Seo, Mi Kyoung;Kim, Hye Kyeong;Baek, Song Young;Lee, Jung Goo;Urm, Sang-Hwa;Park, Sung Woo;Seog, Dae-Hyun
Journal of Life Science
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v.31
no.9
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pp.806-817
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2021
Increasing evidence suggests that depression is associated with impairments in neural plasticity. Sirtuin 1 plays an important role in neural plasticity, and the activation of mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1) signaling is known to improve neural plasticity. In this study, we aimed to determine whether sirtuin 1 affects dendrite outgrowth and spine formation through mTORC1 signaling. Resveratrol (sirtuin 1 activator; 1 and 10 μM) and sirtinol (sirtuin 1 inhibitor; 1 and 10 μM) were treated in primary cortical culture with and without dexamethasone (500 μM). Levels of sirtuin 1, phospho-extracellular signal regulated protein kinase 1/2 (ERK1/2), phospho-mTORC1, and phospho-p70 ribosomal protein S6 kinase (p70S6K) were evaluated using Western blot analysis. Dendritic outgrowth and spine density were assessed using immunostaining. Resveratrol significantly increased levels of sirtuin 1 expression and phosphorylation of ERK1/2 (a downstream target of sirtuin 1), mTORC1, and p70S6K (a downstream target of mTORC1) in a concentration-dependent manner under dexamethasone conditions. Resveratrol also significantly increased dendritic outgrowth and spine density. Conversely, sirtinol significantly decreased levels of sirtuin 1 expression and phosphorylation of ERK1/2, mTORC1, and p70S6K in a concentration-dependent manner under normal conditions. Moreover, sirtinol significantly decreased dendritic outgrowth and spine density. Consistent with the results of sirtinol, sirtuin 1 knockdown using sirtuin 1 siRNA transfection significantly decreased dendritic outgrowth and spine density as well as phosphorylation levels of ERK1/2 and mTORC1. These data suggest that sirtuin 1 enhances dendritic outgrowth and spine density by activating mTORC1 signaling.
The mammalian sirtuin family, consisting of SIRT1-SIRT7, plays a vital role in various biological processes, including cancer, diabetes, neurodegeneration, cardiovascular disease, cellular metabolism, and cellular homeostasis maintenance. Due to their involvement in these biological processes, modulating sirtuin activity seems promising to impact immuneand aging-related diseases, as well as cancer pathways. However, more understanding is required regarding the safety and efficacy of sirtuin-targeted therapies due to the complex regulatory mechanisms that govern their activity, particularly in the context of multiple targets. In this study, the interaction landscape of the sirtuin family was analyzed using a systems biology approach. A sirtuin protein-protein interaction network was built using the Cytoscape platform and analyzed using the NetworkAnalyzer and stringApp plugins. The result revealed the sirtuin family's association with numerous proteins that play diverse roles, suggesting a complex interplay between sirtuins and other proteins. Based on network topological and functional analysis, SIRT1 was identified as the most prominent among sirtuin family members, demonstrating that 25 of its protein partners are involved in cancer, 22 in innate immune response, and 29 in aging, with some being linked to a combination of two or more pathways. This study lays the foundation for the development of novel therapies that can target sirtuins with precision and efficacy. By illustrating the various interactions among the proteins in the sirtuin family, we have revealed the multifaceted roles of SIRT1 and provided a framework for their possible roles to be precisely understood, manipulated, and translated into therapeutics in the future.
Sirtuin proteins have emerged as important modulators of several age-associated diseases. These include cancer and diabetes, as well as cardiovascular and neurodegenerative diseases. Among the sirtuin family members, SIRT2 mRNA is strongly expressed. To investigate the pathophysiological significance of SIRT2 as a primary regulator of angiogenesis, we focused on the biological role of SIRT2 under hypoxic conditions, examining the gene expression pattern of sirtuin family members in human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). SIRT2 was expressed primarily in the cytoplasm, but it was dynamically trans-localized in the nuclear by hypoxia stimuli. Interestingly, both SIRT2 and the pro-angiogenic factor, VEGF, were up- regulated by hypoxia. A Matrigel assay demonstrated that the HUVECs formed a tube-like structure under hypoxia. The SIRT2 inhibitor, AK-1, significantly decreased the tube-forming activity of the HUVECs under either normoxia or hypoxia conditions. These findings suggest that SIRT2 might be a key regulator of angiogenesis.
Joo, So-Young;Aung, Ja Moon;Shin, Minsang;Moon, Eun-Kyung;Kong, Hyun-Hee;Goo, Youn-Kyoung;Chung, Dong-Il;Hong, Yeonchul
Parasites, Hosts and Diseases
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v.60
no.1
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pp.1-6
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2022
The encystation of Acanthamoeba leads to the development of metabolically inactive and dormant cysts from vegetative trophozoites under unfavorable conditions. These cysts are highly resistant to anti-Acanthamoeba drugs and biocides. Therefore, the inhibition of encystation would be more effective in treating Acanthamoeba infection. In our previous study, a sirtuin family protein-Acanthamoeba silent-information regulator 2-like protein (AcSir2)-was identified, and its expression was discovered to be critical for Acanthamoeba castellanii proliferation and encystation. In this study, to develop Acanthamoeba sirtuin inhibitors, we examine the effects of sirtinol, a sirtuin inhibitor, on trophozoite growth and encystation. Sirtinol inhibited A. castellanii trophozoites proliferation (IC50=61.24 µM). The encystation rate of cells treated with sirtinol significantly decreased to 39.8% (200 µM sirtinol) after 24 hr of incubation compared to controls. In AcSir2-overexpressing cells, the transcriptional level of cyst-specific cysteine protease (CSCP), an Acanthamoeba cysteine protease involved in the encysting process, was 11.6- and 88.6-fold higher at 48 and 72 hr after induction of encystation compared to control. However, sirtinol suppresses CSCP transcription, resulting that the undegraded organelles and large molecules remained in sirtinol-treated cells during encystation. These results indicated that sirtinol sufficiently inhibited trophozoite proliferation and encystation, and can be used to treat Acanthamoeba infections.
The sirtuins are a protein family named after the first identified member, S. cerevisiae Sir2p. Sirtuins are protein deacetylases whose activity is dependent on $NAD^+$ as a cosubstrate. They are structurally defined by two central domains that together form a highly conserved catalytic center, which catalyzes the transfer of an acetyl moiety from acetyllysine to $NAD^+$, yielding nicotinamide, the unique metabolite O-acetyl-ADP-ribose and deacetylated lysine. One or more sirtuins are present in virtually all species from bacteria to mammals. Here we describe a phylogenetic analysis of sirtuins. Based on their phylogenetic relationship, sirtuins can be grouped into over a dozen classes and subclasses. Humans, like most vertebrates, have seven sirtuins: SIRT1-SIRT7. These function in diverse cellular pathways, regulating transcriptional repression, aging, metabolism, DNA damage responses and apoptosis. We show that these seven sirtuins arose early during animal evolution. Conserved residues cluster around the catalytic center of known sirtuin family members.
Ki, Byeong Seong;Park, Miree;Woo, Yunmi;Lee, Woo Sik;Ko, Jung Jae;Choi, Youngsok
Reproductive and Developmental Biology
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v.39
no.2
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pp.43-47
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2015
Sirtuin proteins are evolutionary conserved Sir2-related $NAD^+$-dependent deacetylases and regulate many of cellular processes such as metabolism, inflammation, transcription, and aging. Sirtuin contains activity of either ADP-ribosyltransferase or deacetyltranfease and their activity is dependent on the localization in cells. However, the expression pattern of Sirtuins has not been well studied. To examine the expression levels of Sirtuins, RT-PCR was performed using total RNAs from various tissues including liver, small intestine, heart, brain, kidney, lung, spleen, stomach, uterus, ovary, and testis. Sirtuins were highly expressed in most of tissues including the testis. Immunostaining assay showed that Sirt1 and Sirt6 were mainly located in the nucleus of germ cells, spermatocytes, and spermatids in the seminiferous tubules, whereas Sirt2 and Sirt5 were exclusively present in the cytoplasm of germ cells and spermatocytes. Our results indicate that Sirtuins may function as regulators of spermatogenesis and their activities might be dependent on their location in the seminiferous tubules.
Zhu, Ri Zhe;Li, Bing Si;Gao, Shang Shang;Seo, Jae Ho;Choi, Byung-Min
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.25
no.4
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pp.297-305
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2021
Luteolin, a sort of flavonoid, has been reported to be involved in neuroprotective function via suppression of neuroinflammation. In this study, we investigated the protective effect of luteolin against oxidative stress-induced cellular senescence and its molecular mechanism using hydrogen peroxide (H2O2)-induced cellular senescence model in House Ear Institute-Organ of Corti 1 cells (HEI-OC1). Our results showed that luteolin attenuated senescent phenotypes including alterations of morphology, cell proliferation, senescence-associated 𝛽-galactosidase expression, DNA damage, as well as related molecules expression such as p53 and p21 in the oxidant challenged model. Interestingly, we found that luteolin induces expression of sirtuin 1 in dose- and time-dependent manners and it has protective role against H2O2-induced cellular senescence by upregulation of sirtuin 1 (SIRT1). In contrast, the inhibitory effect of luteolin on cellular senescence under oxidative stress was abolished by silencing of SIRT1. This study indicates that luteolin effectively protects against oxidative stress-induced cellular senescence through p53 and SIRT1. These results suggest that luteolin possesses therapeutic potentials against age-related hearing loss that are induced by oxidative stress.
Kim, Min Jeong;Kang, Young Jung;Sung, Bokyung;Jang, Jung Yoon;Ahn, Yu Ra;Oh, Hye Jin;Choi, Heejeong;Choi, Inkyu;Im, Eunok;Moon, Hyung Ryong;Chung, Hae Young;Kim, Nam Deuk
Biomolecules & Therapeutics
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v.28
no.6
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pp.561-568
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2020
We examined the anticancer effects of a novel sirtuin inhibitor, MHY2256, on HCT116 human colorectal cancer cells to investigate its underlying molecular mechanisms. MHY2256 significantly suppressed the activity of sirtuin 1 and expression levels of sirtuin 1/2 and stimulated acetylation of forkhead box O1, which is a target protein of sirtuin 1. Treatment with MHY2256 inhibited the growth of the HCT116 (TP53 wild-type), HT-29 (TP53 mutant), and DLD-1 (TP53 mutant) human colorectal cancer cell lines. In addition, MHY2256 induced G0/G1 phase arrest of the cell cycle progression, which was accompanied by the reduction of cyclin D1 and cyclin E and the decrease of cyclin-dependent kinase 2, cyclin-dependent kinase 4, cyclin-dependent kinase 6, phosphorylated retinoblastoma protein, and E2F transcription factor 1. Apoptosis induction was shown by DNA fragmentation and increase in late apoptosis, which were detected using flow cytometric analysis. MHY2256 downregulated expression levels of procaspase-8, -9, and -3 and led to subsequent poly(ADP-ribose) polymerase cleavage. MHY2256-induced apoptosis was involved in the activation of caspase-8, -9, and -3 and was prevented by pretreatment with Z-VAD-FMK, a pan-caspase inhibitor. Furthermore, the autophagic effects of MHY2256 were observed as cytoplasmic vacuolation, green fluorescent protein-light-chain 3 punctate dots, accumulation of acidic vesicular organelles, and upregulated expression level of light-chain 3-II. Taken together, these results suggest that MHY2256 could be a potential novel sirtuin inhibitor for the chemoprevention or treatment of colorectal cancer or both.
Proceedings of the Plant Resources Society of Korea Conference
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2022.09a
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pp.114-114
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2022
Excessive endogenous endotoxin, especially lipopolysaccharide (LPS) reflux from gastrointestinal (GI) tract to the liver tissue is one of the most serious reasons of severe and acute liver injury which is mainly mediated by Kupffer cell activations. However, there is no clear molecular clues to explain the exact pathophysiological mechanism and effective drugs available till nowadays. We aimed to comprehend the pathophysiological features of LPS-induced liver injury and evaluate the efficacies of potential therapeutic drug, Ga-mi-Yuk-Mi-Jihwang-Tang (GYM), which is composed of herbal plants. GYM remarkably caused to normalize hepatic inflammation and oxidations against LPS-induced liver injury by evidence of serum liver enzymes, histopathological analysis, both hepatic protein and gene expression levels of pro-inflammatory cytokines, nitric oxide levels, and hepatic tissue levels of reactive oxygen species (ROS) levels, malondialdehyde (MDA), and 4-hydroxyneoneal, respectively. To assess molecular events in the hepatic tissue, we further found hepatic Sirtuin6 (Sirt6) levels were considerably depleted by LPS injection with aberrant alterations of Nrf2/HO-1 signaling pathways, whereas administration with GYM notably exerted to normalize these abnormalities. Our results exhibited that GYM would be one of target drug to diminish hepatic inflammation as well as oxidative stress by regulation of hepatic Sirt6 levels.
Lee, Da Hyun;Lee, Buhyun;Park, Jeong Su;Lee, Yu Seol;Kim, Jin Hee;Cho, Yejin;Jo, Yoonjung;Kim, Hyun-Seok;Lee, Yong-ho;Nam, Ki Taek;Bae, Soo Han
BMB Reports
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v.52
no.3
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pp.190-195
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2019
Acetaminophen (APAP) overdose can cause hepatotoxicity by inducing mitochondrial damage and subsequent necrosis in hepatocytes. Sirtuin2 (Sirt2) is an $NAD^+$-dependent deacetylase that regulates several biological processes, including hepatic gluconeogenesis, as well as inflammatory pathways. We show that APAP decreases the expression of Sirt2. Moreover, the ablation of Sirt2 attenuates APAP-induced liver injuries, such as oxidative stress and mitochondrial damage in hepatocytes. We found that Sirt2 deficiency alleviates the APAP-mediated endoplasmic reticulum (ER) stress and phosphorylation of the p70 ribosomal S6 kinase 1 (S6K1). Moreover, Sirt2 interacts with and deacetylates S6K1, followed by S6K1 phosphorylation induction. This study elucidates the molecular mechanisms underlying the protective role of Sirt2 inactivation in APAP-induced liver injuries.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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