Primary cilia, single hair-like appendage on the surface of the most mammalian cells, were once considered to be vestigial cellular organelles for a past century because of their tiny structure and unknown function. Although they lack ancestral motility function of cilia or flagella, they share common ground with multiciliated motile cilia and flagella on internal structure such as microtubule based nine outer doublets nucleated from the base of mother centrioles called basal body. Making cilia, ciliogenesis, in cells depends on the cell cycle stage due to reuse of centrioles for cell division forming mitotic spindle pole (M phase) and assembling cilia from basal body (starting G1 phase and maintaining most of interphase). Ciliary assembly required two conflicting processes such as assembly and disassembly and balance between these two processes determines the length of cilia. Both process required highly conserved transport system to supply needed substance to grow tip of cilia and bring ciliary turnover product back to the base of cilia using motor protein, kinesin and dynein, and transport protein complex, IFT particles. Disruption of ciliary structure or function causes multiple human disorder called ciliopathies affecting disease of diverse ciliated tissues ranging from eye, kidney, respiratory tract and brain. Recent explosion of research on the primary cilia and their involvement on animal development and disease attracts scientific interest on how extensively the function of cilia related to specific cell physiology and signaling pathway. In this review, I introduce general features of primary cilia and recent progress in understanding of the ciliary length control and signaling pathways transduced through primary cilia in vertebrates.
Kim, Seung Hyun;Oh, Ki-Wook;Jin, Hee Kyung;Bae, Jae-Sung
BMB Reports
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v.51
no.11
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pp.545-546
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2018
With emerging evidence on the importance of non-cell autonomous toxicity in neurodegenerative diseases, therapeutic strategies targeting modulation of key immune cells. including microglia and Treg cells, have been designed for treatment of ALS and other neurodegenerative diseases. Strategy switching the patient's environment from a pro-inflammatory toxic to an anti-inflammatory, and neuroprotective condition, could be potential therapy for neurodegenerative diseases. Mesenchymal stem cells (MSCs) regulate innate and adaptive immune cells, through release of soluble factors such as $TGF-{\beta}$ and elevation of regulatory T cells (Tregs) and T helper-2 cells (Th2 cells), would play important roles, in the neuroprotective effect on motor neuronal cell death mechanisms in ALS. Single cycle of repeated intrathecal injections of BM-MSCs demonstrated a clinical benefit lasting at least 6 months, with safety, in ALS patients. Cytokine profiles of CSF provided evidence that BM-MSCs, have a role in switching from pro-inflammatory to anti-inflammatory conditions. Inverse correlation of $TGF-{\beta}1$ and MCP-1 levels, could be a potential biomarker to responsiveness. Thus, additional cycles of BM-MSC treatment are required, to confirm long-term efficacy and safety.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.228-232
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2003
Mircolens and microlens arrays are realized using a novel fabrication technology based on the exposure of a resist, usually PMMA, to deep X-rays and subsequent thermal treatment. Hot embossing process is also studied for mass production. The fabrication technology is very simple and produces microlenses and microlens arrays with good surface roughness of several nm. The molecular weight and glass transition temperature of PMMA is reduced when it is irradiated with deep X-rays. The microlenses were produced through the effects of volume change, surface tension. and reflow during thermal treatment of irradiated PMMA. A hot embossing machine is designed and manufactured with a servo motor transfer system. The hot embossing process follows the steps of heating mold to the desired temperature, embossing a mold insert on substrate. cooling mold to the de-embossing temperature. and de-embossing. Microlenses were produced with diameters ranging from 30 to 1500 ${\mu}{\textrm}{m}$. The surface X-ray mask is also fabricated to realize microlens arrays on PMMA sheet with a large area.
Infantile nystagmus syndrome (INS) refers to congenital forms of nystagmus that are present at birth or during infancy. This syndrome may be caused by afferent visual system disorders or abnormal development of the ocular motor system. INS is a genetically heterogeneous disorder for which there are more than 100 causative genes. Since applying clinical tests for the differential diagnosis of INS can be challenging in early infancy and children, genetic testings such as next-generation sequencing are becoming more important for achieving accurate diagnoses. An improved understanding of the molecular mechanisms of INS may also lead to the development of gene-based therapies for INS. These advantages of genetic testing have the potential to change the diagnostic paradigm of patients with INS. However, the diagnostic pathway based on genetic testing still has several limitations in terms of the therapeutic effect and methodology. This review summarizes genetic and clinical features of INS, and discusses the promise and pitfalls of genetic testing in INS.
The compact smooth muscle 10S myosin II is a type of a monomer with folded tail and the heads bending back to interact with each other. This inactivated form is associated with regulatory and enzymatic activities affecting myosin processivity with actin filaments as well as ATPase activity. Phosphorylation by RLC can however, shuttle myosin from the inhibited 10S state to an activated 6S state, dictating the equilibrium. Multiple studies contributed by TEM have provided insights in the structural understanding of the 10S form. However, it is only recently that the true potential of Cryo-EM in deciphering the intramolecular interactions of 10S myosin state has been realized. This has led to an influx of new revelations on the 10S inactivation, unfolding mechanism and association in various diseases. This study reviews the gradual development in the structural interpretation of 10S species from TEM to Cryo-EM era. Furthermore, we discuss the utility of Cryo-EM in future myosin 10S studies and its contribution to human health.
Hyun-Wook Kim;Seung Hak Oh;Se Jeong Lee;Ji eun Na;Im Joo Rhyu
Applied Microscopy
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v.50
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pp.6.1-6.6
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2020
The cerebellum is a region of the brain that plays an important role in motor control. It is classified phylogenetically into archicerebellum, paleocerebellum and neocerebellum. The Purkinje cells are lined in a row called Purkinje cell layer and it has a unique dendritic branches with many spines. The previous study reported that there is a difference of synapse density according to the lobules based on large two-dimensional data. However, recent study with high voltage electron microscopy showed there was no differences in dendritic spine density of the Purkinje cell according to its phylogenetic lobule. We analyzed Purkinje cell density in the II, VI and X lobules by stereological modules and synaptic density was estimated by double disector based on Purkinje cell density in the molecular layer of each lobule. The results showed that there was significant difference in the Purkinje cell density and synapse number according to their phylogenetic lobules. The number of Purkinje cell in a given volume was larger in the archicerebellum, but synapse density was higher in the neocerebellum. These data suggest that cellular and synaptic organization of the Purkinje cell is different according to their phylogenetic background.
Kim, Jeongah;Jang, Sangwon;Choi, Mijung;Chung, Sooyoung;Choe, Youngshik;Choe, Han Kyoung;Son, Gi Hoon;Rhee, Kunsoo;Kim, Kyungjin
Molecules and Cells
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v.41
no.8
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pp.742-752
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2018
Parkinson's disease (PD) is a neurodegenerative disease characterized by progressive degeneration of dopaminergic (DAergic) neurons, particularly in the substantia nigra (SN). Although circadian dysfunction has been suggested as one of the pathophysiological risk factors for PD, the exact molecular link between the circadian clock and PD remains largely unclear. We have recently demonstrated that $REV-ERB{\alpha}$, a circadian nuclear receptor, serves as a key molecular link between the circadian and DAergic systems. It competitively cooperates with NURR1, another nuclear receptor required for the optimal development and function of DA neurons, to control DAergic gene transcription. Considering our previous findings, we hypothesize that $REV-ERB{\alpha}$ may have a role in the onset and/or progression of PD. In the present study, we therefore aimed to elucidate whether genetic abrogation of $REV-ERB{\alpha}$ affects PD-related phenotypes in a mouse model of PD produced by a unilateral injection of 6-hydroxydopamine (6-OHDA) into the dorsal striatum. $REV-ERB{\alpha}$ deficiency significantly exacerbated 6-OHDA-induced motor deficits as well as DAergic neuronal loss in the vertebral midbrain including the SN and the ventral tegmental area. The exacerbated DAergic degeneration likely involves neuroinflammation-mediated neurotoxicity. The $REV-erb{\alpha}$ knockout mice showed prolonged microglial activation in the SN along with the over-production of interleukin $1{\beta}$, a pro-inflammatory cytokine, in response to 6-OHDA. In conclusion, the present study demonstrates for the first time that genetic abrogation of $REV-ERB{\alpha}$ can increase vulnerability of DAergic neurons to neurotoxic insults, such as 6-OHDA, thereby implying that its normal function may be beneficial for maintaining DAergic neuron populations during PD progression.
Sohn, Eun Jeong;Shin, Min Jea;Kim, Dae Won;Ahn, Eun Hee;Jo, Hyo Sang;Kim, Duk-Soo;Cho, Sung-Woo;Han, Kyu Hyung;Park, Jinseu;Eum, Won Sik;Hwang, Hyun Sook;Choi, Soo Young
Molecules and Cells
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v.37
no.3
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pp.226-233
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2014
Excessive reactive oxygen species (ROS) generated from abnormal cellular process lead to various human diseases such as inflammation, ischemia, and Parkinson's disease (PD). Sensitive to apoptosis gene (SAG), a RING-FINGER protein, has anti-apoptotic activity and anti-oxidant activity. In this study, we investigate whether Tat-SAG, fused with a Tat domain, could protect SH-SY5Y neuroblastoma cells against 1-methyl-4-phenylpyridinium ($MPP^+$) and dopaminergic (DA) neurons in the substantia nigra (SN) against 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetra-hydropyridine (MPTP) toxicity. Western blot and immunohistochemical analysis showed that, unlike SAG, Tat-SAG transduced efficiently into SH-SY5Y cells and into the brain, respectively. Tat-SAG remarkably suppressed ROS generation, DNA damage, and the progression of apoptosis, caused by $MPP^+$ in SH-SY5Y cells. Also, immunohistochemical data using a tyrosine hydroxylase antibody and cresyl violet staining demonstrated that Tat-SAG obviously protected DA neurons in the SN against MPTP toxicity in a PD mouse model. Tat-SAG-treated mice showed significant enhanced motor activities, compared to SAG- or Tat-treated mice. Therefore, our results suggest that Tat-SAG has potential as a therapeutic agent against ROS-related diseases such as PD.
Kinesin-1 is microtubule-dependent plus-end direct molecular motor protein essential for intracellular transport. It is a member of the kinesin superfamily proteins (KIFs) which transport cargo, including organelles, vesicles, neurotransmitter receptors, cell-signaling molecules, and protein complexes through interaction between its light chain subunit and the cargo. Kinesin light chain 1 (KLC1) is a non-motor subunit that associates with the kinesin heavy chain (KHC). Although KLC1 interacts with many different adaptor proteins and scaffolding proteins, its binding proteins have not yet been fully identified. We used the yeast two-hybrid assay to identify proteins that interact with the tetratricopeptide repeat (TPR) domain of KLC1, and found an interaction between KLC1 and EH domain-binding protein 1 like 1 (EHBP1L1). EHBP1L1 bound to the region containing all six TPR repeats of KLC1 and did not interact with KIF5B (a motor protein of kinesin 1) or KIF3A (a motor protein of kinesin 2) in the yeast two-hybrid assay. The carboxyl-terminus of the coiled-coil domain of EHBP1L1 is essential for interaction with KLC1. However, another EHBP1L1 isoform, EHBP1, did not interact with KLC1 in the yeast two-hybrid assay. KLC1 interacted with GST-EHBP1L1 and its coiled-coil domain but not with GST only. When co-expressed in HEK-293T cells, EHBP1L1 co-localized with KLC1 and co-immunoprecipitated with KLC1 and KIF5B but not KIF3A. These results suggest that kinesin 1 motor protein may transport EHBP1L1-associated cargo in cells.
Jeong, Young Joo;Park, Sung Woo;Kim, Sang-Jin;Lee, Won Hee;Kim, Mooseong;Urm, Sang-Hwa;Seog, Dae-Hyun
Journal of Life Science
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v.29
no.3
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pp.369-375
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2019
Microtubules form through the polymerization of ${\alpha}-$ and ${\beta}-tubulin$, and tubulin transport plays an important role in defining the rate of microtubule growth inside cellular appendages, such as the cilia and flagella. Heterotrimeric kinesin 2 is a molecular motor member of the kinesin superfamily (KIF) that moves along the microtubules to transport multiple cargoes. It consists of two motor subunits (KIF3A and KIF3B) and a kinesin-associated protein 3 (KAP3), forming a heterotrimeric complex. Heterotrimeric kinesin 2 interacts with many different binding proteins through the cargo-binding domains of the KIF3s, but these binding proteins have not yet been specified. To identify these proteins for KIF3A, we performed yeast two-hybrid (Y2H) screening and found a specific interaction with ${\beta}2-tubulin$ (Tubb2), a microtubule component. Tubb2 was found to bind to the cargo-binding domain of KIF3A but did not interact with KIF3B, KIF5B, or kinesin light chain 1 in the Y2H assay. The carboxyl-terminal region of Tubb2 is essential for interaction with KIF3A. Other Tubb isoforms, including Tubb1, Tubb3, Tubb4, and Tubb5, also interacted with KIF3A in the Y2H screening. However, ${\alpha}1-tubulin$ (Tuba1) did not interact with KIF3A. In addition, an antibody to KIF3A specifically co-immunoprecipitated the KIF3B and KAP3 associated with Tubb2 from mouse brain extracts. In combination, these results suggest that a heterotrimeric kinesin 2 motor protein is capable of binding to tubulin and may transport it in cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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