Sestrin 2 (SESN2) is a member of the sestrin family of stress-induced proteins that negatively regulate aging-associated biological processes. This study aims to investigate the role of SESN2 in regulating the differentiation potential and senescence of mesenchymal stem cells (MSCs) derived from young and elderly donors. Bulk RNA sequencing revealed a common decline in the SESN2 mRNA levels in MSCs from elderly individuals, which was confirmed via reverse transcription-polymerase chain reaction and western blot analyses. SESN2 knockdown in MSCs from young donors resulted in phenotypic changes similar to those in MSCs from elderly donors, including an enhanced expression of senescence and adipogenic markers and diminished expression of osteogenic markers. To confirm the effect of decreased SESN2 expression on osteogenic and adipogenic differentiation, we induced Sesn2 knockdown in mouse bone marrow-derived MSCs. Sesn2 knockdown suppressed the mRNA expression of osteogenic marker genes, alkaline phosphatase activity, and matrix mineralization. Furthermore, Sesn2 knockdown enhanced mRNA expression of the adipogenic marker genes and intracellular lipid accumulation. These results suggest that a decline in SESN2 expression during aging contributes to the shift of MSC differentiation from osteogenic to adipogenic lineage.
Park, Hyo-Jin;Kim, In-Su;Kim, Jin-Woo;Yang, Seul-Gi;Kim, Min-Ji;Koo, Deog-Bon
한국동물생명공학회지
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제34권3호
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pp.212-221
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2019
Sestrin-2 (SESN2) as a stress-metabolic protein is known for its anti-oxidative effects as a downstream factor of PERK pathways in mammalian cells. However, the expression patterns of SESN2 in conjunction with the UPR signaling against to ER stress on porcine oocyte maturation in vitro, have not been reported. Therefore, we confirmed the expression pattern of SESN2 protein, for which to examine the relationship between PERK signaling and SESN2 in porcine oocyte during IVM. We investigated the SESN2 expression patterns using Western blot analysis in denuded oocytes (DOs), cumulus cells (CCs), and cumulus-oocyte complexes (COCs) at 22 and 44 h of IVM. As expected, the SESN2 protein level significantly increased (p < 0.01) in porcine COCs during 44 h of IVM. We investigated the meiotic maturation after applying ER stress inhibitor in various concentration (50, 100 and 200 μM) of tauroursodeoxycholic acid (TUDCA). We confirmed significant increase (p < 0.05) of meiotic maturation rate in TUDCA 200 μM treated COCs for 44 h of IVM. Finally, we confirmed the protein level of SESN2 and meiotic maturation via regulating ER-stress by only tunicamycin (Tm), only TUDCA, and Tm + TUDCA treatment in porcine COCs. As a result, treatment of the TUDCA following Tm pre-treatment reduced SESN2 protein level in porcine COCs. In addition, SESN2 protein level significantly reduced in only TUDCA treated porcine COCs. Our results suggest that the SESN2 expression is related to the stress mediator response to ER stress through the PERK signaling pathways in porcine oocyte maturation.
Park, Jeongmin;Joe, Yeonsoo;Ryter, Stefan W.;Surh, Young-Joon;Chung, Hun Taeg
Molecules and Cells
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제42권4호
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pp.292-300
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2019
Immunometabolism, defined as the interaction of metabolic pathways with the immune system, influences the pathogenesis of metabolic diseases. Metformin and carbon monoxide (CO) are two pharmacological agents known to ameliorate metabolic disorders. There are notable similarities and differences in the reported effects of metformin and CO on immunometabolism. Metformin, an anti-diabetes drug, has positive effects on metabolism and can exert anti-inflammatory and anti-cancer effects via adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK)-dependent and AMPK-independent mechanisms. CO, an endogenous product of heme oxygenase-1 (HO-1), can exert anti-inflammatory and antioxidant effects at low concentration. CO can confer cytoprotection in metabolic disorders and cancer via selective activation of the protein kinase R-like endoplasmic reticulum (ER) kinase (PERK) pathway. Both metformin and CO can induce mitochondrial stress to produce a mild elevation of mitochondrial ROS (mtROS) by distinct mechanisms. Metformin inhibits complex I of the mitochondrial electron transport chain (ETC), while CO inhibits ETC complex IV. Both metformin and CO can differentially induce several protein factors, including fibroblast growth factor 21 (FGF21) and sestrin2 (SESN2), which maintain metabolic homeostasis; nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2), a master regulator of the antioxidant response; and REDD1, which exhibits an anticancer effect. However, metformin and CO regulate these effects via different pathways. Metformin stimulates p53- and AMPK-dependent pathways whereas CO can selectively trigger the PERK-dependent signaling pathway. Although further studies are needed to identify the mechanistic differences between metformin and CO, pharmacological application of these agents may represent useful strategies to ameliorate metabolic diseases associated with altered immunometabolism.
Objectives : Oxidative stress is one of the most causes of hepatocyte injury. Gleditsia spina, the thorns ofGleditsia sinensisLam., has been known for its anti-cancer and anti-inflammatory effects in Korean medicine. The present study investigated hepatoprotective effect of Gleditsia spina water extract (GSE) against oxidative stress induced by arachidonic acid (AA) + iron in HepG2 cells.Methods : To investigate cytoprotective effect of GSE, cells were pretreated with GSE and then subsequently exposed to 10 μM AA for 12 h, followed by 5 μM iron. Cell viability was monitored by MTT assay, and expression of apoptosis-related proteins was examined by immunoblot analysis. To identify responsible molecular mechanisms, reactive oxygen species (ROS) production, GSH contents, and mitochondrial membrane potential were measured. In addition, effect of GSE on nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) activation was determined by immunoblot and antioxidant response element (ARE)-driven reporter gene assays.Results : GSE pretreatment prevented AA + iron-mediated cytotoxicity in concentration dependent manner. In addition, ROS production, glutathione depletion, and mitochondrial impairment by AA + iron were significantly inhibited by GSE. Furthermore, GSE promoted translocation of Nrf2 to nucleus, which acts as essential transcription factor for induction of antioxidant genes. Increased nuclear Nrf2 that caused by GSE treatment promoted transcriptional activity of ARE. Finally, GSE up-regulated sestrin-2 which was widely recognized as target gene of Nrf2.Conclusions : This study demonstrates that GSE protects hepatocytes from oxidative stress via activation of Nrf2 signaling pathway.
Objectives : Rosa laevigata Michx. has been used for the treatment of renal disease in traditional Korean medicine. In this study, we investigated cytoprotective effect of R. laevigata water extract (RLE) against oxidative stress induced by arachidonic acid (AA) + iron.Methods : To evaluate the protective effects of RLE against AA + iron-induced oxidative stress in HepG2 cell, cell viability and changes on apoptosis-related proteins were assessed by MTT and immunoblot analyses. The effects of RLE on reduced glutathione level, production of reactive oxygen species and mitochondrial membrane potential were also monitored. Furthermore, to verify underlying molecular mechanism, NF-E2-related factor 2 (Nrf2) was examined by immunoblot analysis. Additionally, Nrf2 transactivation and its downstream target genes expression were also determined by reporter gene and realtime RT-PCR analyses.Results : RLE pretreatment (30-300 μg/ml) prevented cells from AA + iron-mediated cell death in a concentration dependent manner. In addition, 100 μg/ml RLE inhibited AA + iron-induced glutathione depletion, reactive oxygen species production and mitochondrial dysfunction. RLE accumulated nuclear Nrf2 and also transactivated Nrf2, which was evidenced by antioxidant response element- and glutathione S-transferase A2-driven luciferase activities and mRNA level of glutamate-cysteine ligase catalytic subunit, NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1 and sestrin 2. Moreover, protective effect of RLE against AA + iron was abolished in Nrf2 knockout cells.Conclusions : These results indicate that RLE has the ability to protect hepatocyte against oxidative stress through Nrf2 activation.
Flavonoid 계열의 한 종류인 baicalin은 항염증, 항암, 항바이러스, 항세균 등의 효능을 가진다. 본 연구진은 선행연구를 통한 이전의 보고에서 baiclain이 adipogenesis pathway(지방세포 형성 경로)의 anti-adipogenic(지방세포 형성억제)과 pro-adipogenic(지방세포 형성 유도) factor들을 조절함으로써 비만 및 adipogenesis를 억제함을 밝혔다. 본 연구에서는, microarray 기술을 이용하여 3T3-L1 세포에서 baiclain이 유도하는 지방세포 형성 억제 효과에 대한 분자적 기작을 보다 상세하게 연구하고자 하였다. 지방세포의 분화 시간(0일, 2일, 4일 및 7일)과 분화 시 baicalin의 처리 유무에 따라 유전자 발현 양상을 분석하기 위해 해당 시료들을 microarray에 적용하였다. Microarray 결과로부터 2배이상의 변화가 있는 3972개의 유전자를 확보하였다. 그 유전자들의 발현 양상을 좀 더 자세히 살펴보기 위해 hierarchical clustering 분석을 진행하였고 그 결과로 20개의 cluster를 분류할 수 있었다. 그들 중 4개의 cluster는 분화의 전반적인 기간에서 baicalin의 첨가에 의해 뚜렷하게 상승(cluster 8과 cluster 10)하거나 반대로 뚜렷하게 감소(cluster 12와 cluster 14)하는 양상을 보였다. Cluster 8과 cluster 10에는 CHOP(CCAAT/enhancer-binding protein homologous protein), INSIG1(insulin induced gene 1), WISP2(WNT1 inducible signaling pathway protein 2), ADM(adrenomedullin), CCND2(cyclin D2), GRN(granulin) 및 TGFB3(transforming growth factor, beta 3)과 같은 세포 증식과 지방세포 형성 억제를 상승시키는 유전자들이 다수 포함되었다. 반대로 cluster 12와 cluster 14에는 세포 증식 억제, 세포 주기 억제 및 세포 성장 억제와 연관되거나 지방세포를 유도하는 유전자인 LTA(lympotoxin A), ACADSB(acyl-Coenzyme A dehydrogenase, short/branched chain), HMGCS2(3-hydroxy-3-methylglutaryl-Coenzyme A synthase 2), IGFBP7(insulin-like growth factor binding protein 7), MERTK(c-merproto-oncogene tyrosine kinase), RASSF2(ras association(RalGDS/AF-6) domain family 2), RHOU(ras homolog gene family, member U) 및 SESN1(sestrin1) 등이 포함되었다. 결론적으로 baicalin은 세포 증식 및 지방세포 형성과 연관된 유전자들을 조절함으로써 지방세포의 분화를 억제하는 것으로 사료된다. 이러한 결과는 baicalin이 유도하는 지방세포 형성 억제 및 비만 억제 효과의 분자적 기작에 대한 중요한 정보를 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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