Yurong Gao;Hanguk Ryu;Hyejin Lee;Young-Joon Kim;Ji-Hye Lee;Jaemin Lee
Molecules and Cells
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제47권1호
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pp.100004.1-100004.11
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2024
Insulin is essential for maintaining normoglycemia and is predominantly secreted in response to glucose stimulation by β-cells. Incretin hormones, such as glucagon-like peptide-1 (GLP-1) and glucose-dependent insulinotropic polypeptide, also stimulate insulin secretion. However, as obesity and type 2 diabetes worsen, glucose-dependent insulinotropic polypeptide loses its insulinotropic efficacy, whereas GLP-1 receptor (GLP-1R) agonists continue to be effective owing to its signaling switch from Gs to Gq. Herein, we demonstrated that endoplasmic reticulum (ER) stress induced a transition from Gs to Gq in GLP-1R signaling in mouse islets. Intriguingly, chemical chaperones known to alleviate ER stress, such as 4-PBA and TUDCA, enforced GLP-1R's Gq utilization rather than reversing GLP-1R's signaling switch induced by ER stress or obese and diabetic conditions. In addition, the activation of X-box binding protein 1 (XBP1) or activating transcription factor 6 (ATF6), 2 key ER stress-associated signaling (unfolded protein response) factors, promoted Gs utilization in GLP-1R signaling, whereas Gq employment by ER stress was unaffected by XBP1 or ATF6 activation. Our study revealed that ER stress and its associated signaling events alter GLP-1R's signaling, which can be used in type 2 diabetes treatment.
Zhu, Jiebo;Lee, Min Joung;Chang, Hee Jin;Ju, Xianshu;Cui, Jianchen;Lee, Yu Lim;Go, Dahyun;Chung, Woosuk;Oh, Eungseok;Heo, Jun Young
BMB Reports
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제55권4호
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pp.181-186
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2022
Ventriculomegaly induced by the abnormal accumulation of cerebrospinal fluid (CSF) leads to hydrocephalus, which is accompanied by neuroinflammation and mitochondrial oxidative stress. The mitochondrial stress activates mitochondrial unfolded protein response (UPRmt), which is essential for mitochondrial protein homeostasis. However, the association of inflammatory response and UPRmt in the pathogenesis of hydrocephalus is still unclear. To assess their relevance in the pathogenesis of hydrocephalus, we established a kaolin-induced hydrocephalus model in 8-week-old male C57BL/6J mice and evaluated it over time. We found that kaolin-injected mice showed prominent ventricular dilation, motor behavior defects at the 3-day, followed by the activation of microglia and UPRmt in the motor cortex at the 5-day. In addition, PARP-1/NF-κB signaling and apoptotic cell death appeared at the 5-day. Taken together, our findings demonstrate that activation of microglia and UPRmt occurs after hydrocephalic ventricular expansion and behavioral abnormalities which could be lead to apoptotic neuronal cell death, providing a new perspective on the pathogenic mechanism of hydrocephalus.
Proteins that are unfolded or misfolded in the endoplasmic reticulum (ER) must be targeted for refolding or degradation to maintain the homeostasis of the ER. Derlin-1 was reportedly implicated in the retro-translocation of misfolded proteins from the ER to the cytosol for degradation. In this report, we showed that Derlin-1 was down-regulated in the endothelial cells derived from human hepatic cavernous hemangioma (CHEC) compared with other tested cells. Electron microscopy analysis showed that ER was aberrantly enlarged in CHEC cells, but not in other tested cells. When overexpressed, Derlin-1 induced the dilated ER to return normal size. This ER dynamic was associated with the activation of unfolded protein response (UPR). In CHEC cells where Derlin-1 was down-regulated, increased expression of the immunoglobulin heavy chain-binding protein (Bip) and UPR-specific splicing of X-box DNA-binding protein 1 (XBP1) mRNA were detected, as compared with that in other tested cells, indicating that UPR was activated. After Derlin-1 overexpression, the extent of UPR activation diminished, as evidenced by decreased expression of Bip, reduced amount of the spliced form of XBP1 ($XBP1_S$), and elevated expression of the unspliced form of XBP1 ($XBP1_U$). Taken together, these findings provide another example of a single protein being able to affect ER dynamic in mammalian cells, and an insight into the possible molecular mechanism(s).
간 소포체(ER) 스트레스는 비알콜성지방간과 인슐린 저항성의 발달에 기여하고, unfolded protein response(UPR)의 구성요소는 지질 대사를 조절한다. 최근 연구에 따르면 ER 스트레스와 비정상적인 세포 지질 대사 사이의 연관성이 보고되었으며, 이 과정에서 지질 대사의 중심 조절자인 sterol regulatory element binding proteins(SREBPs)의 관련성이 확인되었다. 그러나 ER 스트레스 동안 지질 대사를 조절하는 SREBP의 정확한 역할과 비알콜성지방간에 대한 기여는 아직 밝혀지지 않았다. 본 연구에서 SREBP-1c 결핍은 UPR, 염증 및 지방산 산화 조절을 통해 ER 스트레스에 의해 유도된 비알콜성지방간으로부터 생쥐를 보호한다는 것을 보여준다. SREBP-1c는 inositol requiring kinase 1α (IRE1α) 발현을 직접적으로 조절하고 ER 스트레스에 의해 유도된 tumor necrosis factor-α의 활성화를 매개하여 peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator 1-α (PGC1α)의 감소와 그에 따른 지방산 산화의 장애를 유발한다. 그러나, SREBP-1c의 유전적 결핍은 이러한 현상을 보호하여 간 염증과 지방 축적을 완화시킨다. SREBP-1c 결핍이 ER 스트레스에 의해 유도된 염증 신호를 방지하는 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았지만, SREBP-1c가 결핍된 Kupffer 세포에서 IRE1α 신호의 변화가 염증 신호에 관여할 수 있을 것으로 생각된다. 본 연구결과는 SREBP-1c가 ER 스트레스에 의해 유도된 비알콜성지방간에서 UPR 및 염증의 조절에 중요한 역할을 함을 시사한다.
Kim, Jin-Ik;Kaufman, Randal J.;Back, Sung Hoon;Moon, Ja-Young
Molecules and Cells
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제42권11호
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pp.783-793
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2019
When endoplasmic reticulum (ER) functions are perturbed, the ER induces several signaling pathways called unfolded protein response to reestablish ER homeostasis through three ER transmembrane proteins: inositol-requiring enzyme 1 (IRE1), PKR-like ER kinase (PERK), and activating transcription factor 6 (ATF6). Although it is important to measure the activity of ATF6 that can indicate the status of the ER, no specific cell-based reporter assay is currently available. Here, we report a new cell-based method for monitoring ER stress based on the cleavage of $ATF6{\alpha}$ by sequential actions of proteases at the Golgi apparatus during ER stress. A new expressing vector was constructed by using fusion gene of GAL4 DNA binding domain (GAL4DBD) and activation domain derived from herpes simplex virus VP16 protein (VP16AD) followed by a human $ATF6{\alpha}$ N-terminal deletion variant. During ER stress, the GAL4DBD-VP16AD(GV)-$hATF6{\alpha}$ deletion variant was cleaved to liberate active transcription activator encompassing GV-$hATF6{\alpha}$ fragment which could translocate into the nucleus. The translocated GV-$hATF6{\alpha}$ fragment strongly induced the expression of firefly luciferase in HeLa Luciferase Reporter cell line containing a stably integrated 5X GAL4 site-luciferase gene. The established double stable reporter cell line HLR-GV-$hATF6{\alpha}$(333) represents an innovative tool to investigate regulated intramembrane proteolysis of $ATF6{\alpha}$. It can substitute active pATF6(N) binding motif-based reporter cell lines.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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제7권2호
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pp.133-137
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2003
Cells respond to an accumulation of unfolded proteins in the endoplasmic reticulum (ER) by increasing transcription of genes encoding molecular chaperones and folding enzymes. The information is transmitted from the ER lumen to the nucleus by intracellular signaling pathway, called the unfolded protein response (UPR). In Saccharomyces cerevisiae, such induction is mediated by the cis-acting unfolded response element (UPRE) which has been thought to be recognized by Hac1p transcription factor. We cloned the ATFC gene showing similarity with Hac1p, and then examined to determine whether ATFC gene product specifically binds to UPRE by electrophoretic mobility shift assays. ATFC gene product displayed appreciable binding ${to ^{32}}P-labelled$ UPRE. Therefore, we concluded that ATFC represents a major component of the putative transcription factor responsible for the UPR leading to the induction of ER-localized stress proteins.
Endoplasmic reticulum (ER) plays formation of disulfide bonds and proper folding of secretory proteins. Cellular responses to ER stress enhances the stress-activated kinase pathway and the induces a lot of immediate-early genes. Among of them, the early growth response-1 (Egr-1), a transcription factor, which plays an important role in cell growth, development, differentiation, apoptosis and various types of injury. For that reason, we have tested the expression of Egr-1 against ER stress inducible drugs (tunicamycin, DTT, A23187 and BFA) to understand what kind of aspect occurred by ER stresses.
Brefeldin A (BFA)는 Eupenicillium brefeldianum에서 분리한 lactone계열의 항생제이며 ER에서 Golgi로 단백질 이송/전달을 억제히는 기능이 있다. 따라서 BFA를 세포에 처리 시 Golgi 기능 장애와 ER에서 단백질의 폴딩/조립의 문제로 인하여 ER에 기능 장애가 발생하는데 이를 소포체 스트레스(ER stress)라고 한다. 본 연구에서는 정상 astrocyte 세포와 C6 glioma 세포에서의 BFA처리에 따라 ER stress marker 단백질인 CHOP 발현 차이를 확인하였다. BFA 처리 시 CHOP 발현이 정상 astrocyte 세포에서 C6 glioma 세포에 비해 현저히 낮은 발현을 확인하였다. 하지만 CHOP mRNA 발현에서는 astrocyte 세포에서 발현 됨을 RT-PCR로 확인하였다. C6 glioma 세포와 비교하여 astrocyte 세포에서 BFA유도의 CHOP 단백질 발현이 낮은 원인은 proteasome 활성이 높음으로 기인됨을 proteasome inhibitor 실험과 proteasome 활성 측정을 통하여 확인하였다.
에틸렌 글리콜(ethylene glycol)은 자동차 부동액 주성분으로 우리 실생활에 널리 쓰이고 있다. 접근이 용이하고 달콤한 맛 때문에 자살목적이나 보관 및 사용 시 의도적으로 또는 실수로 인한 오용사고가 자주 발생한다. 에틸렌 글리콜은 그 자체로는 인체의 독성이 낮지만 생체에서 대사과정을 거치면서 독성이 높아진 유기산을 만들어 다양한 조직에서 광범위한 세포손상을 유발한다. 다양한 세포 스트레스가 소포체(ER) 샤페론과 소포체 스트레스 센서의 유전자 발현을 유도하는 것은 이미 알려져 있다. 본 연구에서는 rat 조직에서 소포체 샤페론과 소포체 스트레스 센서 유전자의 발현 조절이 에틸렌 글리콜에 의해 유도되고, 조직학적 변화도 H&E 염색 및 면역 형광염색에 의해 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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