Cellular stress severely disrupts endoplasmic reticulum (ER) function, leading to the abnormal accumulation of unfolded or misfolded proteins in the ER and subsequent development of endoplasmic reticulum stress (ERS). To accommodate the occurrence of ERS, cells have evolved a highly conserved, selfprotecting signal transduction pathway called the unfolded protein response. Notably, ERS signaling is involved in the development of a variety of diseases and is closely related to tumor development, particularly in breast cancer. This review discusses recent research regarding associations between ERS and tumor metastasis. The information presented here will help researchers elucidate the precise mechanisms underlying ERS-mediated tumor metastasis and provide new directions for tumor therapies.
International Journal of Vascular Biomedical Engineering
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제2권2호
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pp.1-9
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2004
The history of studies in biology regarding reactive oxygen species (ROS) is approximately 40 years. During the initial 30 years, it appeared that these studies were mainly focused on the toxicity of ROS. However, recent studies have identified another action regarding oxidative signaling, other than toxicity of ROS. Basically, it is suggested that ROS are reactive, and degenerate to biomolecules such as DNA and proteins, leading to deterioration of cellular functions as an oxidative stress. On the other hand, recent studies have shown that ROS act as oxidative signaling in cells, resulting in various gene expressions. Recently ROS emerged as critical signaling molecules in cardiovascular research. Several studies over the past decade have shown that physiological effects of vasoactive factors are mediated by these reactive species and, conversely, that altered redox mechanisms are implicated in the occurrence of metabolic and cardiovascular diseases ROS is a collective term often used by scientist to include not only the oxygen radicals($O2^{-{\cdot}},\;{^{\cdot}}OH$), but also some non-radical derivatives of oxygen. These include hydrogen peroxide, hypochlorous acid (HOCl) and ozone (O3). The superoxide anion ($O2^{-{\cdot}}$) is formed by the univalent reduction of triplet-state molecular oxygen ($^3O_2$). Superoxide dismutase (SOD)s convert superoxide enzymically into hydrogen peroxide. In biological tissues superoxide can also be converted nonenzymically into the nonradical species hydrogen peroxide and singlet oxygen ($^1O_2$). In the presence of reduced transition metals (e.g., ferrous or cuprous ions), hydrogen peroxide can be converted into the highly reactive hydroxyl radical (${^{\cdot}}OH$). Alternatively, hydrogen peroxide may be converted into water by the enzymes catalase or glutathione peroxidase. In the glutathione peroxidase reaction glutathione is oxidized to glutathione disulfide, which can be converted back to glutathione by glutathione reductase in an NADPH-consuming process.
The exact causes of cell death in Parkinson's disease (PD) remain unknown despite extensive studies on PD.The identification of signaling and metabolic pathways involved in PD might provide insight into the molecular mechanisms underlying PD. The neurotoxin 1-methyl-4-phenylpyridinium ($MPP^+$) induces cellular changes characteristic of PD, and $MPP^+$-based models have been extensively used for PD studies. In this study, pathways that were significantly perturbed in $MPP^+$-treated human neuroblastoma SH-EP cells were identified from genome-wide gene expression data for five time points (1.5, 3, 9, 12, and 24 h) after treatment. The mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway and endoplasmic reticulum (ER) protein processing pathway showed significant perturbation at all time points. Perturbation of each of these pathways resulted in the common outcome of upregulation of DNA-damage-inducible transcript 3 (DDIT3). Genes involved in ER protein processing pathway included ubiquitin ligase complex genes and ER-associated degradation (ERAD)-related genes. Additionally, overexpression of DDIT3 might induce oxidative stress via glutathione depletion as a result of overexpression of CHAC1. This study suggests that upregulation of DDIT3 caused by perturbation of the MAPK signaling pathway and ER protein processing pathway might play a key role in $MPP^+$-induced neuronal cell death. Moreover, the toxicity signal of $MPP^+$ resulting from mitochondrial dysfunction through inhibition of complex I of the electron transport chain might feed back to the mitochondria via ER stress. This positive feedback could contribute to amplification of the death signal induced by $MPP^+$.
Obesity is known to induce inhibition of glucose uptake, reduction of lipid metabolism, and progressive loss of skeletal muscle function, which are all associated with mitochondrial dysfunction in skeletal muscle. Mitochondria are dynamic organelles that regulate cellular metabolism and bioenergetics, including ATP production via oxidative phosphorylation. Due to these critical roles of mitochondria, mitochondrial dysfunction results in various diseases such as obesity and type 2 diabetes. Obesity is associated with impairment of mitochondrial function (e.g., decrease in $O_2$ respiration and increase in oxidative stress) in skeletal muscle. The balance between mitochondrial fusion and fission is critical to maintain mitochondrial homeostasis in skeletal muscle. Obesity impairs mitochondrial dynamics, leading to an unbalance between fusion and fission by favorably shifting fission or reducing fusion proteins. Mitophagy is the catabolic process of damaged or unnecessary mitochondria. Obesity reduces mitochondrial biogenesis in skeletal muscle and increases accumulation of dysfunctional cellular organelles, suggesting that mitophagy does not work properly in obesity. Mitochondrial dysfunction and oxidative stress are reported to trigger apoptosis, and mitochondrial apoptosis is induced by obesity in skeletal muscle. It is well known that exercise is the most effective intervention to protect against obesity. Although the cellular and molecular mechanisms by which exercise protects against obesity-induced mitochondrial dysfunction in skeletal muscle are not clearly elucidated, exercise training attenuates mitochondrial dysfunction, allows mitochondria to maintain the balance between mitochondrial dynamics and mitophagy, and reduces apoptotic signaling in obese skeletal muscle.
Qi Yang;Ting Yang;Xing Liu;Shengquan Liu;Wei Liu;Liangui Nie;Chun Chu;Jun Yang
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제28권2호
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pp.129-143
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2024
Sulfur dioxide (SO2), a novel endogenous gas signaling molecule, is involved in the regulation of cardiac function. Exerting a key role in progression of hyperthyroidism-induced cardiomyopathy (HTC), myocardial fibrosis is mainly caused by myocardial apoptosis, leading to poor treatment outcomes and prognoses. This study aimed to investigate the effect of SO2 on the hyperthyroidism-induced myocardial fibrosis and the underlying regulatory mechanisms. Elisa, Masson staining, Western-Blot, transmission electron microscope, and immunofluorescence were employed to evaluate the myocardial interstitial collagen deposition, endoplasmic reticulum stress (ERS), apoptosis, changes in endogenous SO2, and Hippo pathways from in vitro and in vivo experiments. The study results indicated that the hyperthyroidism-induced myocardial fibrosis was accompanied by decreased cardiac function, and down-regulated ERS, apoptosis, and endogenous SO2-producing enzyme aspartate aminotransferase (AAT)1/2 in cardiac myocytes. In contrast, exogenous SO2 donors improved cardiac function, reduced myocardial interstitial collagen deposition, up-regulated AAT1/2, antagonized ERS and apoptosis, and inhibited excessive activation of Hippo pathway in hyperthyroid rats. In conclusion, the results herein suggested that SO2 inhibited the overactivation of the Hippo pathway, antagonized ERS and apoptosis, and alleviated myocardial fibrosis in hyperthyroid rats. Therefore, this study was expected to identify intervention targets and new strategies for prevention and treatment of HTC.
Buyun Kim;Young Soo Kim;Wei Li;Eun-Bin Kwon;Hwan-Suck Chung;Younghoon Go;Jang-Gi Choi
Journal of Ginseng Research
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제48권4호
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pp.384-394
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2024
Background: Herpes simplex virus type 1 (HSV-1), known to latently infect the host's trigeminal ganglion, can lead to severe herpes encephalitis or asymptomatic infection, potentially contributing to neurodegenerative diseases like Alzheimer's. The virus generates reactive oxygen species (ROS) that significantly impact viral replication and induce chronic inflammation through NF-κB activation. Nuclear factor E2-related factor 2 (Nrf2), an oxidative stress regulator, can prevent and treat HSV-1 infection by activating the passive defense response in the early stages of infection. Methods and results: Our study investigated the antiviral effects of ginsenoside Rg5, an Nrf2 activator, on HSV-1 replication and several host cell signaling pathways. We found that HSV-1 infection inhibited Nrf2 activity in host cells, induced ROS/NF-κB signaling, and triggered inflammatory cytokines. However, treatment with ginsenoside Rg5 inhibited ROS/NF-κB signaling and reduced inflammatory cytokines through NRF2 induction. Interestingly, the Nrf2 inhibitor ML385 suppressed the expression of NAD(P)H quinone oxidoreductase 1(NQO1) and enhanced the expression of KEAP1 in HSV-1 infected cells. This led to the reversal of VP16 expression inhibition, a protein factor associated with HSV-1 infection, thereby promoting HSV-1 replication. Conclusion: These findings suggest for the first time that ginsenoside Rg5 may serve as an antiviral against HSV-1 infection and could be a novel therapeutic agent for HSV-1-induced neuroinflammation.
Vascular smooth muscle cells (VSMCs) under biophysical stress play an active role in the progression of vascular inflammation, but the precise mechanisms are unclear. This study examined the cellular expression of monocyte chemoattractant protein 1 (MCP-1) and its related mechanisms using cultured rat aortic VSMCs stimulated with mechanical stretch (MS, equibiaxial cyclic stretch, 60 cycles/min). When the cells were stimulated with 10% MS, MCP-1 expression was markedly increased compared to those in the cells stimulated with low MS intensity (3% or 5%). An enzyme-linked immunosorbent assay revealed an increase in HMGB1 released into culture media from the cells stimulated with 10% MS compared to those stimulated with 3% MS. A pretreatment with glycyrrhizin, a HMGB1 inhibitor, resulted in the marked attenuation of MCP-1 expression in the cells stimulated with 10% MS, suggesting a key role of HMGB1 on MCP-1 expression. Western blot analysis revealed higher PDGFR-α and PDGFR-β expression in the cells stimulated with 10% MS than 3% MS-stimulated cells. In the cells deficient of PDGFR-β using siRNA, but not PDGFR-α, HMGB1 released into culture media was significantly attenuated in the 10% MS-stimulated cells. Similarly, MCP-1 expression induced in 10% MS-stimulated cells was also attenuated in cells deficient of PDGFR-β. Overall, the PDGFR-β signaling plays a pivotal role in the increased expression of MCP-1 in VSMCs stressed with 10% MS. Therefore, targeting PDGFR-β signaling in VSMCs might be a promising therapeutic strategy for vascular complications in the vasculatures under excessive biophysical stress.
Background: The cycle of seasonal dormancy of perennating buds is an essential adaptation of perennial plants to unfavorable winter conditions. Plant hormones are key regulators of this critical biological process, which is intricately connected with diverse internal and external factors. Recently, global warming has increased the frequency of aberrant temperature events that negatively affect the dormancy cycle of perennials. Although many studies have been conducted on the perennating organs of Panax ginseng, the molecular aspects of bud dormancy in this species remain largely unknown. Methods: In this study, the molecular physiological responses of three P. ginseng cultivars with different dormancy break phenotypes in the spring were dissected using comparative genome-wide RNA-seq and network analyses. These analyses identified a key role for abscisic acid (ABA) activity in the regulation of bud dormancy. Gene set enrichment analysis revealed that a transcriptional network comprising stress-related hormone responses made a major contribution to the maintenance of dormancy. Results: Increased expression levels of cold response and photosynthesis-related genes were associated with the transition from dormancy to active growth in perennating buds. Finally, the expression patterns of genes encoding ABA transporters, receptors (PYRs/PYLs), PROTEIN PHOSPHATASE 2Cs (PP2Cs), and DELLAs were highly correlated with different dormancy states in three P. ginseng cultivars. Conclusion: This study provides evidence that ABA and stress signaling outputs are intricately connected with a key signaling network to regulate bud dormancy under seasonal conditions in the perennial plant P. ginseng.
UV irradiation activates various intracellular signaling pathways causing cell death in a DNA damage-dependent and an independent manner. As DNA photoproducts, major forms of DNA damage, are maximally formed by UV light at 260-nm, short wavelength UV (UVC) is more harmful than middle wavelength UV (UVB). However, the differences or similarities in responses of DNA damage-independent intracellular signaling molecules to UVB and UVC are not elucidated. We examined activation of signaling molecules towards apoptosis in normal human fibroblastic cells after irradiation with UVB or UVC at a dose generating the equal amount of DNA photoproducts. Both UVB and UVC induced transient phosphorylation of ERK and sustained phosphorylation of p38. Phosphorylation of p53 at Ser15 and at Ser392 residues were also observed, which were inhibited by a phosphoinositide 3-kinase inhibitor, wortmannin. In contrast, an antioxidant N-acetyl-cysteine and a p38 inhibitor SB203580 suppressed only Ser392 phosphorylation, suggesting that UV-induced oxidative stress and p38 activation were involved in the phosphorylation of this site. The apoptic signals such as mitochondrial cytochrome C release and annexin V binding were then observed. Overall, no difference was found in chronological responses of p53, MAPK, and apoptosis between UVB-irradiated and UVC-irradiated cells. These results suggested that DNA damage-independent intracellular signaling molecules similarly responded to UVB and UVC when the equal level of DNA photoproducts were generated.
Kim, Tae-Hwan;Baik, Ji Sue;Heo, Kyu;Kim, Joong Sun;Lee, Ki Ja;Rhee, Man Hee;Kim, Sung Dae
Journal of Radiation Protection and Research
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제40권3호
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pp.187-193
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2015
Deleterious effects of high dose radiation exposure with high-dose-rate are unarguable, but they are still controversial in low-dose-rate. The regulator of G-protein signaling (RGS) is a negative regulator of G protein-coupled receptor (GPCR) signaling. In addition, it is reported that irradiation stress led to GPCR-mediated mitogen-activated protein kinase (MAPK) and phosphotidylinositol 3-kinase (PI3-k) signaling. The RGS mRNA expression profiles by whole body radiation with low-dose-rate has not yet been explored. In the present study, we, therefore, examined which RGS was modulated by the whole body radiation with low-dose-rate ($3.49mGy{\cdot}h^{-1}$). Among 16 RGS expression tested, RGS6, RGS13 and RGS16 mRNA were down-regulated by low-dose-rate irradiation. This is the first report that whole body radiation with low-dose-rate can modulate the different RGS expression levels. These results are expected to reveal the potential target and/or the biomarker proteins associated with male testis toxicity induced by low-dose-rate irradiation, which might contribute to understanding the mechanism beyond the testis toxicity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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