In plants, the oxygen generated by photosynthesis can be excited to form reactive oxygen species (ROS) under excessive sunlight. Excess ROS including singlet oxygen ($^1O_2$) inhibit the growth, development and photosynthesis of plants. To isolate ROS-resistant crop plants, we used paraquat (PQ), a generator of $O_2{^-}$ as a source of screening and mutagen, and obtained two PQ-resistant lines in Pisum sativum, namely R3-1 and R3-2. Both lines showed greater resistance to PQ than their wild type (WT) siblings with respect to germination, root growth, and shoot growth. Biochemical analysis showed differences in these lines, in which ROS-scavenging enzymes undergo changes with a distinguishable increase in Mn-SOD. We further observed that the cytosolic catalases (CATs) in leaves in both lines were shifted in a native-PAGE analysis compared with that of the WT, indicating that the release of bound $^1O_2$ was enhanced. Phenotypic analysis revealed distinguishable differences in leaf development, and in flowering time and position. In addition, R3-1 and R3-2 showed shorter individual inter-node lengths, dwarf plant height, and stronger branching compared with the WT. These results suggested that PQ-induced ROS-resistant Pisum have the potential pleiotropic effects on flowering time and stem branching, and that ROS including $^1O_2$ plays not only important roles in plant growth and development as a signal transducer, but also appears as a strong inhibitor for crop yield.
Kok-Tong Tan;Yu-Hung Shih;Jiny Yin Gong;Xiang Zhang;Chiung-Yao Huang;Jui-Hsin Su;Jyh-Horng Sheu;Chi-Chen Lin
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제27권4호
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pp.383-398
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2023
Dihydroaustrasulfone alcohol (DA), the synthetic precursor of a natural compound (austrasulfone) isolated from the coral species Cladiella australis, has shown cytotoxic effects against cancer cells. However, it is unknown whether DA has antitumor effects on nasopharyngeal carcinoma (NPC). In this study, we determined the antitumor effects of DA and investigated its mechanism of action on human NPC cells. The MTT assay was used to determine the cytotoxic effect of DA. Subsequently, apoptosis and reactive oxygen species (ROS) analyses were performed by using flow cytometry. Apoptotic and PI3K/AKT pathway-related protein expression was determined using Western blotting. We found that DA significantly reduced the viability of NPC-39 cells and determined that apoptosis was involved in DA-induced cell death. The activity of caspase-9, caspase-8, caspase-3, and PARP induced by DA suggested caspase-mediated apoptosis in DA-treated NPC-39 cells. Apoptosis-associated proteins (DR4, DR5, FAS) in extrinsic pathways were also elevated by DA. The enhanced expression of proapoptotic Bax and decreased expression of antiapoptotic BCL-2 suggested that DA mediated mitochondrial apoptosis. DA reduced the expression of pPI3K and p-AKT in NPC-39 cells. DA also reduced apoptosis after introducing an active AKT cDNA, indicating that DA could block the PI3K/AKT pathway from being activated. DA increased intracellular ROS, but N-acetylcysteine (NAC), a ROS scavenger, reduced DA-induced cytotoxicity. NAC also reversed the chances in pPI3K/AKT expression and reduced DA-induced apoptosis. These findings suggest that ROS-mediates DA-induced apoptosis and PI3K/AKT signaling inactivation in human NPC cells.
Antioxidants are compounds that protect cells against the damaging effects of reactive oxygen species (ROS). Some ROS, such as superoxide and hydrogen peroxide, are normally produced in cells as by-products of biochemical reactions or as signaling molecules. When ROS-generating reactions are activated excessively, pathological quantities of ROS are released to create an imbalance between antioxidants and ROS, called as oxidative stress. Oxidative stress, which may result in cellular damage, has been linked to cardiovascular disease, diabetes, cancer, and other degenerative conditions. In humans the first line of antioxidant defence are the antioxidant enzymes, especially SOD, glutathione peroxidase (GPX), and to a lesser extent catalase, as well as the tripeptide glutathione(GSH). These enzymes will help destroy ROS(reactive oxygen species) such as hydroxyl radical, $H_2O_2$ and lipid peroxides, while GSH protects against oxidized protein. Many herbal medicines possess antioxidant properties. Herbal antioxidants may protect against these diseases by contributing to the total antioxidant defense system of the human body. Here, many herbal medicines including Ginseng, Licorice, Ligusticum Chuanxiong, Ginkgo biloba and many others was reviewed in terms of anti-oxidant efficiency related to their components.
Many studies have focused on the anticarcinogenic, antimutagenic or chemopreventive activi-ties of capsaicin (trans-8-methyl-N-vanillyl-6-nonenamide) which is a major pungent ingredient in red pepper. We have previously shown that capsaicin selectively induces apoptosis in H-ras-transformed MCF10A human breast epithelial cells but not in their normal cell counter-parts (Int. J. Cancer, 103, 475-482,2003). In this study, we investigated the possible roles of reactive oxygen species (ROS) and Rac1 in capsaicin-induced apoptosis of H-ras MCF10A cells. Selective induction of ROS generation by capsaicin treatment was observed only in H-ras MCF10A cells. Pretreatment of H-ras MCF10A cells with an antioxidant N-acetylcysteine(NAC) significantly reversed capsaicin-induced growth inhibition, suggesting that ROS may mediate the apoptosis of H-ras-transformed cells induced by capsaicin. Rac1 was prominently activated by H-ras in MCF10A cells. Based on the studies using a wild type Rac1 and a domi-nant negative Rac1 constructs, we propose that Rac1 activity is critical for inhibitory effect of capsaicin on growth of H-ras-transformed MCF10A cells possibly through ROS generation.
Interplay between calcium ions ($Ca^{2+}$) and reactive oxygen species (ROS) delicately controls diverse pathophysiological functions of vascular smooth muscle cells (VSMCs). However, details of the $Ca^{2+}$ and ROS signaling network have been hindered by the absence of a method for dual measurement of $Ca^{2+}$ and ROS. Here, a real-time monitoring system for $Ca^{2+}$ and ROS was established using a genetically encoded hydrogen peroxide indicator, HyPer, and a ratiometric $Ca^{2+}$ indicator, fura-2. For the simultaneous detection of fura-2 and HyPer signals, 540 nm emission filter and 500 nm~ dichroic beamsplitter were combined with conventional exciters. The wide excitation spectrum of HyPer resulted in marginal cross-contamination with fura-2 signal. However, physiological $Ca^{2+}$ transient and hydrogen peroxide were practically measurable in HyPer-expressing, fura-2-loaded VSMCs. Indeed, distinct $Ca^{2+}$ and ROS signals could be successfully detected in serotonin-stimulated VSMCs. The system established in this study is applicable to studies of crosstalk between $Ca^{2+}$ and ROS.
Among the toxicants in the environment dioxin-like compounds, including TCDD(2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-Dioxin), are well known as carcinogen and teratogen. TCDD the most toxic of these compounds, may result in a wide variety of adverse health effects in humans and environment, including carconogenesis, hepatotoxicity, teratogenesis, and immunotoxicity. Also TCDD increases superoxide, peroxide radicals and induces oxidative stress that leads to breakage of DNA single-strand and mitochondrial dysfunction. Recently, there have been reports that persistent organic pollutants(POPs) may be causing metabolic disease through mitochondrial toxicity. In order to examine if dioxin brings about toxicity on mitochondria directly, we measured the change of the mitochondrial membrane potential after exposure to TCDD using JC-1 dye. After short time exposure of dioxin, mitochondrial depolarization was observed but it recovered to the control level immediately. This TCDD effect on mitochondrial membrane potential was not correlated either to the production of reactive oxygen species(ROS) or extracellular $Ca^{2+}$ by TCDD. Less than 2 hours exposure of TCDD did not show any change in ROS production but 0.25 nM TCDD for 48 hours or 0.5 nM TCDD for 12 hours exposure did increase in ROS production. Under these conditions of ROS production by TCDD, no changes in the mitochondrial membrane potential by TCDD was observed.
Reactive oxygen species play a role in signal transduction and in many human diseases. B-cell activating factor (BAFF) plays a role for mature B cell generation and maintenance and for the incidence of autoimmune diseases. We previously reported that BAFF expression was induced by ROS. In this study, we investigated whether ROS-induced BAFF expression was affected by toll-like receptor (TLR) 4 or myeloid differentiation primary response gene (MyD) 88. BAFF expression was increased by serum deprivation that is an experimental modification to produce ROS. In contrast, TLR4 and MyD88 were decreased by serum deprivation. Although ROS production was decreased in TLR4-nonfunctional or MyD88-deficient splenocytes as compared to that in control mice, serum deprivation increased ROS production and augmented BAFF expression in both cells. $50{\mu}M\;H_2O_2$ also increased BAFF expression in TLR4-deficient or MyD88-deficient splenocytes. Collectively, results show that BAFF expression may be mediated by TLR4 or MyD88-independent manner and TLR4 or MyD88 may not be required in BAFF expression.
Acrolein is the most reactive aldehydic product of lipid peroxidation and is found to be elevated in the brain when oxidative stress is high. The effects of acrolein on the structure and function of human Cu,Zn-superoxide dismutase (SOD) were examined. When Cu,Zn-SOD was incubated with acrolein, the covalent crosslinking of the protein was increased, and the loss of enzymatic activity was increased in a dose-dependent manner. Reactive oxygen species (ROS) scavengers and copper chelators inhibited the acrolein-mediated Cu,Zn-SOD modification and the formation of carbonyl compound. The present study shows that ROS may play a critical role in acrolein-induced Cu,Zn-SOD modification and inactivation. When Cu,Zn-SOD that has been exposed to acrolein was subsequently analyzed by amino acid analysis, serine, histidine, arginine, threonine and lysine residues were particularly sensitive. It is suggested that the modification and inactivation of Cu,Zn-SOD by acrolein could be produced by more oxidative cell environments.
Photodynamic therapy (PDT) is a treatment utilizing the generation of singlet oxygen and other reactive oxygen species (ROS), which selectively accumulate in target cells. Peroxiredoxin (prx) plays an important role in eliminating peroxides generated during metabolism. Prx exert protective antioxidant role in cells though peroxidase activity. The aim of present work is to investigate the cytotoxicity of photofrin-mediated PDT in prx IV-transfectant AMC-HN3 cell lines. We confirmed that PDT has an effect on ROS generation in prx IV-induced cell lines. Treatment of PDT in prx IV-HN3 cell lines inhibits cytotoxic effects. Prx IV-induced HN3 cell lines resists in cell death during PDT. Also, prx IV-HN3 cell lines treated PDT inhibited ROS generation in contrast with vector control. We indicated that prx IV-induced AMC-HN3 cell lines have a function as inhibitors during PDT.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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