Recently, it was reported that the role of mitochondria-reactive oxygen species (ROS) generating pathway in cisplatin-induced apoptosis is remarkable. Since a variety of molecules are involved in the pathway, a comprehensive approach to delineate the biological interactions of the molecules is required. However, quantitative modeling of the mitochondria-ROS generating pathway based on experiment and systemic analysis using the model have not been attempted so far. Thus, we conducted experiments to measure the concentration changes of critical molecules associated with mitochondrial apoptosis in both human mesothelioma H2052 and their ${\rho}^0$ cells lacking mitochondrial DNA (mtDNA). Based on the experiments, a novel mathematical model that can represent the essential dynamics of the mitochondrial apoptotic pathway induced by cisplatin was developed. The kinetic parameter values of the mathematical model were estimated from the experimental data. Then, we have investigated the dynamical properties of this model and predicted the apoptosis levels for various concentrations of cisplatin beyond the range of experiments. From parametric perturbation analysis, we further found that apoptosis will reach its saturation level beyond a certain critical cisplatin concentration.
Goo, Soomin;Choi, Young Joo;Lee, Younghyun;Lee, Sunyeong;Chung, Hai Won
Toxicological Research
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v.29
no.1
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pp.35-42
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2013
Quantum dots (QDs) have received considerable attention due to their potential role in photosensitization during photodynamic therapy. Although QDS are attractive nanomaterials due to their novel and unique physicochemical properties, concerns about their toxicity remain. We suggest a combination strategy, CdSe/ZnS QDs together with curcumin, a natural yellow pigment from turmeric, to reduce QD-induced cytotoxicity. The aim of this study was to explore a potentially effective cancer treatment: co-exposure of HL-60 cells and human normal lymphocytes to CdSe/ZnS QDs and curcumin. Cell viability, apoptosis, reactive oxygen species (ROS) generation, and DNA damage induced by QDs and/or curcumin with or without ultraviolet A (UVA) irradiation were evaluated in both HL-60 cells and normal lymphocytes. In HL-60 cells, cell death, apoptosis, ROS generation, and single/double DNA strand breaks induced by QDs were enhanced by treatment with curcumin and UVA irradiation. The protective effects of curcumin on cell viability, apoptosis, and ROS generation were observed in normal lymphocytes, but not leukemia cells. These results demonstrated that treatment with QD combined with curcumin increased cell death in HL-60 cells, which was mediated by ROS generation. However, curcumin acted as an antioxidant in cultured human normal lymphocytes.
Park, Chan Hum;Kim, Ji Hyun;Choi, Seung Hak;Shin, Yu Su;Lee, Sang Won;Cho, Eun Ju
Korean Journal of Medicinal Crop Science
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v.25
no.5
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pp.315-321
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2017
Background: Glycyrrhiza uralensis Radix (GR) is a crude drugs used in Asian countries that has been reported to prevent the progression of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease. The present study examined whether GR and its active compounds, glycyrrhizic acid (GA) and isoliquiritigenin (IL), exerted protective effects on $H_2O_2$-induced oxidative damage in C6 glial cells. Methods and Results: We exposed C6 glial cells to hydrogen peroxide ($H_2O_2$) for 24 h and investigated the cellular response to GR and its active compounds by evaluating cell viability, reactivie oxygen species (ROS) production, and apoptosis-related protein expression. GR successfully mitigated the reduced cell viability and ROS production induced by $H_2O_2$ in C6 glial cells, IL and GA significantly increased the cell viability and decreased ROS production. In addition, IL and GA down-regulated apoptotic Baxdependent caspase-3 activation, but each compound exerted different mechanisms, i.e., IL dose-dependently decreased ROS production and, GA up-regulated anti-apoptotic Bcl-2 expression. Conclusions: These results demonstrated that GR and its active components, IL and GA, exhibit potential for use as natural neurodegenerative agents for the modulation of apoptosis in C6 glial cells.
Objectives : This study is to investigate whether Carthami flos exhibits a synergistic effect on the apoptotic effect of doxorubicin on human gastric cancer cells. Methods : We used AGS, a human gastric cancer cell line. To investigate the apoptotic efficacy of doxorubicin and Carthami flos, MTT and CCK-8 methods were used. To confirm apoptosis, cell cycle and mitochondrial membrane potential changes were confirmed. To investigate the mechanism of apoptosis, the reactive oxygen species (ROS) experiment was performed. Results : 1. Doxorubicin or Carthami flos induced cell death in the human gastric cancer cell line AGS. 2. Carthami flos showed a synergistic effect of cell death by doxorubicin. 3. The cell cycle and mitochondrial membrane potential changes revealed that cell death was apoptosis. 4. Apoptosis was related to reactive oxygen species (ROS) generation. Conclusions : This result shows the anticancer synergistic effect of Carthami flos in gastric cancer cells, and is considered to be an important basis for the development of anticancer drugs for Carthami flos.
Background: AD-2 (20(R)-dammarane-3b, 12b, 20, 25-tetrol; 25-OH-PPD) is a ginsenoside and isolated from Panax ginseng, showing anticancer activity against extensive human cancer cell lines. In this study, effects and mechanisms of 1C ((20R)-3b-O-(L-alanyl)-dammarane-12b, 20, 25-triol), a modified version of AD-2, were evaluated for its development as a novel anticancer drug. Methods: MTT assay was performed to evaluate cell cytotoxic activity. Cell cycle and levels of reactive oxygen species (ROS) were determined using flow cytometry analysis. Western blotting was employed to analyze signaling pathways. Results: 1C concentration-dependently reduces prostate cancer cell viability without affecting normal human gastric epithelial cell line-1 viability. In LNCaP prostate cancer cells, 1C triggered apoptosis via Bcl-2 family-mediated mitochondria pathway, downregulated expression of mouse double minute 2, upregulated expression of p53 and stimulated ROS production. ROS scavenger, N-acetylcysteine, can attenuate 1C-induced apoptosis. 1C also inhibited the proliferation of LNCaP cells through inhibition on $Wnt/{\beta}-catenin$ signaling pathway. Conclusion: 1C shows obvious anticancer activity based on inducing cell apoptosis by Bcl-2 family-mediated mitochondria pathway and ROS production, inhibiting $Wnt/{\beta}-catenin$ signaling pathway. These findings demonstrate that 1C may provide leads as a potential agent for cancer therapy.
Jo, Hantae;Oh, Jeong-Hyun;Park, Dong-Wook;Lee, Changho;Min, Churl K.
Journal of Ginseng Research
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v.44
no.1
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pp.96-104
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2020
Objectives: Oleanolic acid, a minor element of ginsenosides, and its derivatives have been shown to have cytotoxicity against some tumor cells. The impact of cytotoxic effect of oleanolic acid 3-acetate on ovarian cancer SKOV3 cells and endometrial cancer HEC-1A cells were examined both in vivo and in vitro to explore the underlying mechanisms. Methods: Cytotoxic effects of oleanolic acid 3-acetate were assessed by cell viability, phosphatidylserine exposure on the cell surface, mitochondrial release of cytochrome C, nuclear translocation of apoptosis-inducing factor, depolarization of mitochondrial transmembrane potential (∆Ψm), and generation of reactive oxygen species (ROS). In vivo inhibition of tumor growth was also assessed with xenografts in immunocompromised mice. Results: Oleanolic acid 3-acetate exhibited potent cytotoxicity toward SKOV3 and HEC-1A cells by decreasing cell viability in a concentration-dependent manner. Importantly, oleanolic acid 3-acetate effectively suppressed the growth of SKOV3 cell tumor xenografts in immunocompromised mice. Furthermore, oleanolic acid 3-acetate induced apoptotic cell death as revealed by loss of ∆Ψm, release of cytochrome c, and nuclear translocation of apoptosis-inducing factor with a concomitant activation of many proapoptotic cellular components including poly(ADP-ribose) polymerase, Bcl-2, and caspases-8, caspase-3, and caspase-7. Oleanolic acid 3-acetate, however, caused a decrease in ROS production, suggesting the involvement of an ROS-independent pathway in oleanolic acid 3-acetate-induced apoptosis in SKOV3 and HEC-1A cells. Conclusion: These findings support the notion that oleanolic acid 3-acetate could be used as a potent anticancer supplementary agent against ovarian and endometrial cancer. Oleanolic acid 3-acetate exerts its proapoptotic effects through a rather unique molecular mechanism that involves an unconventional ROS-independent but mitochondria-mediated pathway.
Curcumin, a dietary pigment in turmeric, posseses anti-carcinogenic and anti-metastatic properties. The present study was conducted to study in vitro chemopreventive effects of curcumin in transformed breast cells. Here, we show that curcumin inhibits H-ras-induced invasive phenotype in MCF10A human breast epithelial cells (H-ras MCF10A) and downregulates matrix metalloproteinase (MMP)-2 dose-dependently. Curcumin exerted cytotoxic effect on H-ras MCF10A cells in a concentration-dependent manner. Curcumin-induced cell death was mainly due to apoptosis in which a prominent downregulation of Bcl-2 and upregulation of Bax were involved. We also suggest a possible involvement of caspase-3 in curcumin-induced apoptosis. Curcumin treatment resulted in the production of reactive oxygen species (ROS) in H-ras MCF10A cells. Apoptotic event by curcumin was significantly inhibited by pretreatment of an antioxidant N-acetyl-$_L$-cysteine (NAC), suggesting redox signaling as a mechanism responsible for curcumin-induced apoptosis in H-ras MCF10A cells. Taken together, our results demonstrate that curcumin inhibits invasion and induces apoptosis, proving the chemopreventive potential of curcumin .
Nam, Jeong Bin;Park, Hyung Bin;Jung, Ji Young;Yang, Jae-Kyung
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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v.42
no.5
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pp.523-532
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2014
This study was done to evaluate the antioxidant effect of oak hot water extracts on the oxidative stress induced by reactive oxygen species (ROS). The cytotoxicity of $H_2O_2$-induced oxidative stress was performed by 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) assay for the cell viability according to the dose-dependent treatment. Oak extracts demonstrated a dose-dependent ability to inhibit $H_2O_2$-induced apoptosis in cultured tenofibroblasts, as assessed by MTT assay and FACS analysis. $H_2O_2$ increased the phosphorylation of extracellular regulated kinase1/2 (ERK1/2) and of c-Jun N-terminal kinase (JNK) and the production of reactive oxygen species (ROS). In contrast, treatment with oak extracts was decreased this activation of ERK1/2 and JNK, as confirmed by western blot analysis, and reduced the production of ROS, as verified by fluorescent microscopic and flow cytometry (FACS) analyses. These findings suggest that oak extracts, by suppressing JNK, ERK1/2, and intracellular ROS production, have a concentration-dependent antiapoptotic effect on achilles tenofibroblasts exposed to an oxidative stressor, and may have therapeutic potential.
Silver nanoparticles (AgNPs) are widely used nanoparticles and they are mainly used in antibacterial and personal care products. In this study, we evaluated the effect of AgNPs on cell death induction in the murine dendritic cell line DC2.4. DC2.4 cells exposed to AgNPs showed a marked decrease in cell viability and an induction of lactate dehydrogenase (LDH) leakage in a time- and dose-dependent manner. In addition, AgNPs promoted reactive oxygen species (ROS)-dependent apoptosis and AgNP-induced ROS triggered a decrease in mitochondrial membrane potential. The activation of the intracellular signal transduction pathway was also observed in cells cultured with AgNPs. Taken together, our data demonstrate that AgNPs are able to induce a cytotoxic effect in DCs through ROS generation. This study provides important information about the safety of AgNPs that may help in guiding the development of nanotechnology applications.
Background: Ginsenoside Rg3, a primary bioactive component of red ginseng, has anti-cancer effects. However, the effects of Rg3-enriched ginseng extract (Rg3RGE) on apoptosis and autophagy in breast cancer have not yet been investigated. In the present study, we explored the anti-tumor effects of Rg3RGE on breast cancer cells stimulated CoCl2, a mimetic of the chronic hypoxic response, and determined the operative mechanisms of action. Methods: The inhibitory mechanisms of Rg3RGE on breast cancer cells, such as apoptosis, autophagy and ROS levels, were detected both in vitro. To determine the anti-cancer effects of Rg3RGE in vivo, the cancer xenograft model was used. Results: Rg3RGE suppressed CoCl2-induced spheroid formation and cell viability in 3D culture of breast cancer cells. Rg3RGE promoted apoptosis by increasing cleaved caspase 3 and cleaved PARP and decreasing Bcl2 under the hypoxia mimetic conditions. Further, we identified that Rg3RGE promoted apoptosis by inhibiting lysosomal degradation of autophagosome contents in CoCl2-induced autophagy. We further identified that Rg3RGE-induced apoptotic cell death and autophagy inhibition was mediated by increased intracellular ROS levels. Similarly, in the in vivo xenograft model, Rg3RGE induced apoptosis and inhibited cell proliferation and autophagy. Conclusion: Rg3RGE-stimulated ROS production promotes apoptosis and inhibits protective autophagy under hypoxic conditions. Autophagosome accumulation is critical to the apoptotic effects of Rg3RGE. The in vivo findings also demonstrate that Rg3RGE inhibits breast cancer cell growth, suggesting that Rg3RGE has potential as potential as a putative breast cancer therapeutic.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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