After more than half of century since the Warburg effect was described, this atypical metabolism has been standing true for almost every type of cancer, exhibiting higher glycolysis and lactate metabolism and defective mitochondrial ATP production. This phenomenon had attracted many scientists to the problem of elucidating the mechanism of, and reason for, this effect. Several models based on oncogenic studies have been proposed, such as the accumulation of mitochondrial gene mutations, the switch from oxidative phosphorylation respiration to glycolysis, the enhancement of lactate metabolism, and the alteration of glycolytic genes. Whether the Warburg phenomenon is the consequence of genetic dysregulation in cancer or the cause of cancer remains unknown. Moreover, the exact reasons and physiological values of this peculiar metabolism in cancer remain unclear. Although there are some pharmacological compounds, such as 2-deoxy-D-glucose, dichloroacetic acid, and 3-bromopyruvate, therapeutic strategies, including diet, have been developed based on targeting the Warburg effect. In this review, we will revisit the Warburg effect to determine how much scientists currently understand about this phenomenon and how we can treat the cancer based on targeting metabolism.
Corrosion properties of dissimilar friction stir welded 6061 aluminum and HT590 steel were investigated to understand effects of galvanic corrosion. As cathode when coupled, HT590 was cathodically protected. However, the passivation of AA6061 made the aluminum alloy cathode temporarily, which leaded to corrosion of HT590. From the EIS analysis showing Warburg diffusion plot in Nyquist plots, it can be inferred that the stable passivation layer was formed on AA6061. However, the weld as well as HT590 did not show Warburg diffusion plot in Nyquist plots, suggesting that there was no barrier for corrosion or even if it exists, the barrier had no function for preventing and/or retarding charge transport through the passivation layer. The open circuit potential measurements showed that the potential of the weld was similar to that of HT590, which lied in the pitting region for AA6061, making the aluminum alloy part of the weld keep corrosion state. That resulted in the cracked oxide film on AA6061 of the weld, which could not play a role of corrosion barrier.
Most cancer cells utilize glucose at a high rate to produce energy and precursors for the biosynthesis of macromolecules such as lipids, proteins, and nucleic acids. This phenomenon is called the Warburg effect or aerobic glycolysis- this distinct characteristic is an attractive target for developing anticancer drugs. Here, we found that Phosphofructokinase-1 (PFK-1) is a substrate of the Protein Phosphatase 4 catalytic subunit (PP4C)/PP4 regulatory subunit 1 (PP4R1) complex by using immunoprecipitation and in vitro assay. While manipulation of PP4C/PP4R1 does not have a critical impact on PFK-1 expression, the absence of the PP4C/PP4R1 complex increases PFK-1 activity. Although PP4C depletion or overexpression does not cause a dramatic change in the overall glycolytic rate, PP4R1 depletion induces a considerable increase in both basal and compensatory glycolytic rates, as well as the oxygen consumption rate, indicating oxidative phosphorylation. Collectively, the PP4C/PP4R1 complex regulates PFK-1 activity by reversing its phosphorylation and is a promising candidate for treating glycolytic disorders and cancers. Targeting PP4R1 could be a more efficient and safer strategy to avoid pleiotropic effects than targeting PP4C directly.
Perchlorate ion-selective electrodes in PVC membranes that respond linearly to concentration 106 M were developed by incorporating the quaternary phosphonium salts as a canier. The effects of the chemical structure, the contents of canier, the kind of plasticizer and the membrane thickness on electrode characteristics such as the electrode slope, the linear respone range and the detection limit were studied. With this results, the detectable pH range, selectivity coefficients and AC impedance characteristics were compared and investigated. The perchlorate ion substituents of the quaternary phosphonium salts like tetraoctylphosphonium perchlorate (TOPP) , tetraphenylphosphonium perchlorate(TPPP), and tetrabutylphosphonium perchlorate(TBPP) as a canier were used. The electrode characteristics were better in the ascending order of TBPP < TPPP < TOPP, with the increase of carbon chain length of the alkyl group. Dioctylsebacate(OOS) was best as a plasticizer, the canier contents were better with 11.76 wt% and the optimum membrane thickness was 0.19 mm. Under the above condition, the electrode slope was 56.58 mV/$^P{ClO}_4$,the linear response range was $10^{-1}$\times$10^{-6}$ M, the detection limit was 9.66 x $10^{-7}$ M. The performance of electrode was better than Orion electrode. The electrode potential was stable within the pH range from 3 to 11. The order of the selectivity coefficients for the perchlorate ion was sol < F < Br < 1. With the result of impedance spectrum, it was found that the equivalent circuit for the electrode could be expressed by a series combination of solution resistance, parallel circuit consisting of the double layer capacitance and bulk resistance and Warburg impedance. And solution resistance was almost not appeared and Warburg impedance was highly appeared by diffusion. Then Warburg coefficient was 1.32$\times$$10^74$\Omega$$\cdot$${cm}^2/s^{1/2}$.
To study the effect of IAA on the growth of Chlorella, the alage wre cultured on the media for six days by bubbling $_{2}$ enriched air under 10K lux at 20-$25^{\circ}C$. The culture media were made by adding a concentration of $10^{-3}$M, $10^{-4}$M, and 0M(as a control) IAA to the standard media. During the period of culture, Chlorella was smapled for the given time of interval and photosynthetic and respiratory activities were measured by Warburg manometer and change of chemical components of Chlorella was determined by spectrophotometry after the Chlorella cell was fractionated by Schmidt-Thannhauser method. 1) Photosynthetic and respiratory activities were enhanced by IAA ; especially the enhancement of respiratory activity was so remarkable. 2) As to the chemical components of Chlorella, carbohydrates and amino acids were reduced a little but phosphate, RNA, DNA, and protein were increased by $10^{-3}$M IAA ; the increase of RNA, in particular, was noticable. 3) The above results suggest that the enhancement of growth of Chlorella, by IAA and ATP induced by respiratory activity accelerated with IAA enhanced RNA synthesis, resulting in an increase of protein synthesis.
To investigate the influence of cosubstrate supplement and ammonium sulfate on lignin degradation by Pseudomonas diminuta KM-4-2, isolated in the laboratory, the strain was cultured on the lignin media which contained lignin as a source of carbon and the culture filtrate was analyzed by Sephadex G-75 column chromatography. It was found that polymerization was not appeared unlike wood-rot fungi. When the carbohydrates were added, the peak of lignin at 280nm by UV scanning spectra of the filtrate, was significantly increased. In order to determine the effect of ammonium sulfate on the ligninolytic activity, the isolated strain was incubated in the media containing 0.1%, 0.25% and 0.5% of nitrogen concentration in the Warburg flask and the rate of oxygen uptake was esitmated by Warbuge Respirometer. As a result, the activity was maximum at 0.1% of nitrogen concentration and thereafter decreased in parallel with nitrogen concentration.
Since its discovery in 1780, lactate has long been misunderstood as a waste by-product of anaerobic glycolysis with multiple deleterious effects. Owing to the lactate shuttle concept introduced in the early 1980s, a paradigm shift began to occur. Increasing evidence indicates that lactate is a coordinator of whole-body metabolism. Lactate is not only a readily accessible fuel that is shuttled throughout the body but also a metabolic buffer that bridges glycolysis and oxidative phosphorylation between cells and intracellular compartments. Lactate also acts as a multifunctional signaling molecule through receptors expressed in various cells and tissues, resulting in diverse biological consequences including decreased lipolysis, immune regulation, anti-inflammation, wound healing, and enhanced exercise performance in association with the gut microbiome. Furthermore, lactate contributes to epigenetic gene regulation by lactylating lysine residues of histones, accounting for its key role in immune modulation and maintenance of homeostasis.
Pseudomonas fluorescens, which had been known to be unable to degrade furfural, could utilize 0.03% of furfural as a sole carbon source in a culture with forced aeration. Lag period of this strain was lengthened by low concentration of furfural and growth yield reduced. High concentration of furfural over 0.1% showed killing effect on this strain. Cells of higher metabolic activity and of earlier growth stage were affected more seriously. The fact that even 0.05% of furfural showed no inhibition on respiration of this strain was confirmed with data on respiration rate in Warburg manometr. From these results, it was suggested that furfural show no inhibitory effect on external respination activities of P.fluorescens.
Together with radiotherapy, chemotherapy using cytotoxic agents is one of the most common therapies in cancer. Metabolic changes in cancer cells are drawing much attention recently, but the metabolic alterations by anticancer agents have not been much studied. Here, we investigated the effects of commonly used cytotoxic agents on lung normal cell MRC5 and lung cancer cell A549. We employed cis-plastin, doxorubicin, and 5-Fluorouracil and compared their effects on the viability and metabolism of the normal and cancer cell lines. We first established the concentration of the cytotoxic reagents that give differences in the viabilities of normal and cancer cell lines. In those conditions, the viability of A549 decreased significantly, whereas that of MRC5 remained unchanged. To study the metabolic alterations implicated in the viability differences, we obtained the metabolic profiles using $^1H$-NMR spectrometry. The $^1H$-NMR data showed that the metabolic changes of A549 cells are more remarkable than that of MRC5 cells and the effect of 5-FU on the A549 cells is the most distinct compared to other treatments. Heat map analysis showed that metabolic alterations under treatment of cytotoxic agents are totally different between normal and cancer cells. Multivariate analysis and weighted correlation network analysis (WGCNA) revealed a distinctive metabolite signature and hub metabolites. Two different analysis tools revealed that the changes of cell metabolism in response to cytotoxic agents were highly correlated with the Warburg effect and Reductive lipogenesis, two pathways having important effects on the cell survival. Taken together, our study addressed the correlation between the viability and metabolic profiles of MRC5 and A549 cells upon the treatment of cytotoxic anticancer agents.
This experiment was carried out to investigate systematically how the aerobic metabolic capacity of renal tissue reduced by the effects of a period of induced ischemia. Aerobic metabolic studies were performed on homogenates of cortex and medulla of rabbits. Ischemia was induced by occluding the renal vein or renal artery of the left kidney for an hour. The right kidney used as a paired control. Aerobic metabolism was asesssed by measuring the oxygen consumption using the Warburg's manometric apparatus. The results are summarized as follows: 1. One hour of occlusive ischemia does not increase in the kidney weight in the renal arterial occlusion but increase in the renal venous occlusion. 2. Occlusion of either the renal vein or renal artery for an hour did not reduce to any significant degree the level of endogenous substrate in cortical homogenates as measured the rates of $0_2$ consumption. 3. A significant reduction in the rate of $C_2$ consumption was noted in the medullary homogenates of renal venous occluded kidneys while renal arterial occlusion had less of an effect. 4. The capaciy of homogenates for aerobic metabolism is not reduced by acute ischemia, because of the higher rate of oxygen consumption induced by exogenous glucose in renal vein occlusion. 5. The oxygen consumption of medullary homogenate more decreased to acute ischemia than cortical homogenates. The results of this investigation suggest that one hour circulatory stasis does not reduce major potential capacity of renal cortical tissue at the subcellular level to produce energy. In contrast, the aerobic metabolism of medullary tissue is reduced by renal ischemia. Further, both cortex and medulla appear to be more sensitive to ischemia induced by renal venous occlusion than by renal arterial occlusion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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