Bcl-2/adenovirus E1B 19 kDa-interacting protein 3 (BNIP3) is a mitochondrial pro-apoptotic protein that has a single Bcl-2 homology 3 (BH3) domain and a COOH-terminal transmembrane (TM) domain. Although it belongs to the Bcl-2 family and can heterodimerize with Bcl-2, its pro-apoptotic activity is distinct from those of other members of the Bcl-2 family. For example, cell death mediated by BNIP3 is independent of caspases and shows several characteristics of necrosis. Furthermore, the TM domain, but not the BH3 domain, is required for dimerization, mitochondrial targeting and pro-apoptotic activity. BNIP3 plays an important role in hypoxia-induced death of normal and malignant cells. Its expression is markedly increased in the hypoxic regions of some solid tumors and appears to be regulated by hypoxia-inducible factor (HIF), which binds to a site on the BNIP3 promoter. Silencing, followed by methylation, of the BNIP3 gene occurs in a significant proportion of cancer cases, especially in pancreatic cancers. BNIP3 also has a role in the death of cardiac myocytes in ischemia. Further studies of BNIP3 should provide insight into hypoxic cell death and may contribute to improved treatment of cancers and cardiovascular diseases.
Han, Xia;Kang, Kyoung Ah;Piao, Mei Jing;Zhen, Ao Xuan;Hyun, Yu Jae;Kim, Hyun Min;Ryu, Yea Seong;Hyun, Jin Won
Biomolecules & Therapeutics
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v.27
no.1
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pp.41-47
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2019
The apoptotic effects of shikonin (5,8-dihydroxy-2-[(1R)-1-hydroxy-4-methylpent-3-enyl]naphthalene-1,4-dione) on the human colon cancer cell line SNU-407 were investigated in this study. Shikonin showed dose-dependent cytotoxic activity against SNU-407 cells, with an estimated $IC_{50}$ value of $3{\mu}M$ after 48 h of treatment. Shikonin induced apoptosis, as evidenced by apoptotic body formation, sub-G_1$ phase cells, and DNA fragmentation. Shikonin induced apoptotic cell death by activating mitogen-activated protein kinase family members, and the apoptotic process was mediated by the activation of endoplasmic reticulum (ER) stress, leading to activation of the $PERK/elF2{\alpha}/CHOP$ apoptotic pathway, and mitochondrial $Ca^{2+}$ accumulation. Shikonin increased mitochondrial membrane depolarization and altered the levels of apoptosis-related proteins, with a decrease in B cell lymphoma (Bcl)-2 and an increase in Bcl-2-associated X protein, and subsequently, increased expression of cleaved forms of caspase-9 and -3. Taken together, we suggest that these mechanisms, including MAPK signaling and the ER- and mitochondria-mediated pathways, may underlie shikonin-induced apoptosis related to its anticancer effect.
Prohibitin 1 (Phb1) is a pleiotropic protein, located mainly in the mitochondrial inner membrane and involved in the regulation of cell proliferation and the stabilization of mitochondrial protein. Acetaminophen (APAP) is one of the most commonly used over-the-counter analgesics worldwide. However, at high dose, the accumulation of N-acetyl-p-benzoquinone imine (NAPQI) can lead to APAP-induced hepatotoxicity. In this study, we sought to understand the regulation of mRNA expression in relation to APAP and GSH metabolism by Phb1 in normal mouse AML12 hepatocytes. We used two different Phb1 silencing levels: high-efficiency (HE, >90%) and low-efficiency (LE, 50-60%). In addition, the siRNA-transfected cells were further pretreated with 0.5 mM of Sadenosylmethionine (SAMe) for 24 h before treatment with APAP at different doses (1-2 mM) for 24 h. The expression of APAP metabolism-related and antioxidant genes such as Cyp2e1 and Ugt1a1 were increased during SAMe pretreatment. Moreover, SAMe increased intracellular GSH concentration and it was maintained after APAP treatment. To sum up, Phb1 silencing and APAP treatment impaired the metabolism of APAP in hepatocytes, and SAMe exerted a protective effect against hepatotoxicity by upregulating antioxidant genes.
Mustafa Attiyah, Hadid;Mohammad M.F., Al-Halbosiy;Abdulwahid B., Al-Shaibani
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.50
no.3
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pp.387-394
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2022
Verotoxin-1 (VT-1) or Shiga-like toxin 1 (Stx-1) is produced by enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) and is an AB5 holotoxin with a strong inhibitor of protein synthesis. VT-1 is a type 2 ribosome-inactivating protein (RIP) that has been shown to have cytotoxic and anticancer potential by inducing necrosis, apoptosis, and cell cycle arrest, making it a promising antitumor candidate. Here, we tested the cytotoxicity of VT-1 on CaCo2 and NCM425 cell lines and the results showed that VT-1 was more potent on CaCo2. Morphological changes were also evaluated on the cellular level and the results showed that VT-1 caused a decrease in viable cell count, altered cell membrane permeability, and an increase in total nuclear intensity. On the other hand, VT-1 displayed a lesser impact on mitochondrial membrane potential (MMP) and cytochrome c release. On the expression of caspases 3 and 9, VT-1 exhibited an insignificant effect on both which alongside the mitochondrial membrane potential (MMP) and cytochrome c results, might indicate that CaCo2 suffered from the necrosis process as a mechanism of cell death after exposure to VT-1.
Background: The aim of this study was to investigate the effect of a Lipofectamine2000 (Life2000) Transfection Reagent transfected psiRNA-STAT3 plasmid on 4T1 breast cancer cells. Materials and Methods: MTT was used to detect the cell proliferation of breast cancer 4T1 cells at different periods (0h, 6h, 8h, 10h); the cell cycle was assessed by flow cytometry; variation of apoptosis and mitochondrial membrane potential was observed under a fluorescence microscope; immunohistochemical staining was used to determine the expression of caspase-3 and cyclin-D1 protein. Results: An obvious effect of inhibition to 4T1 cancer cells could be observed at 8h after the psiRNA-STAT3 was transfected. Typical alterations of apoptotic morphological features were visible in the psiRNA-STAT3 treatment group. Mitochondrial membrane potential decreased significantly, the number of cells was increased in G0/G1 phase, and the number of cells was decreased in S phase, and the data were statistically significant (p<0.05), compared with the Scramble and Mock groups. Expression of caspase-3 protein was increased significantly, while that of cyclin D1 was significantly decreased. Conclusions: Life2000 transfected psiRNA-STAT3 plasmid can inhibit 4T1 tumor cell proliferation and promote apoptosis of 4T1 tumor cells, which process depends on the regulation of expression of cyclin D1 and caspase-3 protein.
China has a long history of sheep (Ovis aries [O. aries]) breeding and an abundance of sheep genetic resources. Knowledge of the complete O. aries mitogenome should facilitate the study of the evolutionary history of the species. Therefore, the complete mitogenome of O. aries was sequenced and annotated. In order to characterize the mitogenomes of 3 Chinese sheep breeds (Altay sheep [AL], Shandong large-tailed sheep [SD], and small-tailed Hulun Buir sheep [sHL]), 19 sets of primers were employed to amplify contiguous, overlapping segments of the complete mitochondrial DNA (mtDNA) sequence of each breed. The sizes of the complete mitochondrial genomes of the sHL, AL, and SD breeds were 16,617 bp, 16,613 bp, and 16,613 bp, respectively. The mitochondrial genomes were deposited in the GenBank database with accession numbers KP702285 (AL sheep), KP981378 (SD sheep), and KP981380 (sHL sheep) respectively. The organization of the 3 analyzed sheep mitochondrial genomes was similar, with each consisting of 22 tRNA genes, 2 rRNA genes (12S rRNA and 16S rRNA), 13 protein-coding genes, and 1 control region (D-loop). The NADH dehydrogenase subunit 6 (ND6) and 8 tRNA genes were encoded on the light strand, whereas the rest of the mitochondrial genes were encoded on the heavy strand. The nucleotide skewness of the coding strands of the 3 analyzed mitogenomes was biased toward A and T. We constructed a phylogenetic tree using the complete mitogenomes of each type of sheep to allow us to understand the genetic relationships between Chinese breeds of O. aries and those developed and utilized in other countries. Our findings provide important information regarding the O. aries mitogenome and the evolutionary history of O. aries inside and outside China. In addition, our results provide a foundation for further exploration of the taxonomic status of O. aries.
Su, Weipeng;Xu, Wen;Zhang, Hao;Ying, Zhixiong;Zhou, Le;Zhang, Lili;Wang, Tian
Nutrition Research and Practice
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v.11
no.2
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pp.121-129
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2017
BACKGROUND/OBJECTIVES: The study was conducted to evaluate the effects of dietary leucine supplementation on mitochondrial biogenesis and energy metabolism in the liver of normal birth weight (NBW) and intrauterine growth-retarded (IUGR) weanling piglets. MATERIALS/METHODS: A total of sixteen pairs of NBW and IUGR piglets from sixteen sows were selected according to their birth weight. At postnatal day 14, all piglets were weaned and fed either a control diet or a leucine-supplemented diet for 21 d. Thereafter, a $2{\times}2$ factorial experimental design was used. Each treatment consisted of eight replications with one piglet per replication. RESULTS: Compared with NBW piglets, IUGR piglets had a decreased (P < 0.05) hepatic adenosine triphosphate (ATP) content. Also, IUGR piglets exhibited reductions (P < 0.05) in the activities of hepatic mitochondrial pyruvate dehydrogenase (PDH), citrate synthase (CS), ${\alpha}$-ketoglutarate dehydrogenase (${\alpha}$-KGDH), malate dehydrogenase (MDH), and complexes I and V, along with decreases (P < 0.05) in the concentration of mitochondrial DNA (mtDNA) and the protein expression of hepatic peroxisome proliferator-activated receptor-${\gamma}$ coactivator $1{\alpha}$ (PGC-$1{\alpha}$). Dietary leucine supplementation increased (P < 0.05) the content of ATP, and the activities of CS, ${\alpha}$-KGDH, MDH, and complex V in the liver of piglets. Furthermore, compared to those fed a control diet, piglets given a leucine-supplemented diet exhibited increases (P < 0.05) in the mtDNA content and in the mRNA expressions of sirtuin 1, PGC-$1{\alpha}$, nuclear respiratory factor 1, mitochondrial transcription factor A, and ATP synthase, $H^+$ transporting, mitochondrial F1 complex, ${\beta}$ polypeptide in liver. CONCLUSIONS: Dietary leucine supplementation may exert beneficial effects on mitochondrial biogenesis and energy metabolism in NBW and IUGR weanling piglets.
Background: To evaluate the effects of bufalin in A549 human lung adenocarcinoma epithelial cells in vitro and assess the underlying mechanisms. Materials and Methods: Human A549 non-small cell lung cancer (NSCLC) cells were treated with various concentrations of bufalin. Cell proliferation was measured by CCK-8 assay, apoptotic cell percentage was calculated by flow cytometry and morphological change was observed by inverted phase contrast microscopy/transmission electron microscopy. In addition, the membrane potential of mitochondria was detected by JC-1 fluorescence microscopy assay, and the related protein expression of cytochrome C and caspase-3 was analyzed by Western blotting. Results: Bufalin could inhibit the proliferation of A549 cells via induction of apoptosis, with the evidence of characteristic morphological changes in the nucleus and mitochondria. Furthermore, bufalin decreased the mitochondrial membrane potential with up-regulation of cytochrome C in the cytosol, and activation of caspase-3. Conclusions: Bufalin inhibits the proliferation of A549 cells and triggers mitochondria-dependent apoptosis, pointing to therapeutic application for NSCLC.
Lee, Gyu-Cheol;Lee, Jae Ho;Kim, Bo Yeon;Lee, Chan Hee
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.23
no.11
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pp.1627-1635
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2013
Mitochondria often play central roles in apoptotic pathways, and disruption of the mitochondrial transmembrane potential (${\Delta}{\psi}m$) has been observed in various cells undergoing apoptosis. Human cytomegalovirus (HCMV) infection induces apoptosis in permissive cells; however, investigations of mitochondria-targeted apoptosis in HCMV-infected human foreskin fibroblast (HFF) cells have been limited. Here, we investigated the mitochondrial apoptosis pathway in HCMV-infected HFF cells. Flow cytometry analysis using JC-1 revealed that HCMV infection induces disruption of ${\Delta}{\psi}m$ in HFF cells when administered 24 h post-infection (hpi), and this disruption was maximized at 48 hpi. Moreover, cytochrome c, normally a mitochondrial inner membrane protein, was detected in cytoplasmic extracts of HCMV-infected cells, but not mock-infected cells, by western blot analysis at 24 hpi. A caspase activity assay based on fluorescence spectrophotometry using a fluorogenic substrate revealed an increase in caspase-3 activity at 48 hpi in HCMV-infected cells. Caspase-8 activity was increased at 72 hpi in HCMV-infected cells. These results imply that HCMV infection induces mitochondria-mediated apoptosis in HFF cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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