Rapeseed is a typical winter crop, and its freezing stress tolerance is a major feature for winter survival. Therefore, it is important to comprehend clearly the physical and molecular mechanisms of rapeseed under freezing stress conditions. This study investigates the physical and transcriptome changes of two rapeseed lines, 'J8634-B-30' and 'EMS26', under cold acclimation and freezing temperature treatments. The proline content of 'J8634-B-30' at 5 ℃ increased 8.7-fold compared to that before treatment, and there was no significant change in that of 'EMS26' RNA-sequencing analysis revealed 5,083 differentially expressed genes (DEGs) of 'J8634-B-30' under cold acclimation condition. Among the genes, 2,784 (54.8%) were up-regulated and 2,299 (45.2%) were down-regulated. The DEGs of 'EMS26' under cold acclimation condition were 5,831 genes, and contained 2,199 up-regulated genes (37.7%) and 3,632 down-regulated genes (62.3%). Among them, only DEGs annotated in the cold response-related signaling pathways were selected, and their expression in the two rapeseed lines was compared. Comparative DEGs analysis indicated that cold response related signaling pathways are proline metabolism and ABA (Abscisic acid) signaling. And ICE (Inducer of CBF expression) - CBF (C-repeat-binding factor) - COR (Cold-regulated) signaling were the significantly differentially expressed transcripts in the two rapeseed lines. The major induced transcripts of 'J8634-B-30' induced P5CS (Δ'-pyrroline-5-carboxylate synthetase), which is related to proline biosynthesis, PYL (pyrabactin resistance-like protein, ABA receptor) and COR413 (cold-regulated 413 plasma membrane 1). In conclusion, these result provide a foundation for understanding the mechanisms of freezing stress tolerance in rapeseeds. Further functional studies should be performed on the freezing stress-related genes identified in this study, which can contribute to the transgenic and molecular breeding for freezing stress tolerance in rapeseed.
The Integrated Stress Response (ISR) refers to a signaling pathway initiated by stress-activated $eIF2{\alpha}$ kinases. Once activated, the pathway causes attenuation of global mRNA translation while also paradoxically inducing stress response gene expression. A detailed analysis of this pathway has helped us better understand how stressed cells coordinate gene expression at translational and transcriptional levels. The translational attenuation associated with this pathway has been largely attributed to the phosphorylation of the translational initiation factor $eIF2{\alpha}$. However, independent studies are now pointing to a second translational regulation step involving a downstream ISR target, 4E-BP, in the inhibition of eIF4E and specifically cap-dependent translation. The activation of 4E-BP is consistent with previous reports implicating the roles of 4E-BP resistant, Internal Ribosome Entry Site (IRES) dependent translation in ISR active cells. In this review, we provide an overview of the translation inhibition mechanisms engaged by the ISR and how they impact the translation of stress response genes.
Noh, Yoohun;Cheon, Seungui;Kim, In Hye;Kim, Inyong;Lee, Seung-Ah;Kim, Do-Hee;Jeong, Yoonhwa
BMB Reports
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v.51
no.8
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pp.400-405
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2018
Chronic stress induces neuronal cell death, which can cause nervous system disorders including Parkinson's disease and Alzheimer's disease. In this study, we evaluated the neuroprotective effects of Clematis terniflora extract (CTE) against corticosterone-induced apoptosis in rat pheochromocytoma (PC12) cells, and also investigated the underlying molecular mechanisms. At concentrations of 300 and $500{\mu}g/ml$, CTE significantly decreased apoptotic cell death and mitochondrial damage induced by $200{\mu}M$ corticosterone. CTE decreased the expression levels of endoplasmic reticulum (ER) stress proteins GRP78, GADD153, and mitochondrial damage-related protein BAD, suggesting that it downregulates ER stress evoked by corticosterone. Furthermore, our results suggested that these protective effects were mediated by the upregulation of p-AKT and p-ERK1/2, which are involved in cell survival signaling. Collectively, our results indicate that CTE can lessen neural damage caused by chronic stress.
Park, Hyoung-Sup;Jang, Yeon-Jin;Kim, Dong-Hou;Lee, Su-Ok;Na, Doe-Sun
BMB Reports
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v.31
no.2
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pp.117-122
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1998
Changes of lipocortin 1 (LC1) in the brain induced by immobilization stress were investigated in rats. Rats were immobilized for 0,1,2,3,4, and 5 h, and the brain slices were immunostained with anti-human LC1 antibodl (anti-LC1). Immunoreactivity of LCI (iLC1) was most prominent in neuronal cell bodies and processes of hippocampal CA regions and dentate gyrus. At rest without stress, most of the LC1 in the neuron located in the cytoplasm with the nuclei exhibiting relatively scarce immunoreactivity. Immobilization stress changed this intracellular distribution of LC1 by increasing nuclear LC1. The change was apparent in 1 h and reached the peak by 3 h. However, by 5 h of immobilization, the distribution pattern returned to that of the resting state. This transient nuclear translocation of LC1 was most prominent in $CA_1$ pyramidal neurons, and was not observed in areas other than the hippocampus. Adrenalectomy abolished this transient translocation of LC1. The roles of hippocampal LC1 as a mediator of glucocorticoid feedback signal and/or as an intracellar stress signaling protein could be suggested.
Depression is a neuropsychiatric disorder associated with persistent stress and disruption of neuronal function. Persistent stress causes neuronal atrophy, including loss of synapses and reduced size of the hippocampus and prefrontal cortex. These alterations are associated with neural dysfunction, including mood disturbances, cognitive impairment, and behavioral changes. Synaptic plasticity is the fundamental function of neural networks in response to various stimuli and acts by reorganizing neuronal structure, function, and connections from the molecular to the behavioral level. In this review, we describe the alterations in synaptic plasticity as underlying pathological mechanisms for depression in animal models and humans. We further elaborate on the significance of phytochemicals as bioactive agents that can positively modulate stress-induced, aberrant synaptic activity. Bioactive agents, including flavonoids, terpenes, saponins, and lignans, have been reported to upregulate brain-derived neurotrophic factor expression and release, suppress neuronal loss, and activate the relevant signaling pathways, including TrkB, ERK, Akt, and mTOR pathways, resulting in increased spine maturation and synaptic numbers in the neuronal cells and in the brains of stressed animals. In clinical trials, phytochemical usage is regarded as safe and well-tolerated for suppressing stress-related parameters in patients with depression. Thus, intake of phytochemicals with safe and active effects on synaptic plasticity may be a strategy for preventing neuronal damage and alleviating depression in a stressful life.
Background: Continuous exposure to high temperatures can lead to heat stress. This stress response alters the expression of multiple genes and can contribute to the onset of various diseases. In particular, heat stress induces oxidative stress by increasing the production of reactive oxygen species. The liver is an essential organ that plays a variety of roles, such as detoxification and protein synthesis. Therefore, it is important to protect the liver from oxidative stress caused by heat stress. Korean ginseng has a variety of beneficial biological properties, and our previous studies showed that it provides an effective defense against heat stress. Methods: We investigated the ability of Korean Red Ginseng and Korean black ginseng extracts (JP5 and BG1) to protect against heat stress using a rat model. We then confirmed the active ingredients and mechanism of action using a cell-based model. Results: Heat stress significantly increased gene and protein expression of oxidative stress-related factors such as catalase and SOD2, but treatment with JP5 (Korean Red Ginseng extract) and BG1 (Korean black ginseng extract) abolished this response in both liver tissue and HepG2 cells. In addition, JP5 and BG1 inhibited the expression of inflammatory proteins such as p-NF-κB and tumor necrosis factor alpha-α. In particular, JP5 and BG1 decreased the expression of components of the NLRP3 inflammasome, a key inflammatory signaling factor. Thus, JP5 and BG1 inhibited both oxidative stress and inflammation. Conclusions: JP5 and BG1 protect against oxidative stress and inflammation induced by heat stress and help maintain liver function by preventing liver damage.
Dishevelled (Dvl) is a positive regulator of the canonical Wnt signaling pathway, which regulates the levels of $\beta$-catenin. The $\beta$-catenin oncoprotein depends upon the association of Dvl and Axin proteins through their DIX domains, and its accumulation directs the expression of specific developmental-related genes at the nucleus. Here, the $^1H$, $^{13}C$, and $^{15}N$ resonances of the human Dishevelled 2 DIX domain are assigned using heteronuclear nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. In addition, helical and extended elements are identified based on the NMR data. The results establish a structural context for characterizing the actin and phospholipid interactions and binding sites of this novel domain, and provide insights into its role in protein localization to stress fibers and cytoplasmic vesicles during Wnt signaling.
The Hippo signaling pathway plays an essential role in adult-tissue homeostasis and organ-size control. In Drosophila and vertebrates, it consists of a highly conserved kinase cascade, which involves MST and Lats that negatively regulate the activity of the downstream transcription coactivators, YAP and TAZ. By interacting with TEADs and other transcription factors, they mediate both proliferative and antiapoptotic gene expression and thus regulate tissue repair and regeneration. Dysregulation or mutation of the Hippo pathway is linked to tumorigenesis and cancer development. Recent studies have uncovered multiple upstream inputs, including cell density, mechanical stress, G-protein-coupled receptor (GPCR) signaling, and nutrients, that modulate Hippo pathway activity. This review focuses on the role of the Hippo pathway as effector of these biophysical cues and its potential implications in tissue homeostasis and cancer.
An Arabidopsis hy4 mutant that is specifically impaired in its ability to undergo blue light dependent photomorphogenesis was used to identify cryptochrome 1 signaling-related components. Proteomic analysis revealed about 205 differentially expressed protein spots in the blue light-irradiated hy4 mutant compared to the wild-type. The proteins corresponding to 28 up-regulated and 33 down-regulated spots were identified. Obvious morphological changes in the hy4 mutant were closely related to the expression of various transcription factors. Our findings suggest that blue light signals may be involved in many cellular processes including disease resistance and stress responses.
Mitochondria have several quality control mechanisms by which they maintain cellular homeostasis and ensure that the molecular machinery is protected from stress. Mitophagy, selective autophagy of mitochondria, promotes mitochondrial quality control by inducing clearance of damaged mitochondria via the autophagic machinery. Accumulating evidence suggests that mitophagy is modulated by various microbial components in an attempt to affect the innate immune response to infection. In addition, mitophagy plays a key role in the regulation of inflammatory signaling, and mitochondrial danger signals such as mitochondrial DNA translocated into the cytosol can lead to exaggerated inflammatory responses. In this review, we present current knowledge on the functional aspects of mitophagy and its crosstalk with innate immune signaling during infection. A deeper understanding of the role of mitophagy could facilitate the development of more effective therapeutic strategies against various infections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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