Many anticancer agents as well as ionizing radiation have been shown to induce autophagy which is originally described as a protein recycling process and recently reported to play a crucial role in various disorders. In HCT116 human colon cancer cells, we found that curcumin, a polyphenolic phytochemical extracted from the plant Curcuma longa, markedly induced the conversion of microtubule-associated protein 1 light chain 3 (LC3)-I to LC3-II and degradation of sequestome-1 (SQSTM1) which is a marker of autophagosome degradation. Moreover, we found that curcumin caused GFP-LC3 formation puncta, a marker of autophagosome, and decrease of GFP-LC3 and SQSTM1 protein level in GFP-LC3 expressing HCT116 cells. It was further confirmed that treatment of cells with hydrogen peroxide induced increase of LC3 conversion and decrease of GFP-LC3 and SQSTM1 levels, but these changes by curcumin were almost completely blocked in the presence of antioxidant, N-acetylcystein (NAC), indicating that curcumin leads to reactive oxygen species (ROS) production, which results in autophagosome development and autolysosomal degradation. In parallel with NAC, SQSTM1 degradation was also diminished by bafilomycin A, a potent inhibitor of autophagosome-lysosome fusion, and cell viability assay was further confirmed that cucurmin-induced cell death was partially blocked by bafilomycin A as well as NAC. We also observed that NAC abolished curcumin-induced activation of extracelluar signal-regulated kinases (ERK) 112 and p38 mitogen-activated protein kinases (MAPK), but not Jun N-terminal kinase (JNK). However, the activation of ERK1/2 and p38 MAPK seemed to have no effect on the curcumin-induced autophagy, since both the conversion of LC3 protein and SQSTM1 degradation by curcumin was not changed in the presence of NAC. Taken together, our data suggest that curcumin induced ROS production, which resulted in autophagic activation and concomitant cell death in HCT116 human colon cancer cell. However, ROS-dependent activation of ERK1/2 and p38 MAPK, but not JNK, might not be involved in the curcumin-induced autophagy.
Kim, Ji Yong;Lee, Jai-Sung;Han, Yong-Seok;Lee, Jun Hee;Bae, Inhyu;Yoon, Yeo Min;Kwon, Sang Mo;Lee, Sang Hun
Biomolecules & Therapeutics
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제23권6호
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pp.517-524
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2015
Human mesenchymal stem cells (MSCs) have been used in cell-based therapy to promote revascularization after peripheral or myocardial ischemia. High levels of reactive oxygen species (ROS) are involved in the senescence and apoptosis of MSCs, causing defective neovascularization. Here, we examined the effect of the natural antioxidant lycopene on oxidative stress-induced apoptosis in MSCs. Although $H_2O_2$ ($200{\mu}M$) increased intracellular ROS levels in human MSCs, lycopene ($10{\mu}M$) pretreatment suppressed $H_2O_2$-induced ROS generation and increased survival. $H_2O_2$-induced ROS increased the levels of phosphorylated p38 mitogen activated protein kinase (MAPK), Jun-N-terminal kinase (JNK), ataxia telangiectasia mutated (ATM), and p53, which were inhibited by lycopene pretreatment. Furthermore, lycopene pretreatment decreased the expression of cleaved poly (ADP ribose) polymerase-1 (PARP-1) and caspase-3 and increased the expression of B-cell lymphoma 2 (Bcl-2) and Bcl-2-associated X protein (Bax), which were induced by $H_2O_2$ treatment. Moreover, lycopene significantly increased manganese superoxide dismutase (MnSOD) expression and decreased cellular ROS levels via the PI3K-Akt pathway. Our findings show that lycopene pretreatment prevents ischemic injury by suppressing apoptosis-associated signal pathway and enhancing anti-oxidant protein, suggesting that lycopene could be developed as a beneficial broad-spectrum agent for the successful MSC transplantation in ischemic diseases.
Kim, Ga-Young;Jeong, Hana;Yoon, Hye-Young;Yoo, Hye-Min;Lee, Jae Young;Park, Seok Hee;Lee, Choong-Eun
BMB Reports
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제53권12호
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pp.640-645
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2020
Suppressors of cytokine signaling (SOCS) exhibit diverse anti-inflammatory effects. Since ROS acts as a critical mediator of inflammation, we have investigated the anti-inflammatory mechanisms of SOCS via ROS regulation in monocytic/macrophagic cells. Using PMA-differentiated monocytic cell lines and primary BMDMs transduced with SOCS1 or shSOCS1, the LPS/TLR4-induced inflammatory signaling was investigated by analyzing the levels of intracellular ROS, antioxidant factors, inflammasome activation, and pro-inflammatory cytokines. The levels of LPS-induced ROS and the production of pro-inflammatory cytokines were notably down-regulated by SOCS1 and up-regulated by shSOCS1 in an NAC-sensitive manner. SOCS1 up-regulated an ROS-scavenging protein, thioredoxin, via enhanced expression and binding of NRF-2 to the thioredoxin promoter. SOCS3 exhibited similar effects on NRF-2/thioredoxin induction, and ROS downregulation, resulting in the suppression of inflammatory cytokines. Notably thioredoxin ablation promoted NLRP3 inflammasome activation and restored the SOCS1-mediated inhibition of ROS and cytokine synthesis induced by LPS. The results demonstrate that the anti-inflammatory mechanisms of SOCS1 and SOCS3 in macrophages are mediated via NRF-2-mediated thioredoxin upregulation resulting in the downregulation of ROS signal. Thus, our study supports the anti-oxidant role of SOCS1 and SOCS3 in the exquisite regulation of macrophage activation under oxidative stress.
만성 염증성 관절염 질환인 통풍은 고요산혈증을 특징으로 하며 NLRP3 inflammasome의 활성화에 따른 IL-1β와 같은 염증성 cytokine 방출과 연관된 MSU에 대한 염증 반응에 의해 유발될 수 있다. 마늘에 함유된 황 함유 화합물은 다양한 질병에 대한 잠재적인 유익한 약리학적 효능을 가지지만, NLRP3 inflammasome 활성화와 연관된 통풍 억제에 대한 효능은 현재까지 입증되지 않았다. 본 연구에서는 대표적인 마늘 유래 황화합물인 DADS와 DATS가 MSU에 의한 NLRP3 inflammasome 활성을 억제할 수 있는지를 조사하였다. 본 연구의 결과에 의하면, 비세포 독성 조건에서 DADS와 DATS는 LPS가 전처리된 RAW 264.7 대식세포에서 MSU에 대한 반응으로 증가된 NO의 생성과 IL-1β 유리를 유의적으로 차단하였다. DADS와 DATS는 또한 증가된 NLRP3, ASC, caspase-1 p20 및 IL-1β의 발현을 감소시켰으며, 이는 MSU로 유도된 LRP3 inflammasome 활성화가 DADS와 DATS에 의해 억제되었음을 의미한다. 아울러, DADS와 DATS는 NLRP3 inflammasome 활성화에 상위 신호로 작용하는 산화적 스트레스를 차단했으며 ROS 생성을 제거한다는 사실에서 입증되었다. 결론적으로, 본 연구의 결과는 DADS와 DATS가 ROS/NLRP3 경로를 억제하여 inflammasome 활성화를 차단함으로서 NLRP3 의존성 통풍성 관절염 치료를 위한 잠재력이 우수함을 의미한다.
본 연구에서는 연화 열수 및 에탄올 추출물의 3T3-L1 지방세포 분화 및 ROS생성 저감효과를 구명하기 위하여 3T3-L1 전지방세포 분화과정 중 연화 열수 및 에탄올 추출물에 의한 지방축적과 ROS 생성을 관찰하였다. 연화 열수 및 에탄올 추출물은 XTT assay에서 100, 200 및 $400{\mu}g/mL$ 농도에서 세포 독성을 보이지 않았다. 지방세포 분화 중 세포 내 지방축적 및 ROS 생성량을 비교한 결과, 연화 열수 및 에탄올 추출물을 처리한 지방세포의 경우 지방축적량과 ROS 생성량 모두 유의적으로 억제되는 것으로 나타났다. 특히 연화 열수 및 에탄올 추출물을 처리함으로써 지방세포분화와 관련된 전사인자인 $PPAR{\gamma}$, $C/EBP{\alpha}$ 및 aP mRNA의 발현을 유의적으로 감소시켰으며, ROS의 생성과 관련이 있는 주요 유전자인 NOX4 및 catalase의 유전자발현 또한 유의적으로 감소하였다. 이 결과를 통해 연화 열수 및 에탄올 추출물이 3T3-L1 지방세포 내 중성지방의 축적 억제효과와 더불어 ROS 생성 억제에 효과적으로 작용함을 확인하였다. 따라서 연화 열수 및 에탄올 추출물은 비만과 같은 대사증후군 관련 질환의 개선을 위한 천연물 기능성 소재로의 활용이 기대된다.
Lavender oil is a prolonged history in ancient medicine and has a wide range of biological effects. The lavender essential oil has 50 different constituents that have different therapeutic significance. The compounds that are separated from essential oil can be used for the anticancer treatment of non-small cell lung cancer. ROS1 is one of the major targets for NSCLC. The compounds from lavender essential oil are separated through GC-MS. From 91 compounds the top compounds that are having high retention values are taken for Molecular docking study against the ROS1 target protein. The binding affinity and the docked pose for those compounds are studied. Later, the chemical reactivity of the compounds is studied by Density Functional Theory. The potent compounds must be validated by in vivo study.
Ataxia telangiectasia (A-T) is an inherited neurodegenerative disease caused by mutation in the ataxia telangiectasia mutated (ATM) gene, leading to loss of function in the encoded protein ATM. Because ATM functions to reduce oxidative stress by up-regulating antioxidant enzymes, oxidative stress is a prevalent A-T phenotype and a mediator of the inflammation that drives A-T pathology. Reactive oxygen species (ROS) levels and the expression of pro-inflammatory cytokine interleukin-8 (IL-8) were higher in A-T cells than in normal cells. ROS are related to mitochondrial dysfunction and activation of nuclear factor kappa B (NF-κB) to induce IL-8 expression. Alpha-lipoic acid (α-LA), a naturally occurring thiol compound, shows an antioxidant effect in various cells. This study is aimed to determine if α-LA confers protection against NF-κB activation, IL-8 expression, and mitochondrial dysfunction in A-T cells which are exposed to the inflammatory cytokine IL-1β. A-T fibroblasts were treated with or without α-LA. The levels of intracellular and mitochondrial ROS, mRNA and protein levels of IL-8, mitochondrial membrane potential (MMP), ATP levels, and DNA binding activity of NF-κB were determined. As a result, IL-1β increased NF-κB activation, IL-8 expression, intracellular and mitochondrial ROS levels, but decreased MMP and ATP level in A-T cells. Pretreatment of A-T cells with α-LA inhibited IL-1β-induced activation of NF-κB, IL-8 expression, and mitochondrial dysfunction by reducing ROS levels. In conclusion, supplementation with α-LA may be beneficial for reducing the oxidative stress-induced mitochondrial dysfunction and IL-8 production associated with A-T.
Background: Fraxetin (7,8-dihydroxy-6-methoxy coumarin), a coumarin derivative, has been reported to possess antioxidative, anti-inflammatory and neuroprotective effects. A number of recent observations suggest that the induction of heme oxygenase-1 (HO-1) inhibits inflammation and tumorigenesis. In the present study, we determined the effect of fraxetin on HO-1 expression in HaCaT human keratinocytes and investigated its underlying molecular mechanisms. Methods: Reverse transcriptase-PCR and Western blot analysis were performed to detect HO-1 mRNA and protein expression, respectively. Cell viability was measured by the MTS test. The induction of intracellular reactive oxygen species (ROS) by fraxetin was evaluated by 2′,7′-dichlorofluorescin diacetate staining. Results: Fraxetin upregulated mRNA and protein expression of HO-1. Incubation with fraxetin induced the localization of nuclear factor-erythroid-2-related factor-2 (Nrf2) in the nucleus and increased the antioxidant response element-reporter gene activity. Fraxetin also induced the phosphorylation of Akt and AMP-activated protein kinase $(AMPK){\alpha}$ and diminished the expression of phosphatase and tensin homolog, a negative regulator of Akt. Pharmacological inhibition of Akt and $AMPK{\alpha}$ abrogated fraxetin-induced expression of HO-1 and nuclear localization of Nrf2. Furthermore, fraxetin generated ROS in a concentration-dependent manner. Conclusions: Fraxetin induces HO-1 expression through activation of Akt/Nrf2 or $AMPK{\alpha}/Nrf2$ pathway in HaCaT cells.
Objectives: The root of Platycodon grandiflorum (PG) has been known to possess a range of pharmacological activities including anti-cancer, anti-inflammatory, and anti-oxidant effects. The present study was designed to investigate whether or not PG-induced cell death was connected with autophagy and apoptosis in NCI-H460 human lung cancer cells. Methods: Effects on the cell viability and apoptotic activity were quantified using MTT assays and flow cytometry analysis, respectively. Protein activation was measured by immunoblotting. Autophagy was measured by LC3 immunofluorescence and immunoblotting. ROS production and loss of mitochondria membrane potential (MMP) were checked with flow cytometry analysis. Results: Following exposure to PG, NCI-H460 cell proliferation decreased simultaneously inducing autophagic vacuoles and up-regulation of microtubule-associated protein 1 light chain 3 and beclin-1 protein expressions. Interestingly, pre-treated with autophagy inhibitors, 3-methyladenin or bafilomycin A1 further triggered reduction of cell viability. PG treatment also induced apoptosis that was related modulation of Bcl-2 family proteins, death receptors and activation of caspases. In addition, PG stimulation clearly enhanced loss of MMP and reactive oxygen species (ROS) generation. Conclusions: Our results suggest that PG elicited both autophagy and apoptosis by increasing loss of MMP and ROS production. PG induced-autophagy may play a cell protective role.
Trichomoniasis is caused by a sexually transmitted flagellate protozoan parasite Trichomonas vaginalis. T. vaginalis-derived secretory products (TvSP) contain lipid mediators such as leukotriene B4 (LTB4) and various cysteinyl leukotrienes (CysLTs) which included LTC4, LTD4, and LTE4. However, the signaling mechanisms by which T. vaginalis-induced CysLTs stimulate interleukin (IL)-8 production in human mast cells remain unclear. In this study, we investigated these mechanisms in human mast cells (HMC-1). Stimulation with TvSP resulted in increased intracellular reactive oxygen species (ROS) generation and NADPH oxidase 2 (NOX2) activation compared to unstimulated cells. Pre-treatment with NOX2 inhibitors such as diphenyleneiodonium chloride (DPI) or apocynin significantly reduced ROS production in TvSP-stimulated HMC-1 cells. Additionally, TvSP stimulation increased NOX2 protein expression and the translocation of p47phox from the cytosol to the membrane. Pretreatment of HMC-1 cells with PI3K or PKC inhibitors reduced TvSP-induced p47phox translocation and ROS generation. Furthermore, NOX2 inhibitors or NOX2 siRNA prevented CREB phosphorylation and IL-8 gene expression or protein secretion induced by TvSP. Pretreatment with a CysLTR antagonist significantly inhibited TvSP-induced ROS production, CREB phosphorylation, and IL-8 production. These results indicate that CysLT-mediated activation of NOX2 plays a crucial role in ROS-dependent IL-8 production in human mast cells stimulated by T. vaginalis-secreted CysLTs. These findings enhance our understanding of the inflammatory response in trichomoniasis and may inform the development of targeted therapies to mitigate this response.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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