Reactive oxygen species (ROS) are continuously produced at a high rate as a by-product obtained in the aerobic metabolism. A major portion of living organisms has defense system as superoxide dismutase or catalase against damage produced by ROS. Several lines of evidence provided that ROS appears to cause to develop aging and various diseases. Spatholobus suberectus Dunn has been known as a Korean folk medicine for promoting blood circulation and relieving blood stasis as anemia. In this study, we have investigated the antioxidant activities of Spatholobus suberectus Dunn in order to find the antioxidant substances from natural products. For various antioxidant experiment, the major antioxidant component was isolated from EtOAc extract of Spatholobus suberectus Dunn. This compound was identified as (-)-epicatechin by chemical and physical analysis.
Most reactive oxygen species (ROS) are free radicals and implicated in the development of a number of disease processes including artherosclerosis, neurodegenerative disorders, aging and cancer. ROS are byproducts of a number of in vivo metabolic processes and are formed deliberately as part of nor-mal inflammatory response. On the other hand, ROS are generated either as by products of oxygen reduction during xenobiotic metabolism or are liberated as the result of the futile redox cycling of the chemical agents including several chemical carcinogens. A better understanding of the mechanisms of free radical toxicity may yield valuable clue to risks associated with chemical exposures that leading to the development of chronic diseases including cancer. The molecular biology of ROS-mediated alterations in gene expression, signal transduction and carcinognesis is one of the important subjects in free radical toxicology. Epidemiological studies suggest that high intake of vegetables and fruits are associated with the low incidence of human cancer. Many phytopolyphenols such as tea polyphenols, curcumin, resveratrol, apigenin, genistein and other flavonoids have been shown to be cancer chemopreventive agents. Most of these compounds are strong antioxidant and ROS scavengers in vitro and effective inducers of antioxidant enzymes such as superoxide dismutatse, catalase and glutathione peroxidase in vivo. Several cellular transducers namely receptor tyrosine kinase, protein kinase C, MAPK, PI3K, c-jun, c-fos, c-myc, NFkB, IkB kinase, iNOS, COX-2, Bcl-2, Bax, etc have been shown to be actively modulated by phyto-polyphenols. Recent development in free radical toxicology have provided strong basis for understanding the action mechanisms of cancer chemoprevention.
This study was designed to investigate the effects of reactive oxygen species (ROS) on DNA stability in human spermatozoa. To verify human spermatozoa were incubated with xanthine-xanthine oxidase (X 100$\mu$M-XO 50 mlU ~ 400 mIU), $H_2O_2$ (125 $\mu$M ~ 1 mM), sodium nitroprusside (SNP 0.1 $\mu$M ~ 100 $\mu$M) or lymphocyte. Otherwise, spermatozoa were incubated under low $O_2$ (5%) condition. Damage of sperm DNA was analyzed by single cell electrophoresis (Comet assay) and flow cytometry after acridine orange staining. In the presence of ROS, there was increase in DNA damage. The rate of DNA single strand breakage (9.0$\pm$1.0% ~ 46.0$\pm$4.6%) and DNA fragmentation (7.51$\pm$1.0% ~ 29.5$\pm$4.6%) were similar regardless of the kinds of ROS and exposure time. DNA damage in the lower $O_2$ condition (5%) was lower than ambient $O_2$ condition (20%). Taken together, it suggested that sperm DNA might be damaged by ROS. In the presence of ROS, increase in DNA damage and chromatin instability was obvious in spite of short exposure. Although present study reconfirmed that sperm incubation in the low concentration of ROS have the benefit m the induction of capacitation and Ah, the increase in DNA damage by ROS and possible genetic problem should be considered before the human trials.
Ferroptosis is a new kind of programmed cell death of which occurrence in microorganisms is not clearly verified. The elevated level of reactive oxygen species (ROS) influences cellular metabolisms through highly reactive hydroxyl radical formation under the iron-dependent Fenton reaction. Iron contributes to ROS production and acts as a cofactor for lipoxygenase to catalyze poly unsaturated fatty acid (PUFA) oxidation, exerting oxidative damage in cells. While ferroptosis is known to take place only in mammalian cells, recent studies discovered the possible ferroptosis-like death in few specific microorganisms. Capacity of integrating PUFA into intracellular membrane phospholipid has been considered as a key factor in bacterial or fungal ferroptosis-like death. Vibrio species in bacteria and Saccharomyces cerevisiae in fungi exhibited certain characteristics. Therefore, this review focus on introducing the occurrence of ferroptosis-like death in microorganisms and investigating the mode of action underlying the cells based on contribution of lipid peroxidation and iron-dependent reaction.
Kim, Byung-Gak;Kim, Ki-Jung;Lee, Yong-An;Kim, Bang-Jin;Kim, Yong-Hee;Ryu, Buom-Yong
Reproductive and Developmental Biology
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v.33
no.1
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pp.49-54
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2009
The current study was designed to evaluate the effects of the reactive oxygen species (ROS) generated with a xanthine (X) and xanthine oxidase system (XO) on sperm function and DNA fragmentation in porcine spermatozoa. ROS were produced by a combination of $1,000{\mu}M$ X and 50 mU/ml XO. The ROS scavengers such as superoxide dismutase (SOD) (200 U/ml) and catalase (CAT) (500 U/ml) were also tested. Spermatozoa were incubated for 2 hours in BWW medium with a combination of X-XO supplemented with or without antioxidants at $37^{\circ}C$ under 5% $CO_2$ incubator. Ca-ionophore-induced acrosome reaction, the proportion of swollen spermatozoa under hypo-osmotic condition, malondialdehyde formation for the analysis of lipid peroxidation, and the proportion of DNA fragmentation were determined after 2 hours incubation. The action of ROS on porcine spermatozoa resulted in decreased Ca-ionophore-induced acrosome reaction and membrane integrity, increased the formation of malondialdehyde, and the proportion of sperm with DNA fragmentation(p<0.05). The toxic effects caused by ROS were completely alleviated by CAT in terms of sperm function and characteristics, however SOD did not serve the same scavenger effect as CAT. To conclude, the ROS can cause significant damage to porcine sperm functions and characteristics, which can be minimized by the use of antioxidants.
Mitochondrial DNA (mtDNA) deletion is a well-known marker for oxidative stress and aging, and contributes to harmful effects in cultured cells and animal tissues. mtDNA biogenesis genes (NRF-1, TFAM) are essential for the maintenance of mtDNA, as well as the transcription and replication of mitochondrial genomes. Considering that oxidative stress is known to affect mitochondrial biogenesis, we hypothesized that ionizing radiation (IR)-induced reactive oxygen species (ROS) causes mtDNA deletion by modulating the mitochondrial biogenesis, thereby leading to cellular senescence. Therefore, we examined the effects of IR on ROS levels, cellular senescence, mitochondrial biogenesis, and mtDNA deletion in IMR-90 human lung fibroblast cells. Young IMR-90 cells at population doubling (PD) 39 were irradiated at 4 or 8 Gy. Old cells at PD55, and H2O2-treated young cells at PD 39, were compared as a positive control. The IR increased the intracellular ROS level, senescence-associated ${\beta}$-galactosidase (SA-${\beta}$-gal) activity, and mtDNA common deletion (4977 bp), and it decreased the mRNA expression of NRF-1 and TFAM in IMR-90 cells. Similar results were also observed in old cells (PD 55) and $H_2O_2$-treated young cells. To confirm that a increase in ROS level is essential for mtDNA deletion and changes of mitochondrial biogenesis in irradiated cells, the effects of N-acetylcysteine (NAC) were examined. In irradiated and $H_2O_2$-treated cells, 5 mM NAC significantly attenuated the increases of ROS, mtDNA deletion, and SA-${\beta}$-gal activity, and recovered from decreased expressions of NRF-1 and TFAM mRNA. These results suggest that ROS is a key cause of IR-induced mtDNA deletion, and the suppression of the mitochondrial biogenesis gene may mediate this process.
Yi, Sun-Ju;Kim, Kyung Hwan;Choi, Hyun Jung;Yoo, Je Ok;Jung, Hyo-Il;Han, Jeong-A;Kim, Young-Myeong;Suh, In Bum;Ha, Kwon-Soo
Molecules and Cells
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v.21
no.1
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pp.121-128
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2006
Maitotoxin (MTX) is known as one of the most potent marine toxins involved in Ciguatera poisoning, but intracellular signaling pathways caused by MTX was not fully understood. Thus, we have investigated whether intracellular reactive oxygen species (ROS) are involved in MTX-induced cellular responses in human umbilical vein endothelial cells. MTX induced a dose-dependent increase of intracellular [$Ca^{2+}$]. MTX stimulated the production of intracellular ROS in a dose- and time-dependent manner, which was suppressed by BAPTA-AM, an intracellular $Ca^{2+}$ chelator. Ionomycin also elevated the ROS production in a dose-dependent manner. MTX elevated transamidation activity in a time-dependent manner and the activation was largely inhibited by transfection of tissue transglutaminase siRNA. The activation of tissue transglutaminase and ERK1/2 by MTX was suppressed by BAPTA-AM or ROS scavengers. In addition, MTX-induced cell death was significantly delayed by BAPTA-AM or a ROS scavenger. These results suggest that [$Ca^{2+}$]-dependent generation of intracellular ROS, at least in part, play an important role in MTX-stimulated cellular responses, such as activation of tTGase, ERK phosphorylation, and induction of cell death, in human umbilical vein endothelial cells.
Oxidative stress is implicated in a number of diseases, in ageing of organisms, and in damage to plants that have been exposed to freezing and thawing or water stress. From the perspective of yeast as a model eukaryotic system, this article reviews the systems that are involved in the cellular responses to exposure to reactive oxygen species (ROS) generated during aerobic growth of the organism. The discussion includes the defense systems involved, the ability of cells to adapt to ROS treatment, cell-division cycle delay and the systems regulating gene expression that are activated by oxidative stress.
Nourazarian, Ali Reza;Kangari, Parisa;Salmaninejad, Arash
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.15
no.12
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pp.4745-4751
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2014
Oxidative stress is caused by an imbalance in the redox status of the body. In such a state, increase of free radicals in the body can lead to tissue damage. One of the most important species of free radicals is reactive oxygen species (ROS) produced by various metabolic pathways, including aerobic metabolism in the mitochondrial respiratory chain. It plays a critical role in the initiation and progression of various types of cancers. ROS affects different signaling pathways, including growth factors and mitogenic pathways, and controls many cellular processes, including cell proliferation, and thus stimulates the uncontrolled growth of cells which encourages the development of tumors and begins the process of carcinogenesis. Increased oxidative stress caused by reactive species can reduce the body's antioxidant defense against angiogenesis and metastasis in cancer cells. These processes are main factors in the development of cancer. Bimolecular reactions cause free radicals in which create such compounds as malondialdehyde (MDA) and hydroxyguanosine. These substances can be used as indicators of cancer. In this review, free radicals as oxidizing agents, antioxidants as the immune system, and the role of oxidative stress in cancer, particularly breast cancer, have been investigated in the hope that better identification of the factors involved in the occurrence and spread of cancer will improve the identification of treatment goals.
Proceedings of the Korean Society of Toxicology Conference
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2002.11b
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pp.137-137
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2002
Capsaicin has been reported to induce apoptosis in various cancer cells. However, its effect on bladder cancer cells has not been studied. In this study, we investigated whether capsaicin induces apoptosis in murine orthotopic bladder cancer MBT-2 cells and reactive oxydative species(ROS) are involved in capsaicin-induced apoptotic process.(omitted)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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