and interleukin (IL)-$1{\beta}$. AH treatment increased the HO-1 expression dramatically at 1 h, then peaked at 3 h. When the HO-1 was inhibited by tin (Sn) protoporphryin-IX (SnPP), the anti-inflammatory action of AH was reversed. AH treatment inhibited the activation of p38, but not extracelluar signal-regulated kinase (ERK 1/2) and c-Jun $NH_2$-terminal kinase (JNK) and also the degradation of inhibitory kappa B a (Ik-$B{\alpha}$) in the LPS-stimulated RAW 264.7 cells. Conclusions : These data could suggest that AH exerts anti-inflammatory influences through up-regulation of HO-1 and deactivation of p38.
연구배경: 다양한 고형암에서 HO-1의 높은 발현이 알려져 있고, 그것의 항산화와 항세포고사의 역할로 인해 빠른 암종의 성장에 중요한 역할이 있음이 보고되고 있다. 대표적인 활성산소종 생성 항암제인 Cisplatin은 현재까지 폐암치료에 가장 광범위하게 사용되고 있으나, 여러 내성발생이 임상치료의 주요문제로 대두되고 있다. 저자들은 A549 폐암세포주에서 HO-1의 발현이 증가되었고 HO-1 활성억제제나 siRNA 방법을 통해 생존율의 의미 있는 감소와 세포고사가 유도됨을 보고한 바 있다. 이 연구의 목적은 A549 폐암세포주에 cisplatin 처리시 HO-1의 발현의 증가유무와 기전을 규명하고 실제 HO-1의 억제가 cisplatin에 의한 항암제 감수성을 증가시키는지를 알아보는데 있다. 방 법: 비소세포폐암세포주인 A549, NCI-H23, NCIH157, NCI-H460을 이용하였다. 세포독성은 MTT 방법으로 구하였고, HO-1, Nrf2, MAPK의 발현은 Western blotting으로 확인하였다. 또한 MAPK억제제들을 전처치한 후 cisplatin에 의해 유도된 Nrf2와 HO-1의 발현에 미치는 영향을 역시 Western blotting으로 관찰하였다. A549세포에 활성억제제인 ZnPP나 HO-1 small interfering RNA (siRNA)을 주입하여 cisplatin과의 병합요법시 생존율의 배가효과 유무를 MTT 방법으로 확인하였고, 이러한 효과가 ROS 형성과 HO-1의 발현변화와 관련되는지를 알아보기 위해 $carboxy-H_2DCFDA$ 방법과 Western blotting을 통해 각각 확인하였다. 결 과: Cisplatin 처리시 다른 세포주에 비해 A549 세포가 의의 있게 내성을 보였다. $10{\mu}M$의 농도에서 시간 의존적으로 HO-1, Nrf2, MAPK의 발현이 증가하였고, MAPK 억제제들을 전 처치하였을 때 cisplatin에 의해 유도된 HO-1과 Nrf2의 발현이 억제됨을 확인하였다. HO-1의 활성억제제인 ZnPP와 HO-1 siRNA를 통해 HO-1 mRNA를 직접 억제하는 방법으로 cisplatin과 병합치료시 단독치료에 비해 의의 있는 생존율의 감소를 보였다. 이러한 효과는 활성산소종의 생성 증가와 HO-1의 발현억제에 의한 결과임을 확인하였다. 결 론: Cisplatin 처리시 HO-1의 발현은 MAPKNrf2-HO-1의 경로를 통해 증가하였고, 부분적으로 치료에 대한 내성과 관련이 있었으며, ZnPP 등의 활성억제제나 siRNA를 통한 knock-down 방법으로 HO-1 을 표적으로 억제하는 치료방법을 통해 cisplatin의 항암제 감수성을 증가시켰다.
Acrolein, a known toxin in cigarette smoke, is the most abundant electrophilic $\alpha$, $\beta$-unsaturated aldehyde to which humans are exposed in a variety of environmental pollutants, and is also product of lipid peroxidation. Increased unsaturated aldehyde levels and reduced antioxidant status plays a major role in the pathogenesis of various diseases such as diabetes, Alzheimer's and atherosclerosis. The findings reported here show that low concentrations of acrolein induce heme oxygenase-1 (HO-1) expression in RAW 264.7 macrophages. HO-1 induction by acrolein and signal pathways was measured using reverse transcription-polymerase chain reaction, Western blot and immunofluorescence staining analyses. Inhibition of extracellular signal-regulated kinase activity significantly attenuated the induction of HO-1 protein by acrolein, while suppression of Jun N-terminal kinase and p38 activity did not affect induction of HO-1 expression. Moreover, rottlerin, an inhibitor of protein kinase $\delta$, suppressed the upregulation of HO-1 protein production, possibly involving the interaction of NF-E2-related factor 2 (Nrf2), which has a key role as a HO-1 transcription factor. Acrolein elevated the nuclear translocation of Nrf2 in nuclear extraction. The results suggest that RAW 264.7 may protect against acrolein-mediated cellular damage via the upregulation of HO-1, which is an adaptive response to oxidative stress.
Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is an important healthcare problem worldwide. Often, glucocorticoid (GC) resistance develops during COPD treatment. As a classic hypoglycemic drug, metformin (MET) can be used as a treatment strategy for COPD due to its anti-inflammatory and antioxidant effects, but its specific mechanism of action is not known. We aimed to clarify the role of MET on COPD and cigarette smoke extract (CSE)-induced GC resistance. Through establishment of a COPD model in rats, we found that MET could improve lung function, reduce pathological injury, as well as reduce the level of inflammation and oxidative stress in COPD, and upregulate expression of nuclear factor E2-related factor 2 (Nrf2), heme oxygenase-1 (HO-1), multidrug resistance protein 1 (MRP1), and histone deacetylase 2 (HDAC2). By establishing a model of GC resistance in human bronchial epithelial cells stimulated by CSE, we found that MET reduced secretion of interleukin-8, and could upregulate expression of Nrf2, HO-1, MRP1, and HDAC2. MET could also increase the inhibition of MRP1 efflux by MK571 significantly, and increase expression of HDAC2 mRNA and protein. In conclusion, MET may upregulate MRP1 expression by activating the Nrf2/HO-1 signaling pathway, and then regulate expression of HDAC2 protein to reduce GC resistance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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