Objectives : The purpose of this study is to examine from various angles the protective effect of Gastrodia elata Blume (GEB) against nerve cell death induced by $\beta$-amyloid by using the cell line SH-SY5Y, which is commonly utilized for toxicity testing in nerve cells, and to find out its mechanism of action. Methods : To begin with, as a result of assessing the rate of cell survival by employing MTT reduction assay, the treatment with $\beta$-amyloid at different concentrations caused cytotoxicity, which was inhibited by preprocessing GEB extract. In addition, after $\beta$-amyloid was processed with the cell SH-SY5Y, apoptosis progressed, which was reduced effectively by processing GEB extract. Results : When cytotoxicity was caused by using hydrogen peroxide, a representative ROS, in order to examine the antioxidant effect of GEB, its protective effect was also observed. Apart from ROS, reactive nitrogen species (RNS) are also known to play a crucial role in nerve cell death. The treatment with the NO donor SNAP increased the production of nitric oxide and the expression of iNOS, which was also inhibited by GEB extract. Meanwhile, as an attempt to find out the mechanism of action explaining the antioxidant effect, the intracellular antioxidant enzyme expressions were measured by RT-PCR, which showed that GEB extract increased the expressions of heme oxygenase-1, GAPDH and $\gamma$-glutamate cysteine ligase. Lastly, GEB extract had a protective effect against impaired memory induced by scopolamine in animal models (in vivo). Conclusions : These findings indicate that GEB has a protective effect against the death of cranial nerve cells, suggesting possibilities for the prevention and treatment of AD.
Hyun Ju Cha;Won Sik Eum;Gi Soo Youn;Jung Hwan Park;Hyeon Ji Yeo;Eun Ji Yeo;Hyun Jung Kwon;Lee Re Lee;Na Yeon Kim;Su Yeon Kwon;Yong-Jun Cho;Sung-Woo Cho;Oh-Shin Kwon;Eun Jeong Sohn;Dae Won Kim;Duk-Soo Kim;Yu Ran Lee;Min Jea Shin;Soo Young Choi
BMB Reports
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제56권4호
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pp.234-239
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2023
Thioredoxin-like protein 1 (TXNL1), one of the thioredoxin superfamily known as redox-regulator, plays an essential in maintaining cell survival via various antioxidant and anti-apoptotic mechanisms. It is well known that relationship between ischemia and oxidative stress, however, the role of TXNL1 protein in ischemic damage has not been fully investigated. In the present study, we aimed to determine the protective role of TXNL1 against on ischemic injury in vitro and in vivo using cell permeable Tat-TXNL1 fusion protein. Transduced Tat-TXNL1 inhibited ROS production and cell death in H2O2-exposed hippocampal neuronal (HT-22) cells and modulated MAPKs and Akt activation, and pro-apoptotic protein expression levels in the cells. In an ischemia animal model, Tat-TXNL1 markedly decreased hippocampal neuronal cell death and the activation of astrocytes and microglia. These findings indicate that cell permeable Tat-TXNL1 protects against oxidative stress in vitro and in vivo ischemic animal model. Therefore, we suggest Tat-TXNL1 can be a potential therapeutic protein for ischemic injury.
Cancer represents one of the most significant threats to human health on a global scale. Hence, the development of effective cancer prevention strategies, as well as the discovery of novel therapeutic agents against cancer, is urgently required. In light of this challenge, this research aimed to evaluate the effects of several potent bioactive peptides and proteins contained in crocodile white blood cell extract (cWBC) against LU-1, LNCaP, PC-3, MCF-7, and CaCo-2 cancer cell lines. The results demonstrate that 25, 50, 100, and $200{\mu}g/ml$ cWBC exhibits a strong cytotoxic effect against all investigated cell lines ($IC_{50}$$70.34-101.0{\mu}g/ml$), while showing no signs of cytotoxicity towards noncancerous Vero and HaCaT cells. Specifically, cWBC treatment caused a significant reduction in the cancerous cells' colony forming ability. A remarkable suppression of cancerous cell migration was observed after treatment with cWBC, indicating potent antimetastatic properties. The mechanism involved in the cancer cell cytotoxicity of cWBC may be related to apoptosis induction, as evidenced by typical apoptotic morphology features. Moreover, certain cWBC concentrations induced significant overproduction of ROS and significantly inhibited the $S-G_2/M$ transition in the cancer cell. The molecular mechanisms of cWBC in apoptosis induction were to decrease Bcl-2 and XIAP expression levels and increase the expression levels of caspase-3, caspase-8, and p53. These led to a decrease in the expression level of the cell cycle-associated gene cyclin-B1 and the arrest of cell population growth. Consequently, these findings demonstrate the prospect of the use of cWBC for cancer therapy.
We compared the antibacterial activities of spermidine and astaxanthin against two gram-positive bacteria such as Streptococcus parauberis and S. iniae to find new antibacterial candidates. We also evaluated the preventive effects of spermidine against oxidative stress-induced cytotoxicity in C2C12 myoblasts. Our results indicated that spermidine has more significant antibacterial activities than astaxanthin against both two fish pathogenic bacteria as well as gram-negative bacteria Escherichia coli used as a control group. Minimum inhibitory concentration and minimum bactericidal concentration of spermidine were 0.25 mM and 1 mM against S. parauberis, 1 mM and 3 mM against S. iniae, and 0.5 mM and 1.5 mM against E. coli, respectively. In addition, the postantibiotic effect lasted from 7 h, 5 h and 6 h for S. parauberis, S. iniae and E. coli, respectively. The results also showed that the decreased C2C12 cell viability by H2O2 could be attributed to the induction of DNA damage and apoptosis accompanied by the increased production of reactive oxygen species, which was remarkably protected by spermidine. Additionally, the antioxidant effect of spermidine was associated with the activation of Nrf2 signaling pathway. According to the data, spermidine may be a potential lead compound which can be further optimized to discover novel antibacterial and antioxidant agents.
The $Na^+/H^+$ exchanger is responsible for maintaining the acidic tumor microenvironment through its promotion of the reabsorption of extracellular $Na^+$ and the extrusion of intracellular $H^+$. The resultant increase in the extracellular acidity contributes to the chemoresistance of malignant tumors. In this study, the chemosensitizing effects of cariporide, a potent $Na^+/H^+-exchange$ inhibitor, were evaluated in human malignant mesothelioma H-2452 cells preadapted with lactic acid. A higher basal level of phosphorylated (p)-AKT protein was found in the acid-tolerable H-2452AcT cells compared with their parental acid-sensitive H-2452 cells. When introduced in H-2452AcT cells with a concentration that shows only a slight toxicity in H-2452 cells, cariporide exhibited growth-suppressive and apoptosis-promoting activities, as demonstrated by an increase in the cells with pyknotic and fragmented nuclei, annexin V-PE(+) staining, a $sub-G_0/G_1$ peak, and a $G_2/M$ phase-transition delay in the cell cycle. Preceding these changes, a cariporide-induced p-AKT down-regulation, a p53 up-regulation, an ROS accumulation, and the depolarization of the mitochondrial-membrane potential were observed. A pretreatment with the phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K) inhibitor LY294002 markedly augmented the DNA damage caused by the cariporide, as indicated by a much greater extent of comet tails and a tail moment with increased levels of the p-histone H2A.X, $p-ATM^{Ser1981}$, $p-ATR^{Ser428}$, $p-CHK1^{Ser345}$, and $p-CHK2^{Thr68}$, as well as a series of pro-apoptotic events. The data suggest that an inhibition of the PI3K/AKT signaling is necessary to enhance the cytotoxicity toward the acidtolerable H-2452AcT cells, and it underlines the significance of proton-pump targeting as a potential therapeutic strategy to overcome the acidic-microenvironment-associated chemotherapeutic resistance.
The mechanistic functions of 3-deoxysappanchalcone (3-DSC), a chalcone compound known to have many pharmacological effects on lung cancer, have not yet been elucidated. In this study, we identified the comprehensive anti-cancer mechanism of 3-DSC, which targets EGFR and MET kinase in drug-resistant lung cancer cells. 3-DSC directly targets both EGFR and MET, thereby inhibiting the growth of drug-resistant lung cancer cells. Mechanistically, 3-DSC induced cell cycle arrest by modulating cell cycle regulatory proteins, including cyclin B1, cdc2, and p27. In addition, concomitant EGFR downstream signaling proteins such as MET, AKT, and ERK were affected by 3-DSC and contributed to the inhibition of cancer cell growth. Furthermore, our results show that 3-DSC increased redox homeostasis disruption, ER stress, mitochondrial depolarization, and caspase activation in gefitinib-resistant lung cancer cells, thereby abrogating cancer cell growth. 3-DSC induced apoptotic cell death which is regulated by Mcl-1, Bax, Apaf-1, and PARP in gefitinib-resistant lung cancer cells. 3-DSC also initiated the activation of caspases, and the pan-caspase inhibitor, Z-VAD-FMK, abrogated 3-DSC induced-apoptosis in lung cancer cells. These data imply that 3-DSC mainly increased mitochondria-associated intrinsic apoptosis in lung cancer cells to reduce lung cancer cell growth. Overall, 3-DSC inhibited the growth of drug-resistant lung cancer cells by simultaneously targeting EGFR and MET, which exerted anti-cancer effects through cell cycle arrest, mitochondrial homeostasis collapse, and increased ROS generation, eventually triggering anti-cancer mechanisms. 3-DSC could potentially be used as an effective anti-cancer strategy to overcome EGFR and MET target drug-resistant lung cancer.
Background: RhoGTPase-activating proteins (RhoGAPs) regulate RhoGTPases in cells, but whether individual reactive oxygen species (ROS) regulate RhoGAPs is unknown. Our previous published papers have shown that deleted in liver cancer 1 (DLC1) inhibits cancer cell migration by its RhoGAP activity. The present study was designed to explore the role of $H_2O_2$ in regulation of DLC1. Materials and Methods: We treated cells with $H_2O_2$ for 24h and phenotypic changes were analyzed by MTT, RT-PCR, Western blotting, immunofluorescence staining and wound healing assays. Results: $H_2O_2$ downregulated cyclin D1 and cyclin E to inhibit proliferation, and upregulated BAX to induce apoptosis in MCF-7 cells. Compared with non-tumorigenic cells, $H_2O_2$ increased expression of DLC1 and reduced activity of RhoA in cancer cells. Stress fiber production and migration were also suppressed by $H_2O_2$ in MDA-MB-231 cells. Conclusions: Our study suggests that $H_2O_2$ inhibits proliferation through modulation of cell cycle and apoptosis-related genes, and inhibits migration by decreasing stress fibers via DLC1/RhoA signaling.
Pyracantha is a genus of thorny evergreen large shrubs in the family of Rosaceae, with common names Firethorn or Pyracantha. It's extract has also been used in cosmetics as a skin-whitening agent and functioning through tyrosinase inhibition. Recent studies have shown that pyracantha extract possesses antioxidant activities and may significantly improve lipoprotein metabolism in rats. Although the mode of action of Pyracantha extract is not fully understood, a strong relationship was observed between antioxidant and apoptosis in some types of cells. Thus, the aim of this study was to evaluated the effect of pyracantha extract on blastocysts formation and their quality of the porcine parthenogenetic embryos. After parthenogenetic activation by chemicals, presumptive porcine parthenogenetic embryos were cultured in PZM-3 medium supplemented with extracts of pyracantha leaf, stalk and root for 6 day (1, 5 and $10{\mu}g/ml$, respectively). In our results, the frequency of blastocyst formation in pyracantha root extract ($5{\mu}g/ml$) treated group had increased that of other groups. Furthermore, blastocysts derived from pyracantha root extract ($5{\mu}g/ml$) treated group had increased the total cell numbers and reduced apoptotic index. Blastocyst development was significantly improved in the pyracantha root extract ($5{\mu}g/ml$) treated group when compared with the $H_2O_2$ treated group (p<0.05). Subsequent evaluation of the intracellular levels of ROS in pyracantha root extract ($5{\mu}g/ml$) treated groups under $H_2O_2$ induced oxidative stress were decreased (p<0.05). In conclusion, our results indicate that treatment of pyracantha root extract may improve in vitro development of porcine parthenogenetic embryos through its antioxidative and antiapoptotic effects.
Akebiae Caulis is a galenical originated from Akebia quinata Decaisne species. It is commonly used in the treatment of oposiuria, inflammation, nociceptive and fever. Here, we investigated the effect of Akebiae Caulis extract (ACE) to protect hepatocyte against the malfunction of mitochondria and apoptosis. Arachidonic acid (AA)+iron promoted excessive reactive oxygen species (ROS) production and exerted a deleterious effect on mitochondria. Treatment with ACE protected hepatocytes from AA+iron-induced cytotoxicity, as shown by alterations in the protein levels related with apoptosis such as poly(ADP-ribose) polymerase, pro-caspase 3, Bcl-XL and Bcl-2. Moreover, AA+iron-induced $H_2O_2$ production, GSH depletion and mitochondrial dysfunction were alleviated by ACE pretreatment. As a potential molecular mechanism for the ACE-mediated cytoprotection, phosphorylation of AMP-activated protein kinase (AMPK), a key regulator in determining cell survival or death, was increased by ACE. Moreover, ACE treatment enhanced inactive phosphorylation of glycogen synthase kinase-$3{\beta}$ ($GSK3{\beta}$), downstream substrate kinase of AMPK. More importantly, ACE prevented a decrease in the $GSK3{\beta}$ phosphorylation derived by AA+iron, which might contribute to mitohondiral protection and cell survival. To further identify essential compounds in Akebiae Caulis for the protection of AA+iron-mediated cytotoxicity, we found that betulin in combination with hederagenin protected from AA+iron-induced mitochondrial dysfunction. Betulin+hederagenin treatment also increased inactive phosphorylation of $GSK3{\beta}$ in common with ACE. These results suggest that ACE protected hepatocytes against oxidative stress and mitochondrial dysfunction, which is mediated with inactive $GSK3{\beta}$ phosphorylation downstream of AMPK.
라이소좀은 산성가수분해 효소를 가진 세포 내 소기관으로 단백질 및 고분자를 분해한다. 영양분 상태에 따라 세포 내 다양한 신호 전달 경로를 조절하는 신호 경로 중추로, 세포 항상성 조절에 중요한 역할을 한다. 따라서 이러한 라이소좀의 기능 이상은 라이소좀 저장질환, 퇴행성 신경질환 및 암을 발생시킬 수 있다. 암세포에서는 다양한 자극에 의한 lysosomal membrane permeabilization (LMP)가 일어날 수 있으며, 카텝신과 같은 라이소좀 내 효소 및 내용물이 세포질로 유출되어 다양한 형태의 라이소좀 의존적인 암세포사멸을 유도한다. 본 보고에서는 LMP 증가를 통한 다양한 형태의 세포사멸 유도 기전 및 항암제 민감성 증진에 대해 서술하였다. 미미한 LMP 유도는 일부 카텝신이 세포질로 유출되어 전형적인 세포사멸(apoptosis)을 일으키는 반면 강력한 LMP 유도는 라이소좀의 파열로 많은 카텝신 및 활성산소의 유출로 non-apoptotic 세포사멸을 일으킨다. 이러한 LMP 유도는 라이조솜 내에 포획된 항암제가 세포질로 유출되어 다른 타겟 소기관으로 작용하여 항암제에 대한 내성을 극복하고 민감성을 증진시킬 수 있다. 따라서, LMP 유도제 및 라이소좀 항성 작용제(lysosomotropic agent)에 의한 라이소좀 막 분열은 종양치료에 있어 새로운 전략이 될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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