Transcription factor NRF2 (NF-E2-related factor 2) is a master regulator of cellular responses against environmental stresses. NRF2 induces expression of detoxification and antioxidant enzymes and suppresses inductions of pro-inflammatory cytokine genes. KEAP1 (Kelch-like ECH-associated protein 1) is an adaptor subunit of CULLIN 3 (CUL3)-based E3 ubiquitin ligase. KEAP1 regulates the activity of NRF2 and acts as a sensor for oxidative and electrophilic stresses. NRF2 has been found to be activated in many types of cancers with poor prognosis. Therapeutic strategies to control NRF2-overeactivated cancers have been considered not only by targeting cancer cells with NRF2 inhibitors or NRF2 synthetic lethal chemicals, but also by targeting host defense with NRF2 inducers. Understanding precise molecular mechanisms how the KEAP1-NRF2 system senses and regulates the cellular response is critical to overcome intractable NRF2-activated cancers.
Nuclear factor E2-related factor 2 (NRF2) plays an important role in redox metabolism and antioxidant defense. Under normal conditions, NRF2 proteins are maintained at very low levels because of their ubiquitination and proteasomal degradation via binding to the kelch-like ECH associated protein 1 (KEAP1)-E3 ubiquitin ligase complex. However, oxidative and/or electrophilic stresses disrupt the KEAP1-NRF2 interaction, which leads to the accumulation and transactivation of NRF2. During recent decades, a growing body of evidence suggests that NRF2 is frequently activated in many types of cancer by multiple mechanisms, including the genetic mutations in the KEAP1-NRF2 pathway. This suggested that NRF2 inhibition is a promising strategy for cancer therapy. Recently, several NRF2 inhibitors have been reported with anti-tumor efficacy. Here, we review the mechanisms whereby NRF2 is dysregulated in cancer and its contribution to the tumor development and radiochemoresistance. In addition, among the NRF2 inhibitors reported so far, we summarize and discuss repurposed NRF2 inhibitors with their potential mechanisms and provide new insights to develop selective NRF2 inhibitors.
Lee, Eun Kyeong;Kim, Jin-Ah;Park, Seong Joon;Kim, Jeung Ki;Heo, Kyu;Yang, Kwang Mo;Son, Tae Gen
BMB Reports
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제46권5호
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pp.258-263
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2013
In the current study, we explored the effect of LDR on the activation of Nrfs transcription factor involved in cellular redox events. Experiments were carried out utilizing 0.05 and 0.5 Gy X-ray irradiated normal human skin fibroblast HS27 cells. The results showed LDR induced Nrf1 and Nrf2 activation and expression of antioxidant genes HO-1, Mn-SOD, and NQO1. In particular, 0.05 Gy-irradiation increased only Nrf1 activation, but 0.5 Gy induced both Nrf1 and Nrf2 activation. LDR-mediated Nrf1/2 activation was accompanied by reactive species (RS) generation and $Ca^{2+}$ flux. This effect was abolished in the presence of N-acetyl-cysteine and BAPTA- AM. Furthermore, Nrf1/2 activation by LDR was suppressed by PD98059, an inhibitor of ERK1/2. In conclusion, LDR induces Nrf1 and Nrf2 activation and expression of Nrf-regulated antioxidant defense genes through RS and $Ca^{2+}$/ERK1/2 pathways, suggesting new insights into the molecular mechanism underlying the beneficial role of LDR in HS27 cells.
Chang, Seo-Hyuk;Jang, Jaeyool;Oh, Seungjun;Yoon, Jung-Hoon;Jo, Dong-Gyu;Yun, Ui Jeong;Park, Kye Won
BMB Reports
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제54권8호
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pp.419-424
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2021
Cold-induced norepinephrine activates β3-adrenergic receptors (β3-AR) to stimulate the kinase cascade and cAMP-response element-binding protein, leading to the induction of thermogenic gene expression including uncoupling protein 1 (Ucp1). Here, we showed that stimulation of the β3-AR by its agonists isoproterenol and CL316,243 in adipocytes increased the expression of Ucp1 and Heme Oxygenase 1 (Hmox1), the principal Nrf2 target gene, suggesting the functional interaction of Nrf2 with β3-AR signaling. The activation of Nrf2 by tert-butylhydroquinone and reactive oxygen species (ROS) production by glucose oxidase induced both Ucp1 and Hmox1 expression. The increased expression of Ucp1 and Hmox1 was significantly reduced in the presence of a Nrf2 chemical inhibitor or in Nrf2-deleted (knockout) adipocytes. Furthermore, Nrf2 directly activated the Ucp1 promoter, and this required DNA regions located at -3.7 and -2.0 kb of the transcription start site. The CL316,243-induced Ucp1 expression in adipocytes and oxygen consumption in obese mice were partly compromised in the absence of Nrf2 expression. These data provide additional insight into the role of Nrf2 in β3-AR-mediated Ucp1 expression and energy expenditure, further highlighting the utility of Nrf2-mediated thermogenic stimulation as a therapeutic approach to diet-induced obesity.
내재면역반응의 중요한 조절자인 Nrf2와 NF-${\kappa}B$는 염증시에 교차 작용을 통하여 서로의 전사활성을 조절할 수 있다고 보고된 바 있으나 상반된 결과도 제시되고 있어서 아직까지 확실하게 규명되어 있지 않다. 저자들은 선행연구에서 NF-${\kappa}B$ 저해제인 금(I)-화합물 오라노핀이 인간 관절활막세포와 단핵구성 세포에서 Nrf2를 활성화시킴을 확인한 바 있기 때문에, 본 연구에서는 Nrf2를 knockdown 시킨 류마티스성 활막세포를 사용하여 오라노핀에 의해 저해되는 NF-${\kappa}B$ 신호전달 과정에 Nrf2가 관여하는지를 조사하였다. 세포를 Nrf2 siRNA로 transfection시켰을 때 Nrf2 발현은 대부분 차단됨을 확인하였다. 하지만 Nrf2 knockdown은 TNF-$\alpha$에 의해 유도되는 $I{\kappa}B-{\alpha}$ 분해를 막는 오라노핀의 작용에는 영향을 주지 않았다. Nrf2 target 단백질로서 항염 작용에 관여하는 HO-1을 knockdown 시켰을 경우에도 $I{\kappa}B-{\alpha}$ 분해를 저해하는 오라노핀의 작용에 영향을 미치지 않았다. 또한, Nrf2 knockdown은 오라노핀에 의해 저해된 ICAM-1 발현을 다시 복원시키지 못했다. 이러한 결과들은 염증성 싸이토킨에 의해 유도되는 NF-${\kappa}B$ 활성화를 오라노핀이 저해하는 기전에 Nrf2 및 HO-1이 관련되어 있지 않음을 시사한다. 따라서 류마티스성 관절활막세포에서 오라노핀의 항염작용 기전으로 알려진 Nrf2/HO-1 활성유도와 NF-${\kappa}B$ 활성저해는 교차작용 없이 각각 독립적인 기전을 통해 나타나는 것으로 생각된다.
In this study we investigated the role and mechanism of cardamonin on IL-1β induced injury in OA. CHON-001 cells were treated with cardamonin and IL-1β and transfected with silencing nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (siNrf2). Cell viability was detected by Cell Counting Kit-8 assay and flow cytometer assay was utilized for cell apoptosis assessment. IL-6, IL-8, TNF-α and Nrf2 mRNA expression was tested by qRT-PCR. Western blot was employed to evaluate MMP-3, MMP-13, Collagen II, Nrf2, NQO-1, NLRP3, Caspase 1 and apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase-1 recruitment domain (ASC) protein levels. In CHON-001 cells, IL-1β suppressed cell viability and Collagen II level while promoting cell apoptosis and expression of pro-inflammatory cytokines (IL-6, IL-8, TNF-α), MMPs (MMP-3, MMP-13), NQO-1, and NLRP3 inflammasome (NLRP3, Caspase 1 and ASC), with no significant influence on Nrf2. Cardamonin reversed the effect of IL-1β on cell viability, cell apoptosis, pro-inflammatory cytokines, MMPs, Collagen II, and NLRP3 inflammasome levels. In addition, cardamonin advanced Nrf2 and NQO-1 expression of CHON-001 cells. SiNrf2 reversed the function of cardamonin on IL-1β-induced cell apoptosis and expression of pro-inflammatory cytokines, Nrf2, NQO-1, and NLRP3 inflammasome in chondrocytes. Taken together Cardamonin inhibited IL-1β induced injury by inhibition of NLRP3 inflammasome via activating Nrf2/NQO1 signaling pathway in chondrocyte.
NF-E2-related factor 2 (Nrf2), a basic leucine zipper transcription factor, has recently received a great deal of attention as an important molecule that enhances antioxidative defenses and induces resistance to chemotherapy or radiotherapy. In this study, we investigated the apoptosis-inducing and Nrf2- upregulating effects of quercetin on malignant mesothelioma (MM) MSTO-211H and H2452 cells. Quercetin treatment inhibited cell growth and led to upregulation of Nrf2 at both the mRNA and protein levels without altering the ubiquitination and extending the half-life of the Nrf2 protein. Following treatment with quercetin, analyses of the nuclear level of Nrf2, Nrf2 antioxidant response element-binding assay, Nrf2 promoter-luc assay, and RT-PCR toward the Nrf2-regulated gene, heme oxygenase-1, demonstrated that the induced Nrf2 is transcriptionally active. Knockdown of Nrf2 expression with siRNA enhanced cytotoxicity due to the induction of apoptosis, as evidenced by an increase in the level of proapoptotic Bax, a decrease in the level of antiapoptotic Bcl-2 with enhanced cleavage of caspase-3 and PARP proteins, the appearance of a sub-$G_0/G_1$ peak in the flow cytometric assay, and increased percentage of apoptotic propensities in the annexin V binding assay. Effective reversal of apoptosis was observed following pretreatment with the pan-caspase inhibitor Z-VAD. Moreover, Nrf2 knockdown exhibited increased sensitivity to the anticancer drug, cisplatin, presumably by potentiating the oxidative stress induced by cisplatin. Collectively, our data demonstrate the importance of Nrf2 in cytoprotection, survival, and drug resistance with implications for the potential significance of targeting Nrf2 as a promising strategy for overcoming resistance to chemotherapeutics in MM.
Objectives: This study was done to look into whether Nrf2 take some role in the anti-lipogenic effect of kaurenoic acid in a nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) cellular model. Materials and Methods: We measured the effect of kaurenoic acid on intracellular steatosis and Nrf2 activation. Next, the effect of kaurenoic acid on SREBP-1c and some lipogenic genes in palmitate treated HepG2 cells with or without Nrf2 silencing. Results: The increased SREBP-1c expression was significantly decreased by concomitant kaurenoic acid treatment in non-targeting negative control siRNA transfected HepG2 cells. However, kaurenoic acid did not significantly inhibited increased SREBP-1c level in Nrf2 specific siRNA transfected HepG2 cells Conclusions: Kaurenoic acid has a potential to activate Nrf2, which may suppress SREBP-1c mediated intracellular steatosis in HepG2 cells.
Itoh, Ken;Wakabayashi, Nobunao;Katoh, Yasutake;Ishii, Tetsuro;Igarashi, Kazuhiko;Engel, James Douglas;Yamamoto, Masayuki
한국환경성돌연변이발암원학회:학술대회논문집
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한국환경성돌연변이발암원학회 2002년도 Current Trends in Toxicological Sciences
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pp.25-35
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2002
Transcription factor Nrf2 is essential for the antioxidant responsive element (ARE)-mediated induction of phase II detoxifying and oxidative stress enzyme genes. Detailed analysis of differential Nrf2 activity displayed in transfected cell lines ultimately led to the identification of a new protein, which we named Keap1, that suppresses Nrf2 transcriptional activity by specific binding to its evolutionarily conserved amino-terminal regulatory domain. The closest homolog of Keap1 is a Drosophila actin-binding protein called Kelch, implying that Keap1 might be a Nrf2 cytoplasmic effector. We then showed that electrophilic agents antagonize Keap1 inhibition of Nrf2 activity in vivo, allowing Nrf2 to traverse from the cytoplasm to the nucleus and potentiate the ARE response. We postulate that Keap1 and Nrf2 constitute a crucial cellular sensor for oxidative stress, and together mediate a key step in the signaling pathway that leads to transcriptional activation by this novel Nrf2 nuclear shuttling mechanism. The activation of Nrf2 leads in turn to the induction of phase II enzyme and antioxidative stress genes in response to electrophiles and reactive oxygen species.
Jialin Feng;Oliver J. Read;Albena T. Dinkova-Kostova
Molecules and Cells
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제46권3호
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pp.142-152
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2023
Nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) mediates the cellular antioxidant response, allowing adaptation and survival under conditions of oxidative, electrophilic and inflammatory stress, and has a role in metabolism, inflammation and immunity. Activation of Nrf2 provides broad and long-lasting cytoprotection, and is often hijacked by cancer cells, allowing their survival under unfavorable conditions. Moreover, Nrf2 activation in established human tumors is associated with resistance to chemo-, radio-, and immunotherapies. In addition to cancer cells, Nrf2 activation can also occur in tumor-associated macrophages (TAMs) and facilitate an anti-inflammatory, immunosuppressive tumor immune microenvironment (TIME). Several cancer cell-derived metabolites, such as itaconate, L-kynurenine, lactic acid and hyaluronic acid, play an important role in modulating the TIME and tumor-TAMs crosstalk, and have been shown to activate Nrf2. The effects of Nrf2 in TIME are context-depended, and involve multiple mechanisms, including suppression of proinflammatory cytokines, increased expression of programmed cell death ligand 1 (PD-L1), macrophage colony-stimulating factor (M-CSF) and kynureninase, accelerated catabolism of cytotoxic labile heme, and facilitating the metabolic adaptation of TAMs. This understanding presents both challenges and opportunities for strategic targeting of Nrf2 in cancer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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