Yao, Cheng Wen;Kang, Kyoung Ah;Piao, Mei Jing;Ryu, Yea Seong;Fernando, Pattage Madushan Dilhara Jayatissa;Oh, Min Chang;Park, Jeong Eon;Shilnikova, Kristina;Na, Soo-Young;Jeong, Seung Uk;Boo, Sun-Jin;Hyun, Jin Won
Biomolecules & Therapeutics
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v.25
no.3
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pp.315-320
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2017
We investigated the role of autophagy in SNUC5/5-FUR, 5-fluorouracil (5-FU) resistant SNUC5 colon cancer cells. SNUC5/5-FUR cells exhibited low level of autophagy, as determined by light microscopy, confocal microscopy, and flow cytometry following acridine orange staining, and the decreased level of GFP-LC3 puncta. In addition, expression of critical autophagic proteins such as Atg5, Beclin-1 and LC3-II and autophagic flux was diminished in SNUC5/5-FUR cells. Whereas production of reactive oxygen species (ROS) was significantly elevated in SNUC5/5-FUR cells, treatment with the ROS inhibitor N-acetyl cysteine further reduced the level of autophagy. Taken together, these results indicate that decreased autophagy is linked to 5-FU resistance in SNUC5 colon cancer cells.
NB4 cell, the human acute promyelocytic leukemia (APL) cell line, was treated with various concentrations of arsenic trioxide (ATO) to induce apoptosis, measured by staining with 7-amino-actinomycin D (7-AAD) by flow cytometry. 2', 7'-dichlorodihydro-fluorescein-diacetate (DCF-DA) and MitoSOX™ Red mitochondrial superoxide indicator were used to detect intracellular and mitochondrial reactive oxygen species (ROS). The steady-state level of SO2 (Cysteine sulfinic acid, Cys-SO2H) form for peroxiredoxin 3 (PRX3) was measured by a western blot. To evaluate the effect of sulfiredoxin 1 depletion, NB4 cells were transfected with small interfering RNA and analyzed for their influence on ROS, redox enzymes, and apoptosis. The mitochondrial ROS of NB4 cells significantly increased after ATO treatment. NB4 cell apoptosis after ATO treatment increased in a time-dependent manner. Increased SO2 form and dimeric PRX3 were observed as a hyperoxidation reaction in NB4 cells post-ATO treatment, in concordance with mitochondrial ROS accumulation. Sulfiredoxin 1 expression is downregulated by small interfering RNA transfection, which potentiated mitochondrial ROS generation and cell growth arrest in ATO-treated NB4 cells. Our results indicate that ATO-induced ROS generation in APL cell mitochondria is attributable to PRX3 hyperoxidation as well as dimerized PRX3 accumulation, subsequently triggering apoptosis. The downregulation of sulfiredoxin 1 could amplify apoptosis in ATO-treated APL cells.
Podophyllotoxin (PT), a lignan compound from the roots and rhizomes of Podophyllum peltatum, has diverse pharmacological activities including anticancer effect in several types of cancer. The molecular mechanism of the anticancer effects of PT on colorectal cancer cells has not been reported yet. In this study, we sought to evaluate the anticancer effect of PT on human colorectal cancer HCT116 cells and identify the detailed molecular mechanism. PT inhibited the growth of cells and colony formation in a concentration-dependent manner and induced apoptosis as determined by the annexin V/7-aminoactinomycin D double staining assay. PT-induced apoptosis was accompanied by cell cycle arrest in the G2/M phase and an increase in the generation of reactive oxygen species (ROS). The effects of PT on the induction of ROS and apoptosis were prevented by pretreatment with N-acetyl-L-cysteine (NAC), indicating that an increase in ROS generation mediates the apoptosis of HCT116 cells induced by PT. Furthermore, Western blot analysis showed that PT upregulated the level of phospho (p)-p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK). The treatment of SB203580, a p38 inhibitor, strongly prevented the apoptosis induced by PT, suggesting that PT-induced apoptosis involved the p38 MAPK signaling pathway. In addition, PT induced the loss of mitochondrial membrane potential and multi-caspase activation. The results suggested that PT induced cell cycle arrest in the G2/M phase and apoptosis through the p38 MAPK signaling pathway by upregulating ROS in HCT116 cells.
Picropodophyllotoxin (PPT), an epimer of podophyllotoxin, is derived from the roots of Podophyllum hexandrum and exerts various biological effects, including anti-proliferation activity. However, the effect of PPT on colorectal cancer cells and the associated cellular mechanisms have not been studied. In the present study, we explored the anticancer activity of PPT and its underlying mechanisms in HCT116 cells. The 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay was used to monitor cell viability. Flow cytometry was used to evaluate cell cycle distribution, the induction of apoptosis, the level of reactive oxygen species (ROS), assess the mitochondrial membrane potential (Δψm), and multi-caspase activity. Western blot assays were performed to detect the expression of cell cycle regulatory proteins, apoptosis-related proteins, and p38 MAPK (mitogen-activated protein kinase). We found that PPT induced apoptosis, cell cycle arrest at the G1 phase, and ROS in the HCT116 cell line. In addition, PPT enhanced the phosphorylation of p38 MAPK, which regulates apoptosis and PPT-induced apoptosis. The phosphorylation of p38 MAPK was inhibited by an antioxidant agent (N-acetyl-L-cysteine, NAC) and a p38 inhibitor (SB203580). PPT induced depolarization of the mitochondrial inner membrane and caspase-dependent apoptosis, which was attenuated by exposure to Z-VAD-FMK. Overall, these data indicate that PPT induced G1 arrest and apoptosis via ROS generation and activation of the p38 MAPK signaling pathway.
Objective: This study examined whether the addition of triple antioxidants (3A)-10 µM acetyl-L-carnitine, 10 µM N-acetyl-L-cysteine, and 5 µM α-lipoic acid-in freezing-thawing medium during human sperm cryopreservation using the sucrose vitrification (SuV) and liquid nitrogen vapor (Vapor) techniques could improve post-thaw survival of spermatozoa. Methods: We analyzed 30 samples from healthy human sperm donors. Each sample was allocated into one of five groups: fresh control, SuV, SuV+3A, Vapor, and Vapor+3A. The sperm motility, morphology, viability, intracellular and extracellular reactive oxygen species (ROS) levels, and sperm DNA fragmentation (SDF) were evaluated. Results: The cryopreserved spermatozoa had significantly reduced percentages of motility (p<0.05) and viability (p<0.05). Antioxidant supplementation non-significantly improved these parameters (p>0.05). No significant differences were found in sperm morphology between the fresh and frozen-thawed groups (p>0.05). After freezing, the extracellular ROS levels in the frozen-thawed groups were significantly higher (p<0.05) than in the fresh group. However, we did not find any differences in intracellular ROS parameters among these groups (p>0.05). The SDF was higher in the SuV and Vapor groups than in the fresh group, but without statistical significance (p=0.075 and p=0.077, respectively). Conclusion: Cryopreservation had detrimental effects on sperm motility, viability, and extracellular ROS levels, without changing the morphology or intracellular ROS levels. Antioxidant supplementation was slightly effective in preventing SDF in frozen-thawed spermatozoa.
Objective: This study aims to explore the pharmacological effects and mechanisms of enzyme (Viscozyme)-treated garlic extract (EG) in an animal model of acute enteritis induced by lipopolysaccharide (LPS). Methods: The experiment included four subgroups: normal, control, EG200 (treated with 200 mg/kg EG), and EG400 (treated with 400 mg/kg EG). Drug administration lasted 3 days, followed by the induction of acute enteritis in all groups (except normal) through the intraperitoneal administration of 20 mg/kg of LPS 1 h after the last oral dose. Autopsy was conducted 24 h later to collect serum and colon tissue. Serum was analyzed for reactive oxygen species (ROS) and C-reactive protein (CRP), while Western blotting was performed on the colon tissue. Results: After analyzing the ROS and CRP levels in serum, the EG treatment group exhibited a significant decrease compared with the control group. The EG treatment group exhibited a significant decrease in the activation of the mitogen-activated protein kinases (MAPKs)/nuclear factor-kappa B p65 (NF-κB) pathway compared with the control group. EG administration significantly regulated apoptosis-related factors, including B-cell lymphoma-2 (Bcl-2), Bcl-2-associated X, cysteine aspartyl-specific protease-3, and cytochrome C. Conclusions: EG treatment in mice with LPS-induced acute colitis reduced the ROS and CRP levels, suppressed the MAPKs/NF-κB pathway in the colon, and effectively alleviated acute enteritis by modulating apoptosis-related factors. Based on these findings, EG emerges as a promising candidate for the prevention and treatment of acute colitis, showing its potential therapeutic efficacy in this experimental model.
Objective : Inulae Flos(IF) has been used to treat arthritis, sever furuncle, fear and palpitation, vomiting, stroke, asthma and cough in Korean Medicine. Although the anticancer activity of IF has been reported, the molecular mechanism is still not well understood. In this study, we investigated the growth inhibitory activity of an ethanol extract of IF in HT-1080 human fibrosarcoma cells and its underlying mechanisms using two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) cell culture system. Methods : HT-1080 cells were cultured with IF for 9 days in 3D cell culture. To check an inhibition of cell prolifelation by IF, MTT assay was performed. DNA contents were measured using flow cytometry. Western blotting was used to evaluate the regulation of cell cycle- and autophagy-related proteins. Acridine orange staining was performed to confirm autophagy, and DCF-DA staining was performed to confirm the occurrence of ROS. Results : IF controlled a spheroid formation and decreased a cell viability in 3D cell culture. IF-induced cell proliferation inhibition was associated with a distinct increase of S and G2/M phase cell distribution in 2D cell cultre. In addition, IF significantly induced autophagy and generated reactive oxygen species(ROS). Interestingly, IF-induced cell cycle arrest and autophagy were recovered after pre-treatment of N-acetyl-L-cysteine, ROS scavenger. Conclusion : Our results indicate that IF induced ROS-mediated cell cycle arrest and autophagy and it may potentially useful for human fibrosarcoma treatment.
Kim, Ji Wook;Kong, Hee Jeong;Kim, Young H.;Kang, Kwang Il
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.36
no.3
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pp.172-178
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2017
Ultrasound has been widely used for biological and medical applications including induction of cell death, but a precise mechanism of induced cell death by ultrasound is controversial. In this study, an irradiation system with 40 kHz ultrasound was developed for a suitable cell death test of a representative unicellular organism, yeast, and used to study the biological effect of ultrasound on inducing cell death. Potassium Iodide (KI) dosimetry was used to devise an optimal system that successfully delivers 40 kHz ultrasound and produces reactive oxygen species in a 1.5 ml Eppendorf tube. Cell death was observed in an ultrasound transmission time-dependent fashion in this system. Thermal effect during irradiation was not observable in ultrasound induced cell death. Co-treatment of 40 kHz ultrasound and hydrogen peroxide showed a synergistic effect in inducing cell death. This finding suggests that 40 kHz ultrasound is related to reactive oxygen species formation. However, NAC (N-acetyl-L-cysteine) oxygen scavenger slightly inhibited the cell death by 40 kHz ultrasound. It was also found that 40 kHz ultrasound induced cell death was slightly inhibited by inhibitors of necrosis or apoptosis (glycyrrhizin or zVAD-fmk). This study suggests that cell death induced by 40 kHz ultrasound may not be exclusively related to reactive oxygen species formation and thermal effects in irradiated yeast cells.
Peroxiredoxins (Prxs) are ubiquitously distributed and play important functions in diverse cellular signaling systems. The proteins are largely classified into three groups, such as typical 2-Cys Prx, atypical 2-Cys Prx, and 1-Cys Prx, that are distinguished by their catalytic mechanisms and number of Cys residues. From the three classes of Prxs, the typical 2-Cys Prx containing the two-conserved Cys residues at its N-terminus and C-terminus catalyzes $H_2O_2$ with the use of thioredoxin (Trx) as an electron donor. During the catalytic cycle, the N-terminal Cys residue undergoes a peroxide-dependent oxidation to sulfenic acid, which can be further oxidized to sulfinic acid at the presence of high concentrations of $H_2O_2$ and a Trx system containing Trx, Trx reductase, and NADPH. The sulfinic acid form of 2-Cys Prx is reduced by the action of sulfiredoxin which requires ATP as an energy source. Under the strong oxidative or heat shock stress conditions, 2-Cys Prx in eukaryotes rapidly switches its protein structure from low-molecular-weight species to high-molecular-weight protein structures. In accordance with its structural changes, the protein concomitantly triggers functional switching from a peroxidase to a molecular chaperone, which can protect its substrate denaturation from external stress. In addition to its N-terminal active site, the C-terminal domain including 'YF-motif' of 2-Cys Prx plays a critical role in the structural changes. Therefore, the C-terminal truncated 2-Cys Prxs are not able to regulate their protein structures and highly resistant to $H_2O_2$-dependent hyperoxidation, suggesting that the reaction is guided by the peroxidatic Cys residue. Based on the results, it may be concluded that the peroxidatic Cys of 2-Cys Prx acts as an '$H_2O_2$-sensor' in the cells. The oxidative stress-dependent regulation of 2-Cys Prx provides a means of defense systems in cells to adapt stress conditions by activating intracellular defense signaling pathways. Particularly, 2-Cys Prxs in plants are localized in chloroplasts with a dynamic protein structure. The protein undergoes conformational changes again oxidative stress. Depending on a redox-potential of the chloroplasts, the plant 2-Cys Prx forms super-molecular weight protein structures, which attach to the thylakoid membranes in a reversible manner.
Numerous plants have been documented to contain phenolic compounds. Thymol is one among these phenolic compounds that possess a repertoire of pharmacological activities, including anti-inflammatory, anticancer, antioxidant, antibacterial, and antimicrobial effects. Despite of the plethora of affects elicited by thymol, its activity profile on gastric cancer cells is not explored. In this study, we discovered that thymol exerts anticancer effects by suppressing cell growth, inducing apoptosis, producing intracellular reactive oxygen species, depolarizing mitochondrial membrane potential, and activating the proapoptotic mitochondrial proteins Bax, cysteine aspartases (caspases), and poly ADP ribose polymerase in human gastric AGS cells. The outcomes of this study displayed that thymol, via an intrinsic mitochondrial pathway, was responsible for inducing apoptosis in gastric AGS cells. Hence, thymol might serve as a tentative agent in the future to treat cancer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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