Cancer is frequently considered to be a disease of the cell cycle. As such, it is not surprising that the deregulation of the cell cycle is one of the most frequent alterations during tumor development. Cell cycle progression is a highly-ordered and tightly-regulated process that involves multiple checkpoints that assess extracellular growth signals, cell size, and DNA integrity. Cyclin-dependent kinases (CDKs) and their cyclin partners are positive regulators of accelerators that induce cell cycle progression; whereas, cyclin-dependent kinase inhibitors (CKIs) that act as brakes to stop cell cycle progression in response to regulatory signals are important negative regulators. Cancer originates from the abnormal expression of activation of positive regulators and functional suppression of negative regulators. Therefore, understanding the molecular mechanisms of the deregulation of cell cycle progression in cancer can provide important insights into how normal cells become tumorigenic, as well as how cancer treatment strategies can be designed.
Pan, Li;Zhao, Yuan;Yuan, Zhijie;Farouk, Mohammed Hamdy;Zhang, Shiyao;Bao, Nan;Qin, Guixin
Molecules and Cells
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제40권2호
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pp.109-116
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2017
Soybean agglutinin (SBA) is an anti-nutritional factor of soybean, affecting cell proliferation and inducing cytotoxicity. Integrins are transmembrane receptors, mediating a variety of cell biological processes. This research aims to study the effects of SBA on cell proliferation and cell cycle progression of the intestinal epithelial cell line from piglets (IPEC-J2), to identify the integrin subunits especially expressed in IPEC-J2s, and to analyze the functions of these integrins on IPEC-J2 cell cycle progression and SBA-induced IPEC-J2 cell cycle alteration. The results showed that SBA lowered cell proliferation rate as the cell cycle progression from G0/G1 to S phase (P < 0.05) was inhibited. Moreover, SBA lowered mRNA expression of cell cycle-related gene CDK4, Cyclin E and Cyclin D1 (P < 0.05). We successfully identified integrins ${\alpha}2$, ${\alpha}3$, ${\alpha}6$, ${\beta}1$, and ${\beta}4$ in IPEC-J2s. These five subunits were crucial to maintain normal cell proliferation and cell cycle progression in IPEC-J2s. Restrain of either these five subunits by their inhibitors, lowered cell proliferation rate, and arrested the cells at G0/G1 phase of cell cycle (P < 0.05). Further analysis indicated that integrin ${\alpha}2$, ${\alpha}6$, and ${\beta}1$ were involved in the blocking of G0/G1 phase induced by SBA. In conclusion, these results suggested that SBA lowered the IPEC-J2 cell proliferation rate through the perturbation of cell cycle progression. Furthermore, integrins were important for IPEC-J2 cell cycle progression, and they were involved in the process of SBA-induced cell cycle progression alteration, which provide a basis for further revealing SBA anti-proliferation and anti-nutritional mechanism.
Genistein, a inhibitor of the progression of G$_{1}$ and G$_{2}$ phase of the mammalian cell cycle, was discovered through a unique screening system, in which effects of microbial metabolites on the cycle progression of the cultured mouse mammalian carcinoma cell were monitored by flow cytometry. The inhibitor was extracted from the fermentation broth of Streptomyces sp. ZF10 with ethyl acetate, and purified by silica gel column chromatography and HPLC.
Iron binding lactoferrin (Lf) is involved in the control of cell cycle progression. However, the molecular basis underlying the effects of Lf on cell cycle control, as well as its target genes, remains incompletely understood. In this study, we have demonstrated that a relatively low level of ironsaturated Lf, Lf($Fe^{3+}$), can stimulate S phase cell cycle entry, and requires Akt activation in MCF-7 cells. Lf($Fe^{3+}$) immediately induced Akt phosphorylation at Ser473, which subsequently induced the phosphorylation of two G1-checkpoint Cdk inhibitors, $p21^{Cip/WAF1}$ and $p27^{kip1}$. The Lf($Fe^{3+}$)-induced phosphorylation of Cdk inhibitors impaired their nuclear import behavior, thereby inducing cell cycle progression. However, the treatment of cells with a PI3K inhibitor, LY294002, almost completely blocked Lf($Fe^{3+}$)-stimulated cell cycle progression. LY294002 treatment abrogated Lf($Fe^{3+}$)-induced Akt activation, and prevented the cytoplasmic localization of $p27^{kip1}$. Higher levels of $p21^{Cip/WAF1}$ were also detected in the cytoplasmic sub-cellular compartment as a measure of cellular response to Lf($Fe^{3+}$). Consequently, the degree of phosphorylation of retinoblastoma protein was enhanced in response to Lf($Fe^{3+}$). Therefore, we conclude that Lf($Fe^{3+}$), as a potential antagonist of Cdk inhibitors, can facilitate the functions of E2F during progression to S phase via the Akt signaling pathway.
FAM46B is a member of the family with sequence similarity 46. Little is known about the expression and functional role (s) of FAM46B in prostate cancer (PC). In this study, the expression of FAM46B expression in The Cancer Genome Atlas, GSE55945, and an independent hospital database was measured by bioinformatics and real-time PCR analysis. After PC cells were transfected with siRNA or a recombinant vector in the absence or presence of a ${\beta}$-catenin signaling inhibitor (XAV-939), the expression levels of FAM46B, C-myc, Cyclin D1, and ${\beta}$-catenin were measured by western blot and realtime PCR. Cell cycle progression and cell proliferation were measured by flow cytometry and the CCK-8 assay. The effects of FAM46B on tumor growth and protein expression in nude mice with PC tumor xenografts were also measured. Our results showed that FAM46B was downregulated but that ${\beta}$-catenin was upregulated in patients with PC. FAM46B silencing promoted cell proliferation and cell cycle progression in PC, which were abrogated by XAV-939. Moreover, FAM46B overexpression inhibited PC cell cycle progression and cell proliferation in vitro and tumor growth in vivo. FAM46B silencing promoted ${\beta}$-catenin protein expression through the inhibition of ${\beta}$-catenin ubiquitination. Our data clearly show that FAM46B inhibits cell proliferation and cell cycle progression in PC through ubiquitination of ${\beta}$-catenin.
Retinoic acid plays an important role in the regulation of cell growth and differentiation. In our present study, we evaluated the effects of all-trans retinoic acid (RA) on cell proliferation and on the cell cycle regulation of human gingival fibroblasts (HGFs). Cell proliferation was assessed using the MTT assay. Cell cycle analysis was performed by flow cytometry, and cell cycle regulatory proteins were determined by western blot. Cell proliferation was increased in the presence of a 0.1 nM to 1 ${\mu}M$ RA dose range, and maximal growth stimulation was observed in cells exposed to 1 nM of RA. Exposure of HGFs to 1 nM of RA resulted in an augmented cell cycle progression. To elucidate the molecular mechanisms underlying cell cycle regulation by RA, we measured the intracellular levels of major cell cycle regulatory proteins. The levels of cyclin E and cyclin-dependent kinase (CDK) 2 were found to be increased in HGFs following 1 nM of RA treatment. However, the levels of cyclin D, CDK 4, and CDK 6 were unchanged under these conditions. Also after exposure to 1 nM of RA, the protein levels of $p21^{WAF1/CIP1}$ and $p16^{INK4A}$ were decreased in HGFs compared with the control group, but the levels of p53 and pRb were similar between treated and untreated cells. These results suggest that RA increases cell proliferation and cell cycle progression in HGFs via increased cellular levels of cyclin E and CDK 2, and decreased cellular levels of $p21^{WAF1/CIP1}$ and $p16^{INK4A}$.
Cell cycle progression is regulated by both transcriptional and post-transcriptional mechanisms. MicroRNAs (miRNAs) emerge as a new class of small non-coding RNA regulators of cell cycle as recent evidence suggests. It is hypothesized that expression of specific miRNAs oscillates orderly along with cell cycle progression. However, the oscillated expression patterns of many candidate miRNAs have yet to be determined. Here, we describe miRNA expression profiling in double-thymidine synchronized HeLa cells as cell cycle progresses. Twenty-five differentially expressed miRNAs were classified into five groups based on their cell cycle-dependent expression patterns. The cyclic expression of six miRNAs (miR-221, let-7a, miR-21, miR-34a, miR-24, miR-376b) was validated by real-time quantitative RT-PCR (qRT-PCR). These results suggest that specific miRNAs, along with other key factors are required for maintaining and regulating proper cell cycle progression. The study deepens our understanding on cell cycle regulation.
Albizzia julibrissin belonging to the family Leguminosae has been used for the treatment of contusion, sore throat, amnesia, and insomnia in Oriental traditional medicine. The water extract of A. julibrissin induced apoptosis in Jurkat T-acute lymphoblastic leukemia (ALL) cells as measured by cell morphology. The capability of this herb medicine to induce apoptosis was associated with proteolytic cleavage of specific target protein such as beta-catenin protein suggesting the possible involvement of caspases. The purpose of the present study is also to investigate the effect of A. julibrissin on cell cycle progression. Our results showed that GI checkpoint related gene products (cyclin D1, cyclin dependent kinase 4, retinoblastoma, E2F1) were decreased in their protein levels in a dose-dependent manners after treatment of the extract. These results indicate that the increase of apoptotic cell death by A. julibrissin may be due to the inhibition of cell cycle progression in wild type p53-lacking Jurkat cells.
Helicobacter pylori, a group 1 carcinogen, colonizes the stomach and affects the development of stomach diseases. Progranulin (PGRN) is an autocrine growth factor that regulates multiple cellular processes and plays a tumorigenic role in many tissues. Nevertheless, the mechanism of action of PGRN in gastric cancer caused by H. pylori infection remains unclear. Here, we investigated the role of PGRN in cell cycle progression and the cell proliferation induced by H. pylori infection. We found that the increased PGRN was positively associated with CDK4 expression in gastric cancer tissue. PGRN was upregulated by H. pylori infection, thereby promoting cell proliferation, and that enhanced level of proliferation was reduced by PGRN inhibitor. CDK4, a target gene of PGRN, is a cyclin-dependent kinase that binds to cyclin D to promote cell cycle progression, which was upregulated by H. pylori infection. We also showed that knockdown of CDK4 reduced the higher cell cycle progression caused by upregulated PGRN. Moreover, when the PI3K/Akt signaling pathway (which is promoted by PGRN) was blocked, the upregulation of CDK4 mediated by PGRN was reduced. These results reveal the potential mechanism by which PGRN plays a major role through CDK4 in the pathological mechanism of H. pylori infection.
Psammaplin A (PSA), a naturally occurring biophenolic compound has been demonstrated to deliver significant cytotoxicity to many cancer cell lines. In this article, we investigated the effect of PSA on cell cycle progression of lung cancer cells (A549). It was found that PSA could slightly perturb the cell cycle progression of A549 cells and lead to the cell cycle arrest at G2/M phase, indicating PSA might disturb the mitosis process of A549 cells. In addition, inspired by the two phenolic groups in the structure of PSA, the antioxidant activity of it has been evaluated. Although PSA was weak in scavenging the stable free radical 1,1-diphenyl-2-picrylhyrazyl (DPPH), it showed stronger ABTS radical scavenging activity than ascorbic acid in TEAC assay. Furthermore, it was found that PSA could effectively prevent DNA strand scission induced by oxidative stress. These results suggest that PSA have both cell cycle regulation and antioxidant activities. Herein, we suggest that PSA would be a very interesting and promising candidate to be developed as a multi-function drug.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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