Cytokines regulate proliferation, differentiation and functions of haemotopoietic cells. Each cytokine possesses a variety of activities on various target cells (pleiotropy) and various cytokines have similar and overlapping activities on the same target cells (redundancy). The nature of these cytokine activities predicts unique feature of cytokine receptors, namely, cytokine has multiple receptors, different cytokines share a common receptor, and different cytokine receptors are linked to common signaling pathways. cDNA cloning of genes for cytokine receptors revealed distinct sets of receptor family with different structural features. The cytokine receptor superfamily consists of a largest family, and contains more than twenty cytokine receptor subunits. This receptor has common structural features in both extracellular and intracellular regions without tyrosine kinase domain. Another striking feature of the receptor is to share common subunit of multiple cytokines, which partly explains the redundancy of activities of some cytokines. Recent studies revealed detailed signaling events of the cytokine receptor, the primary activation of JAK and subsequent phosphorylation of tyrosine residues of receptor, and various cellular proteins. Many SH2 containing adapter proteins play an important role in cytokine signals, and this system has similarities with tyrosine kinase receptor signal transduction. STAT may mainly account for cytokine specific functions as suggested by knockout mice studies. It is of importance to note that cytokine activates multiple signaling pathways and the balance and combination of related signaling events may determine the specificity of functions of cytokines.
Background/Objectives: Maintenance of cellular function in culture is vital for transfer and development following adoptive immunotherapy. Dual properties of IL-21 in activating T cells and reducing activation induced cell death led us to explore the mechanism of action of IL-21 enhanced proliferation and cytotoxic potential of CIK cells. Method: CIK cells cultured from PBMCs of healthy subjects were stimulated with IL-21 and cellular viability and cytotoxicity to K562 cells were measured. To elucidate the mechanism of action of IL-21, mRNA expression of cytotoxic factors was assessed by RT-PCR and protein expression of significantly important cytotoxic factors and cytokine secretion were determined through flow cytometry and ELISA. Western blotting was performed to check the involvement of the JAK/STAT pathway following stimulation. Results: We found that IL-21 did not enhance in vitro proliferation of CIK cells, but did increase the number of cells expressing the CD3+/CD56+ phenotype. Cytotoxic potential was increased with corresponding increase in perforin ($0.9831{\pm}0.1265$ to $0.7592{\pm}0.1457$), granzyme B ($0.4084{\pm}0.1589$ to $0.7319{\pm}0.1639$) and FasL ($0.4015{\pm}0.2842$ to $0.7381{\pm}0.2568$). Interferon gamma and TNF-alpha were noted to increase ($25.8{\pm}6.1ng/L$ to $56.0{\pm}2.3ng/L$; and $5.64{\pm}0.61{\mu}g/L$ to $15.14{\pm}0.93{\mu}g/L$, respectively) while no significant differences were observed in the expression of granzyme A, TNF-alpha and NKG2D, and NKG2D. We further affirmed that IL-21 signals through the STAT-3 and STAT-5b signaling pathway in the CIK cell pool. Conclusion: IL-21 enhances cytotoxic potential of CIK cells through increasing expression of perforin, granzyme B, IFN-gamma and TNF-alpha. The effect is brought about by the activation of STAT-3 and STAT-5b proteins.
Objectives: Network pharmacology is an analysis method that explores drug-centered efficacy and mechanism by constructing a compound-target-disease network based on system biology, and is attracting attention as a methodology for studying herbal medicine that has the characteristics for multi-compound therapeutics. Thus, we investigated the potential functions and pathways of Myrrha on Allergic Rhinitis (AR) via network pharmacology analysis and molecular docking. Methods: Using public databases and PubChem database, compounds of Myrrha and their target genes were collected. The putative target genes of Myrrha and known target genes of AR were compared and found the correlation. Then, the network was constructed using STRING database, and functional enrichment analysis was conducted based on the Gene Ontology (GO) Biological process and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) Pathways. Binding-Docking stimulation was performed using CB-Dock. Results: The result showed that total 3 compounds and 55 related genes were gathered from Myrrha. 33 genes were interacted with AR gene set, suggesting that the effects of Myrrha are closely related to AR. Target genes of Myrrha are considerably associated with various pathways including 'Fc epsilon RI signaling pathway' and 'JAK-STAT signaling pathway'. As a result of blinding docking, AKT1, which is involved in both mechanisms, had high binding energies for abietic acid and dehydroabietic acid, which are components of Myrrha. Conclusion: Through a network pharmacological method, Myrrha was predicted to have high relevance with AR by regulating AKT1. This study could be used as a basis for studying therapeutic effects of Myrrha on AR.
Objective : This study investigated the effects of PR(Pinelliae Rhizoma) on gene expression of lung tissue resected from asthma induced mice using intra-nasal instillation. Methods : Gene expression levels were measured using a microarray technique, and a functional analysis on these genes was conducted. Results : A total of 3270 genes were up-regulated or down-regulated, 860 genes which were lowered by induction of asthma were restored to those of naive animals, Furthermore hand, 1235 genes were lowered to normal levels, which were elevated by induction of asthma. Most of changed genes were involved in signalling pathways. Genes in which expression levels were restored by oral administration of PR were involved in MAPK pathway, focal adhesion, and regulation of actin cytoskeleton etc. Genes of which expression levels were lowered by oral administration of PR were involved in rhodopsin-like receptor activity, zinc ion binding and ATP binding. These genes were also involved in neuroactive ligand receptor interaction, the JAK-STAT signaling pathway and also the T-cell receptor signaling pathway. Conclusion : These results demonstrate the strong possibility that the mechanisms of PR on asthma are involved in neuroactive ligand receptor interaction pathway or related molecules.
Previously, we have reported that high mobility group box 1 (HMGB1), a proinflammatory mediator in sepsis, is released via the IFN-${\beta}$-mediated JAK/STAT pathway. However, detailed mechanisms are still unclear. In this study, we dissected upstream signaling pathways of HMGB1 release using various molecular biology methods. Here, we found that calcium/calmodulin-dependent protein kinase (CaM kinase, CaMK) is involved in HMGB1 release by regulating IFN-${\beta}$ production. CaMK inhibitor, STO609, treatment inhibits LPS-induced IFN-${\beta}$ production, which is correlated with the phosphorylation of interferon regulatory factor 3 (IRF3). Additionally, we show that CaMK-I plays a major role in IFN-${\beta}$ production although other CaMK members also seem to contribute to this event. Furthermore, the CaMK inhibitor treatment reduced IFN-${\beta}$ production in a murine endotoxemia. Our results suggest CaMKs contribute to HMGB1 release by enhancing IFN-${\beta}$ production in sepsis.
Head and neck cancer is the 6th most frequently diagnosed solid tumor in the world. Alcohol consumption, smoking, and HPV infection are associated with the incidence of head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC). Although a multidisciplinary approach is a key strategy for the treatment of locally advanced HNSCC, systemic therapy is the mainstream of recurrent or metastatic HNSCC treatment. Stage IV HNSCC has a relatively poor prognosis with median overall survival of around one year. There have been many clinical trials to investigate the efficacy of target agents in the treatment of HNSCC. In the HPV-negative HNSCC, TP53 and CDKN2A are the most commonly mutated genes. In the HPV-positive HNSCC, the PI3K pathway is frequently altered. EGFR, PI3K, cell cycle pathway, MET, HRAS, and IL6/JAK/STAT pathway are explored targets in HNSCC. In this study, we review the target pathways and agents under research. We also introduce here umbrella trials of recurrent or metastatic HNSCC conducted by the Korea Cancer Study Group. The combination of target agents with immune checkpoint inhibitors or cytotoxic chemotherapies would be a future step in the precision medicine of HNSCC treatment.
Withaferin A는 Withania somnifera에서 추출한 천연물질로 스테로이드성 락톤(steroidal lactone)으로 항암, 항염증, 면역억제기능을 가진다. 본 연구에서는 withaferin A의 다양한 기능 중 항암효과에 대하여 논하고자 한다. Withaferin A는 암세포에서 세포의 분열, 전이, 침투 및 혈관생성을 억제함으로써 항암작용을 나타내는 것으로 알려져 있다. 또한, 기존에 사용되고 있던 항암요법인 방사선 용법과 저농도의 항암제와 withaferin A를 함께 병합 처리하면 암세포의 세포사멸을 현저하게 증가시키는 약물 민감화 작용을 한다. 이러한 withaferin A에 의한 항암작용에는 다양한 신호전달체계가 수반된다. 우선, withaferin A는 세포 내 활성산소의 양을 증가시키고, ER stress와 미토콘드리아 매개의 세포사멸을 유도한다. 둘째로, withaferin A는 세포의 성장과 분열, 전이에 중요한 Jak/STAT, Akt, Notch, 그리고 c-Met의 신호전달을 억제한다. 셋째, withaferin A는 prostate apoptosis protein-4의 발현을 증가시켜 세포사멸을 유도하거나 세포의 이동을 억제한다. 마지막으로, withaferin A는 proteasome의 활성을 억제하여 세포사멸 유도단백질의 발현을 증가시킴으로써 암세포사멸을 증가시킨다. 이러한 결과를 바탕으로 withaferin A는 새로운 항암제로서의 가능성을 가지고 있다.
As negative regulators of cytokine signaling pathways, suppressors of cytokine signaling (SOCS) proteins have been reported to possess both pro-tumor and anti-tumor functions. Our recent studies have demonstrated suppressive effects of SOCS1 on epithelial to mesenchymal signaling in colorectal cancer cells in response to fractionated ionizing radiation or oxidative stress. The objective of the present study was to determine the radiosensitizing action of SOCS1 as an anti-tumor mechanism in colorectal cancer cell model. In HCT116 cells exposed to ionizing radiation, SOCS1 over-expression shifted cell cycle arrest from G2/M to G1 and promoted radiation-induced apoptosis in a p53-dependent manner with down-regulation of cyclin B and up-regulation of p21. On the other hand, SOCS1 knock-down resulted in a reduced apoptosis with a decrease in G1 arrest. The regulatory action of SOCS1 on the radiation response was mediated by inhibition of radiation-induced Jak3/STAT3 and Erk activities, thereby blocking G1 to S transition. Radiation-induced early ROS signal was responsible for the activation of Jak3/Erk/STAT3 that led to cell survival response. Our data collectively indicate that SOCS1 can promote radiosensitivity of colorectal cancer cells by counteracting ROS-mediated survival signal, thereby blocking cell cycle progression from G1 to S. The resulting increase in G1 arrest with p53 activation then contributes to the promotion of apoptotic response upon radiation. Thus, induction of SOCS1 expression may increase therapeutic efficacy of radiation in tumors with low SOCS1 levels.
Gene expression profiling is a useful tool for identifying critical genes and pathways in metabolism. The objective of this study was to determine the major differences in the expression of genes associated with metabolism and metabolic regulation in liver and mammary tissues of lactating cows. We used the Michigan State University bovine metabolism (BMET) microarray; previously, we have designed a bovine metabolism-focused microarray containing known genes of metabolic interest using publicly available genomic internet database resources. This is a high-density array of 70mer oligonucleotides representing 2,349 bovine genes. The expression of 922 genes was different at p<0.05, and 398 genes (17%) were differentially expressed by two-fold or more with 222 higher in liver and 176 higher in mammary tissue. Gene ontology categories with a high percentage of genes more highly expressed in liver than mammary tissues included carbohydrate metabolism (glycolysis, glucoenogenesis, propanoate metabolism, butanoate metabolism, electron carrier and donor activity), lipid metabolism (fatty acid oxidation, chylomicron/lipid transport, bile acid metabolism, cholesterol metabolism, steroid metabolism, ketone body formation), and amino acid/nitrogen metabolism (amino acid biosynthetic process, amino acid catabolic process, urea cycle, and glutathione metabolic process). Categories with more genes highly expressed in mammary than liver tissue included amino acid and sugar transporters and MAPK, Wnt, and JAK-STAT signaling pathways. Real-time PCR analysis showed consistent results with those of microarray analysis for all 12 genes tested. In conclusion, microarray analyses clearly identified differential gene expression profiles between hepatic and mammary tissues that are consistent with the differences in metabolism of these two tissues. This study enables understanding of the molecular basis of metabolic adaptation of the liver and mammary gland during lactation in bovine species.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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