Kim, Hyun-Lim;Ra, Hana;Kim, Ki-Ryeong;Lee, Jeong-Min;Im, Hana;Kim, Yang-Hee
Molecules and Cells
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v.38
no.4
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pp.312-317
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2015
Depletion of intracellular zinc by N,N,N,N-tetrakis(2-pyridylmethyl) ethylenediamine (TPEN) induces p53-mediated protein synthesis-dependent apoptosis of mouse cortical neurons. Here, we examined the requirement for poly(ADP-ribose) polymerase (PARP)-1 as an upstream regulator of p53 in zinc depletion-induced neuronal apoptosis. First, we found that chemical inhibition or genetic deletion of PARP-1 markedly attenuated TPEN-induced apoptosis of cultured mouse cortical neurons. Poly(ADP-ribosyl)ation of p53 occurred starting 1 h after TPEN treatment. Suggesting the critical role of PARP-1, the TPEN-induced increase of stability and activity of p53 as well as poly(ADP-ribosyl)ation of p53 was almost completely blocked by PARP inhibition. Consistent with this, the induction of downstream pro-apoptotic proteins PUMA and NOXA was noticeably reduced by chemical inhibitors or genetic deletion of PARP-1. TPEN-induced cytochrome C release into the cytosol and caspase-3 activation were also blocked by inhibition of PARP-1. Taken together, these findings indicate that PARP-1 is essential for TPEN-induced neuronal apoptosis.
Cho, Young-Eun;Lomeda, Ria-Ann R.;Ryu, Sang-Hoon;Lee, Jong-Hwa;Beattie, John H.;Kwun, In-Sook
Nutrition Research and Practice
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v.1
no.1
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pp.29-35
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2007
Trace mineral studies involving metal ion chelators have been conducted in investigating the response of gene and protein expressions of certain cell lines but a few had really focused on how these metal ion chelators could affect the availability of important trace minerals such as Zn, Mn, Fe and Cu. The aim of the present study was to investigate the availability of Zn for the treatment of MC3T3-E1 osteoblast-like cells and the availability of some trace minerals in the cell culture media components after using chelexing resin in the FBS and the addition of N,N,N',N'-tetrakis-(2-pyridylmethyl)ethylenediamine (TPEN, membrane-permeable chelator) and diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA, membrane-impermeable chelator) in the treatment medium. Components for the preparation of cell culture medium and Zn-treated medium have been tested for Zn, Mn, Fe and Cu contents by atomic absorption spectrophotometer or inductively coupled plasma spectrophotometer. Also, the expression of bone-related genes (ALP, Runx2, PTH-R, ProCOL I, OPN and OC) was measured on the cellular Zn depletion such as chelexing or TPEN treatment. Results have shown that using the chelexing resin in FBS would significantly decrease the available Zn (p<0.05) $(39.4{\pm}1.5{\mu}M\;vs\;0.61{\pm}10.15{\mu}M)$ and Mn (p<0.05) $(0.74{\pm}0.01{\mu}M\;vs\;0.12{\pm}0.04{\mu}M)$. However, levels of Fe and Cu in FBS were not changed by chelexing FBS. The use of TPEN and DTPA as Zn-chelators did not show significant difference on the final concentration of Zn in the treatment medium (0, 3, 6, 9, $12{\mu}M$) except for in the addition of higher $15{\mu}M\;ZnCl_2$ which showed a significant increase of Zn level in DTPA-chelated treatment medium. Results have shown that both chelators gave the same pattern for the expression of the five bone-related genes between Zn and Zn+, and TPEN-treated experiments, compared to chelex-treated experiment, showed lower bone-related gene expression, which may imply that TPEN would be a stronger chelator than chelex resin. This study showed that TPEN would be a stronger chelator compared to DTPA or chelex resin and TPEN and chelex resin exerted cellular zinc depletion to be enough for cell study for Zn depletion.
The structure of [Cu(tpen)]$(ClO_4)_2$ (tpen = N,N,N',N'-tetrakis(2-pyridylmethyl)-1,2-ethanediamine) has been identified by X-ray crystallography. The copper(II) ion is surrounded by two amine N atoms and three pyridine N atoms of the ligand, making a distorted trigonal-bipyramid. Among the six potential N donor atoms (two amine N and four pyridine N atoms), only one pyridine N atom remains uncoordinated. We examined structural changes on addition of $Cl^-$ to $[Cu(tpen)]^{2+}$(1). The addition of $Cl^-$ in methanol resulted in the formation of a novel dinuclear copper(II) complex $[Cu_2Cl_2(tpen)](ClO_4)_2{\cdot}H_2O$. The structure of the dinuclear complex was verified by X-ray crystallography. Each copper(II) ion in the dinuclear complex showed a distorted square planar geometry with two pyridine N atoms, one amine N atom and one $Cl^-$ ion.
The cytotoxic effects of hydrogen peroxide and neuroprotective effects of a variety of agents were investigated in newborn mouse forebrain tissue culture. In our experiments, oxygen radical was generated enzymatically by glucose oxidase and the values were expressed as a percentage of number of living cells by 3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay. Cytotoxicity of oxygen radicals was prevented by catalase and (N, N, N', N', -tetrakis (2-pyridylmethyl) ethylenediamine (TPEN), but N-tetra-ot-butyl-phenylnitrone (PBN), and deferoxamine (DFX), failed to show protective effects against oxygen radicals. Antagonists of the N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor, D-2-amino-5-phosphonovaleric acid (APV), 7-chlorokynurenic acid (CKA), and MK801 (a non-competitive NMDA antagonist) were also not effective in blocking neurotoxicity induced by glucose oxidase generated oxygen radicals.
Purpose: The vascular smooth muscle cells (VSMCs) in mature animals have implicated to play a major role in the progression of cardiovascular diseases such as atherosclerosis. This study aimed at optimizing the protocol in culturing primary VSMCs (pVSMCs) from rat thoracic aorta and investigating the effect of cellular zinc (Zn) deficiency on cell proliferation of the isolated pVSMCs. Methods: The thoracic aorta from 7-month-old Sprague Dawley rats was isolated, minced and digested by the enzymatic process of collagenase I and elastase, and then inoculated with the culture Dulbecco Modified Eagle Medium (DMEM) at 37℃ in an incubator. The primary cell culture morphology was observed using phase-contrast microscopy and cellular Zn was depleted using Chelex-100 resin (extracellular zinc depletion only) or 3 µM N,N,N',N'-tetrakis(2-pyridinylmethyl)-1,2-ethanediamine (TPEN) (extracellular and intracellular zinc depletion). Western blot analysis was used for the detection of SM22α and calponin as smooth muscle cell marker proteins and von Willebrand factor as endothelial cell marker protein to detect the culture purity. Cell proliferation by Zn depletion (1 day) was measured by MTT assay. Results: A primary culture protocol for pVSMCs from rat thoracic aorta was developed and optimized. Isolated cultures exhibited hill and valley morphology as the major characteristics of pVSMCs and expressed the smooth muscle cell protein markers, SM22α and calponin, while the endothelial marker von Willebrand factor was hardly detected. Zn deprivation for 1 day culture decreased rat primary vascular smooth muscle cell proliferation and this pattern was more prominent under severe Zn depletion (3 µM TPEN), while less prominent under mild Zn depletion (Chelexing). Conclusion: Our results suggest that cellular Zn deprivation decreased pVSMC proliferation and this may be involved in phenotypic modulation of pVSMC in the aorta.
Cho, Young-Eun;Choi, Jee-Eun;Alam, Md. Jahangir;Lee, Man-Hyo;Sohn, Ho-Yong;Beattie, John H.;Kwun, In-Sook
Nutrition Research and Practice
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v.2
no.2
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pp.74-79
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2008
Zinc plays a protective role in anti-atherosclerosis but the clear mechanism has not been proposed yet. In the present study, we evaluated whether zinc modulates atherosclerotic markers, VACM-1 and ICAM-1 and cell viability both in endothelial cells in vitro and mouse aortic cell viability ex vivo. In study 1, as in vitro model, endothelial EA.hy926 cells were treated with $TNF{\alpha}$ for 5 hours for inducing oxidative stress, and then treated with Zn-adequacy ($15\;{\mu}M$ Zn) or Zn-deficiency ($0\;{\mu}M$ Zn) for 6 hours. Pro-atherosclerosis factors, VCAM-1 and ICAM-1 mRNA expression and cell viability was measured. In study 2, as ex vivo model, mouse aorta ring was used. Mourse aorta was removed and cut in ring then, cultured in a 96-well plate. Aortic ring was treated with various $TNF{\alpha}$ (0-30 mg/ml) and intracellular zinc chelator, N, N, N', N', -tetrakis (2-pyridylmethyl) ethylenediamine (TPEN, $0-30\;{\mu}M$) for cellular zinc depletion for 2 days and then cell viability was measured. The results showed that in in vitro study, Zn-adequate group induced more VCAM-1 & ICAM-1 mRNA expression than Zn-deficient group during 6-hour zinc treatment post-5 hour TNF-$\alpha$ treatment, unexpectedly. These results might be cautiously interpreted that zinc would biologically induce the early expression of anti-oxidative stress through the increased adhesion molecule expression for reducing atherosclerotic action, particularly under the present 6-hour zinc treatment. In ex vivo, mouse aortic ring cell viability was decreased as TNF-$\alpha$ and TPEN levels increased, which suggests that mouse aortic blood vessel cell viability was decreased, when oxidative stress increases and cellular zinc level decreases. Taken together, it can be suggested that zinc may have a protective role in anti-atherosclerosis by cell viability in endothelial cells and aorta tissue. Further study is needed to clarify how pro-atherosclerosis molecule expression is modulated by zinc.
This paper presents the development of a nodal diffusion code, RAST-V, and its verification and validation for VVER (vodo-vodyanoi energetichesky reactor) analysis. A VVER analytic solver has been implemented in an in-house nodal diffusion code, RAST-K. The new RAST-K version, RAST-V, uses the triangle-based polynomial expansion nodal method. The RAST-K code provides stand-alone and two-step computation modes for steady-state and transient calculations. An in-house lattice code (STREAM) with updated features for VVER analysis is also utilized in the two-step method for cross-section generation. To assess the calculation capability of the formulated analysis module, various verification and validation studies have been performed with Rostov-II, and X2 multicycles, Novovoronezh-4, and the Atomic Energy Research benchmarks. In comparing the multicycle operation, rod worth, and integrated temperature coefficients, RAST-V is found to agree with measurements with high accuracy which RMS differences of each cycle are within ±47 ppm in multicycle operations, and ±81 pcm of the rod worth of the X2 reactor. Transient calculations were also performed considering two different rod ejection scenarios. The accuracy of RAST-V was observed to be comparable to that of conventional nodal diffusion codes (DYN3D, BIPR8, and PARCS).
RAST-F is a new full-core analysis code based on the two-step approach that couples a multi-group cross-section generation Monte-Carlo code MCS and a multi-group nodal diffusion solver. To demonstrate the feasibility of using MCS/RAST-F for fast reactor analysis, this paper presents the coupled nodal code verification results for the MET-1000 and CAR-3600 benchmark cores. Three different multi-group cross-section calculation schemes are employed to improve the agreement between the nodal and reference solutions. The reference solution is obtained by the MCS code using continuous-energy nuclear data. Additionally, the MCS/RAST-F nodal solution is verified with results based on cross-section generated by collision probability code TULIP. A good agreement between MCS/RAST-F and reference solution is observed with less than 120 pcm discrepancy in keff and less than 1.2% root-mean-square error in power distribution. This study confirms the two-step approach MCS/RAST-F as a reliable tool for the three-dimensional simulation of reactor cores with fast spectrum.
Cho Young-Eon;Lomeda Ria-Ann R.;Kim Yang-Ha;Ryu Sang-Hoon;Choi Je-Yong;Kim Hyo-Jin;Beattie John H.;Kwun In-Sook
Nutritional Sciences
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v.8
no.4
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pp.242-249
/
2005
It is well established that zinc plays an important role in bone metabolism and mineralization. The role of zinc in bone formation is well documented in animal models, but not much reported in cell models. In the present study, we evaluated zinc deficiency effects on osteoblastic cell proliferation, alkaline phosphatase activity and expression, and extracellular matrix bone nodule formation and bone-related gene expression in osteoblastic MC3T3-E1 cells. To deplete cellular zinc, chelexed-FBS and interpermeable zinc chelator TPEN were used. MC3T3-E1 cells were cultured in zinc concentration-dependent (0-15 ${\mu}M\;ZnCl_2$) and time-dependent (0-20 days) manners. MC3T3-E1 cell proliferation by MTT assay was increased as medium zinc level increased (p<0.05). Cellular Ca level and alkaline phosphatase activity were increased as medium zinc level increased (p<0.05). Alkaline phosphatase expression, a marker of commitment to the osteoblast lineage, measured by alkaline phosphatase staining was increased as medium zinc level increased. Extracellular calcium deposits measured by von Kossa staining for nodule formation also appeared higher in Zn+(15 ${\mu}M\;ZnCl_2$) than in Zn-(0 ${\mu}M\;ZnCl_2$). Bone formation marker genes, alkaline phosphatase and osteocalcin, were also expressed higher in Zn+ than in Zn-. The current work supports the beneficial effect of zinc on bone mineralization and bone-related gene expression. The results also promote further study as to the molecular mechanism of zinc deficiency for bone formation and thus facilitate to design preventive strategies for zinc-deficient bone diseases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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