Recent studies indicate that reactive oxygen species (ROS) are critically involved in persistent pain primarily through spinal mechanisms, and that mitochondria are the main source of ROS in the spinal dorsal horn. To investigate whether mitochondrial ROS can induce changes in membrane excitability on spinal substantia gelatonosa (SG) neurons, we examined the effects of mitochondrial electron transport complex (ETC) substrates and inhibitors on the membrane potential of SG neurons in spinal slices. Application of ETC inhibitors, rotenone or antimycin A, resulted in a slowly developing and slight membrane depolarization in SG neurons. Also, application of both malate, a complex I substrate, and succinate, a complex II substrate, caused reversible membrane depolarization and enhanced firing activity. Changes in membrane potential after malate exposure were more prominent than succinate exposure. When slices were pretreated with ROS scavengers such as phenyl-N-tert-buthylnitrone (PBN), catalase and 4- hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPOL), malate-induced depolarization was significantly decreased. Intracellular calcium above $100{\mu}M$ increased malateinduced depolarization, witch was suppressed by cyclosporin A, a mitochondrial permeability transition (MPT) inhibitor. These results suggest that enhanced production of spinal mitochondrial ROS can induce nociception through central sensitization.
Recent studies have implicated reactive oxygen species (ROS) as determinants of the pathological pain caused by the activation of peripheral neurons. It has not been elucidated, however, how ROS activate the primary sensory neurons in the pain pathway. In this study, calcium imaging was performed to investigate the effects of NaOCl, a ROS donor, on the intracellular calcium concentration ($[Ca^{2+}]i$) in acutely dissociated dorsal root ganglion (DRG) neurons. DRG was sequentially treated with 0.2 mg/ml of both protease and thermolysin, and single neurons were then obtained by mechanical dissociation. The administration of NaOCl then caused a reversible increase in the $[Ca^{2+}]i$, which was inhibited by pretreatment with phenyl-N-tertbuthylnitrone (PBN) and isoascorbate, both ROS scavengers. The NaOCl-induced $[Ca^{2+}]i$ increase was suppressed both in a calcium free solution and after depletion of the intracellular $Ca^{2+}$ pool by thapsigargin. Additionally, this increase was predominantly blocked by pretreatment with the transient receptor potential (TRP) antagonists, ruthenium red ($50\;{\mu}M$) and capsazepine ($10\;{\mu}M$). Collectively, these results suggest that an increase in the intracellular calcium concentration is produced from both extracellular fluid and the intracellular calcium store, and that TRP might be involved in the sensation of pain induced by ROS.
Tributyltin (TBT) used world-wide in antifouling paints toy ships is a wide-spread environmental pollutant. At low doses, antiproliferative modes of action have been shown to be involved, whereas at higher doses apoptosis seems to be the mechanism of toxicity in reproductive organs by TBT. In this study, we investigated that the mechanisms underlying apoptosis induced by TBT in R2C cell. Effects of TBT on intracellular $Ca^{2+}$ level and reactive oxygen species (ROS) were investigated in R2C cells by fluorescence detector. TBT significantly induced intracellular $Ca^{2+}$ level in a time-dependent manner. The rise in intracellular $Ca^{2+}$ level was followed by a time-dependent generation of reactive oxygen species (ROS) at the cytosol level. Simultaneously, TBT induced the release of cytochrome c from the mitochondrial membrane into the cytosol. Furthermore, ROS production and the release of cytochrome c were reduced by BAPTA, an intracellular $Ca^{2+}$ chelator, indicating the important role of $Ca^{2+}$ in R2C during these early intracellular events. In addition, Z-DEVD FMB, a caspase -3 inhibitor, decreased apoptosis by TBT. Taken together, the present results indicated that the apoptotic pathway by TBT might start with an increase in intracellular $Ca^{2+}$ level, continues with release of ROS and cytochrome c from mitochondria, activation of caspases, and finally results in DNA fragmentation.
In our previous study, the 25-mer antimicrobial peptide pleurocidin (Ple) had been thought to induce apoptosis in Candida albicans. This study demonstrated that reactive oxygen species (ROS) production was a major cause of Ple-induced apoptosis. Four truncated analogs were synthesized to understand the functional roles in the N- and C-terminal regions of Ple on the apoptosis. Ple, Ple (4-25), Ple (1-22), and Ple (1-19) produced ROS, including hydroxyl radicals, on the order of [Ple > Ple (1-22) > Ple (4-25) > Ple (1-19)], whereas Ple (7-25) did not induce any ROS production. The results suggested that the N-terminal deletion affected the ROS-inducing activities much more than that of the C-terminal deletion, and net hydrophobicity [Ple > Ple (1-22) > Ple (4-25) > Ple (1-19) > Ple (7-25)] was related to ROS generation rather than other primary factors like net charge. Hence, we focused on the N-terminal-truncated peptides, Ple (4-25) and Ple (7-25), and examined other apoptotic features, including mitochondrial membrane depolarization, caspase activation, phosphatidylserine externalization, and DNA and nuclear fragmentation. The results also confirmed the disappearance of apoptotic activity of Ple (7-25) by the truncation of the N-terminal region (1-6) and the specific activity patterns between Ple and analogs. In conclusion, the N-terminal region of Ple played an important role in apoptosis.
Nam, Jeong Bin;Park, Hyung Bin;Jung, Ji Young;Yang, Jae-Kyung
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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v.42
no.5
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pp.523-532
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2014
This study was done to evaluate the antioxidant effect of oak hot water extracts on the oxidative stress induced by reactive oxygen species (ROS). The cytotoxicity of $H_2O_2$-induced oxidative stress was performed by 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) assay for the cell viability according to the dose-dependent treatment. Oak extracts demonstrated a dose-dependent ability to inhibit $H_2O_2$-induced apoptosis in cultured tenofibroblasts, as assessed by MTT assay and FACS analysis. $H_2O_2$ increased the phosphorylation of extracellular regulated kinase1/2 (ERK1/2) and of c-Jun N-terminal kinase (JNK) and the production of reactive oxygen species (ROS). In contrast, treatment with oak extracts was decreased this activation of ERK1/2 and JNK, as confirmed by western blot analysis, and reduced the production of ROS, as verified by fluorescent microscopic and flow cytometry (FACS) analyses. These findings suggest that oak extracts, by suppressing JNK, ERK1/2, and intracellular ROS production, have a concentration-dependent antiapoptotic effect on achilles tenofibroblasts exposed to an oxidative stressor, and may have therapeutic potential.
Objectives: Little information is available regarding the effect of Lycii cortex radicis (LCR) on cell viability in glioma cells. This study was therefore undertaken to examine the effect of LCR on cell survival in U87MG human glioma cells. Methods: Cell viability and cell death were estimated by MTT assay and trypan blue exclusion assay, respectively. Reactive oxygen species (ROS) generation was measured using the fluorescence probe DCFH-DA. Activation of Akt and extracellular signal-regulated kinase (ERK) and activation of caspase-3 were estimated by Western blot analysis. Results: LCR resulted in apoptotic cell death in a dose- and time-dependent manner. LCR increased reactive oxygen species (ROS) generation and LCR-induced cell death was also prevented by antioxidants, suggesting that ROS generation played a critical role in LCR-induced cell death. Western blot analysis showed that LCR treatment caused down-regulation of Akt and ERK. The LCR-induced cell death was increased by the inhibitors of Akt and ERK. Activation of caspase-3 was stimulated by LCR and caspase inhibitors prevented the LCR-induced cell death. Conclusion: These findings suggest that LCR results in human glioma cell death through a mechanism involving ROS generation, down-regulation of Akt and ERK, and caspase activation.
Resistance to induction of apoptosis is a major obstacle for bladder cancer treatment. Bcl-2 is thought to be involved in anti-apoptotic signaling. In this study, we investigated the effect of Bcl-2 overexpression on apoptotic resistance and intracellular reactive oxygen species (ROS) generation in bladder cancer cells. A stable Bcl-2 overexpression cell line, BIU87-Bcl-2, was constructed from human bladder cancer cell line BIU87 by transfecting recombinant Bcl-2 [pcDNA3.1(+)-Bcl-2]. The sensitivity of transfected cells to adriamycin (ADR) was assessed by MTT assay. Apoptosis was examined by flow cytometry and acridine orange fluorescence staining. Intracellular ROS was determined using flow cytometry, and the activities of superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) were also investigated by the xanthinoxidase and visible radiation methods using SOD and CAT detection kits. The susceptibility of BIU87-Bcl-2 cells to ADR treatment was significantly decreased as compared with control BIU87 cells. Enhanced expression of Bcl-2 inhibited intracellular ROS generation following ADR treatment. Moreover, the suppression of SOD and CAT activity induced by ADR treatment was blocked in the BIU87-Bcl-2 case but not in their parental cells. The overexpression of Bcl-2 renders human bladder cancer cells resistant to ADR-induced apoptosis and ROS might act as an important secondary messenger in this process.
The ascomycete fungus Mycosphaerella graminicola (synonym Zymoseptoria tritici) is an important pathogen of wheat causing economically significant losses. The primary nutritional mode of this fungus is thought to be hemibiotrophic. This pathogenic lifestyle is associated with an early biotrophic stage of nutrient uptake followed by a necrotrophic stage aided possibly by production of a toxin or reactive oxygen species (ROS). In many other fungi, the genes CREA and AREA are important during the biotrophic stage of infection, while the NOXa gene product is important during necrotrophic growth. To test the hypothesis that these genes are important for pathogenicity of M. graminicola, we employed an over-expression strategy for the selected target genes CREA, AREA, and NOXa, which might function as regulators of nutrient acquisition or ROS generation. Increased expressions of CREA, AREA, and NOXa in M. graminicola were confirmed via quantitative real-time PCR and strains were subsequently assayed for pathogenicity. Among them, the NOXa over-expression strain, NO2, resulted in significantly increased virulence. Moreover, instead of the usual filamentous growth, we observed a predominance of yeast-like growth of NO2 which was correlated with ROS production. Our data indicate that ROS generation via NOXa is important to pathogenicity as well as development in M. graminicola.
Silver nanoparticles (AgNPs) are widely used nanoparticles and they are mainly used in antibacterial and personal care products. In this study, we evaluated the effect of AgNPs on cell death induction in the murine dendritic cell line DC2.4. DC2.4 cells exposed to AgNPs showed a marked decrease in cell viability and an induction of lactate dehydrogenase (LDH) leakage in a time- and dose-dependent manner. In addition, AgNPs promoted reactive oxygen species (ROS)-dependent apoptosis and AgNP-induced ROS triggered a decrease in mitochondrial membrane potential. The activation of the intracellular signal transduction pathway was also observed in cells cultured with AgNPs. Taken together, our data demonstrate that AgNPs are able to induce a cytotoxic effect in DCs through ROS generation. This study provides important information about the safety of AgNPs that may help in guiding the development of nanotechnology applications.
The protein kinase $CK2{\alpha}$ (formerly Casein Kinase II) is implicated in tumorigenesis and transformation. However, the mechanisms of $CK2{\alpha}$ activation in breast cancer have yet to be elucidated. This study investigated the mechanisms of $CK2{\alpha}$ activation in estrogen signaling. Estrogen increased reactive oxygen species (ROS) production, $CK2{\alpha}$ activity, and protein expression in estrogen receptor positive ($ER^+$) MCF-7 human breast cancer cells, which were inhibited by the antioxidant N-acetyl-L-cysteine. $H_2O_2$ enhanced $CK2{\alpha}$ activity and protein expression. Human epidermal growth factor (EGF) increased ROS production, $CK2{\alpha}$ activity and protein expression in EGF receptor 2 (HER2)-overexpressing MCF-7 (MCF-7 HER2) cells, but not in MCF-7 cells. Estrogen induced the phosphorylation of p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK). The p38 inhibitor, SB202190, blocked estrogen-induced increases in ROS production, $CK2{\alpha}$ activity and $CK2{\alpha}$ protein expression. The data suggest that ROS/p38 MAPK is the key inducer of $CK2{\alpha}$ activation in response to estrogen or EGF.
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