Young Hyun Che;In Young Choi;Chan Eui Song;Chulsoo Park;Seung Kwon Lim;Jeong Hee Kim;Su Haeng Sung;Jae Hoon Park;Sun Lee;Yong Jun Kim
International Journal of Stem Cells
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제16권3호
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pp.269-280
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2023
Background and Objectives: The colonic epithelial layer is a complex structure consisting of multiple cell types that regulate various aspects of colonic physiology, yet the mechanisms underlying epithelial cell differentiation during development remain unclear. Organoids have emerged as a promising model for investigating organogenesis, but achieving organ-like cell configurations within colonic organoids is challenging. Here, we investigated the biological significance of peripheral neurons in the formation of colonic organoids. Methods and Results: Colonic organoids were co-cultured with human embryonic stem cell (hESC)-derived peripheral neurons, resulting in the morphological maturation of columnar epithelial cells, as well as the presence of enterochromaffin cells. Substance P released from immature peripheral neurons played a critical role in the development of colonic epithelial cells. These findings highlight the vital role of inter-organ interactions in organoid development and provide insights into colonic epithelial cell differentiation mechanisms. Conclusions: Our results suggest that the peripheral nervous system may have a significant role in the development of colonic epithelial cells, which could have important implications for future studies of organogenesis and disease modeling.
The morphological development of colonic epithelia in fetuses between 60-. 90-, and 120-days gestation and neonates of Korean native goat were investigated by transmission electron microscopy. In the 60-day-old fetuses, the colonic epithelial cells contained nuclei, nucleoli, mitochondria, free ribosomes, and shoo granular and agranular endoplasmic reticula. The zonula occludens, zonula adherens, desmosomes, short microvilli, and masses of glycogen granules were also obsrved. The goblet cells contained a few secretory granules. In the 90-day-old fetuses, the cell organelles of the colonic epithelial cells were better developed than those in the 60 day old fetuses. Increased number of endoplasmic reticula, digitiform intercellular junctions, mitochondria, and Golgi complexes was observed. The goblet cells contained a lot of secretory granules. In the 120-day-old fetuses, the colonic epithelial cells contained long microvilli and well developed cell organelles. The nuclear cleft and large intercellular space were also appeared. Nunerous fibroblasts were seen in the basement membrane. The number of goblet cells was further observed. In the 120 day old fetuses, all colonic epithelial cells shape simple columnar cells. In newborns, the colonic epithelial cells were covered with extensive microvilli. There were many goblet cells with a lot of secretory granules protruding into the intestinal lumen, and some goblet cells secreted their secretory granules into the lumen. In the 60-and 90-day-old fetuses, the colonic epithelial cells appeared to be either simple columnar or stratified columnar depending on areas.
Kim, Kyeong Ah;Min, Arim;Lee, Young Ah;Shin, Myeong Heon
Parasites, Hosts and Diseases
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제52권5호
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pp.459-469
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2014
Entamoeba histolytica is a tissue-invasive protozoan parasite causing dysentery in humans. During infection of colonic tissues, amoebic trophozoites are able to kill host cells via apoptosis or necrosis, both of which trigger IL-8-mediated acute inflammatory responses. However, the signaling pathways involved in host cell death induced by E. histolytica have not yet been fully defined. In this study, we examined whether calpain plays a role in the cleavage of pro-survival transcription factors during cell death of colonic epithelial cells, induced by live E. histolytica trophozoites. Incubation with amoebic trophozoites induced activation of m-calpain in a time- and dose-dependent manner. Moreover, incubation with amoebae resulted in marked degradation of STAT proteins (STAT3 and STAT5) and NF-${\kappa}B$ (p65) in Caco-2 cells. However, $I{\kappa}B$, an inhibitor of NF-${\kappa}B$, was not cleaved in Caco-2 cells following adherence of E. histolytica. Entamoeba-induced cleavage of STAT proteins and NF-${\kappa}B$ was partially inhibited by pretreatment of cells with a cell-permeable calpain inhibitor, calpeptin. In contrast, E. histolytica did not induce cleavage of caspase-3 in Caco-2 cells. Furthermore, pretreatment of Caco-2 cells with a calpain inhibitor, calpeptin (but not the pan-caspase inhibitor, z-VAD-fmk) or m-calpain siRNA partially reduced Entamoeba-induced DNA fragmentation in Caco-2 cells. These results suggest that calpain plays an important role in E. histolytica-induced degradation of NF-${\kappa}B$ and STATs in colonic epithelial cells, which ultimately accelerates cell death.
Intestinal epithelial cells (IEC) play an important role in the mucosal immune system. IEC-derived mediators of inflammatory cascades play a principal role in the development of colon inflammation. The aim of this study was to investigate the inhibitory effect of aqueous extracts of Schizandra chinensis fruits (SC-Ex) on the production of inflammatory mediators by the human colonic epithelial cells. HT-29 cells were stimulated with dextran sulfate sodium in the presence or absence of SC-Ex to examine the cytoprotection and production of IL-8 and reactive oxygen species (ROS). It was shown that dextran sulfate sodium (DSS) caused the reduction of cell viability and production of IL-8 and ROS in DSS-treated HT-29 cells. We observed that the treatment of SC-Ex protected significantly cell proliferation from DSS-induced damage in dose-dependent manner. SC-Ex (10 and 100 ${\mu}g$/ml) also suppressed DSS-induced production of IL-8 mRNA and protein. Moreover, DSS-induced ROS production was inhibited markedly by the treatment of 100 ${\mu}g$/ml SC-Ex. These results suggest that SC-Ex has the protective effects on DSS-induced cell damage and the release of inflammatory mediators in the intestinal epithelial cells.
Kim, Dae Hong;Lee, Ik Hwan;Nam, Seung Taek;Nam, Hyo Jung;Kang, Jin Ku;Seok, Heon;Hwang, Jae Sam;Kim, Ho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제24권5호
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pp.696-703
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2014
Clostridium difficile causes mucosal damage and diarrhea by releasing two exotoxins: toxin A and toxin B. C. difficile colitis is associated with alterations in bowel flora and the failure to mount an effective antibody response. The aim of the current study was to investigate whether antitoxin sera prevent toxin-A-induced apoptosis, cytoskeletal disaggregation, cell detachment, and tight junction loss in cultured colonic epithelial cells. Serum samples were isolated from mice that survived a C. difficile infection following antibiotic treatment, and the antitoxin effects of these samples were investigated in toxin-A-exposed HT29 colonic epithelial cells and a toxin-A-induced animal model of gut inflammation. Unchallenged mice did not produce IgG against toxin A, whereas serum (antiserum) from C. difficile-challenged mice showed significant IgG responses against toxin A. Treatment with the antiserum markedly inhibited mucosal damage and inflammation in the toxin-A-treated mouse model. In contrast to control mouse serum, the antiserum also markedly inhibited toxin-A-induced DNA fragmentation, dephosphorylation of paxillin and Epo receptor (EpoR), deacetylation of tubulin, and upregulation of p21(WAF1/CIP1) and p53. Taken together, these results reveal that the generated antitoxin serum has biotherapeutic effects in preventing various C. difficile toxin-A-induced cellular toxicities.
Entamoeba histolytica is an enteric tissue-invading protozoan parasite that can cause amebic colitis and liver abscess in humans. E. histolytica has the capability to kill colon epithelial cells in vitro; however, information regarding the role of calpain in colon cell death induced by ameba is limited. In this study, we investigated whether calpains are involved in the E. histolytica-induced cell death of HT-29 colonic epithelial cells. When HT-29 cells were co-incubated with E. histolytica, the propidium iodide stained dead cells markedly increased compared to that in HT-29 cells incubated with medium alone. This pro-death effect induced by ameba was effectively blocked by pretreatment of HT-29 cells with the calpain inhibitor, calpeptin. Moreover, knockdown of m- and ${\mu}$-calpain by siRNA significantly reduced E. histolytica-induced HT-29 cell death. These results suggest that m- and ${\mu}$-calpain may be involved in colon epithelial cell death induced by E. histolytica.
Quercetin is one of the most distributed flavonoids in the plant kingdom and occurs naturally in a wide range of fruits and vegetables. This study was undertaken to determine whether quercetin exerts beneficial effect against necrotic and apoptotic cell death induced by hydrogen peroxide ($H_2O2$) in intestinal cells using the human-derived cultured T84 colonic epithelial cell line. Necrotic cell death was induced by exposing cells to 0.5 mM $H_2O_2$ for 2 h and apoptosis was induced by incubating cells in normal culture medium for 18 h following exposure of cells to 0.5 mM $H_2O2$ for 2 h. Cell viability was evaluated by the trypan blue exclusion assay and apoptosis was assessed by Hoechst 33258 staining and flow cytometry. $H_2O_2$ induced necrotic cell death in a time and dose-dependent fashion. Both necrotic and apoptotic cell deaths were not prevented by the antioxidants N,N'-diphenyl-p-phenylenediamine(DPPD) and Trolox, whereas both cell deaths induced by the organic hydroperoxide t-butylhydroperoxide (tBHP) were prevented by DPPD, suggesting that $H_2O_2$ induces cell death through a lipid peroxidation-independent mechanism. $H_2O2$-induced necrotic death was prevented by deferoxamine and 3-aminobenzamide, while the apoptotic cell death was not affected by these agents. Quercetin prevented both necrotic and apoptotic cell deaths induced by $H_2O_2$ in a dose-dependent manner. $H_2O_2$ caused activation of poly (ADP-ribose) polmerase (PARP), which was inhibited by deferoxamine, 3-aminobenzamide, and quercetin, but not DPPD. These results indicate that quercetin inhibits both necroticand apoptotic deaths of T84 cells. The anti-necrotic effect of quercetin may be attributed to its iron chelator activity rather than a direct $H_2O_2$ scavenging capacity and antioxidant. The present study suggests that quercetin may play a therapeutic role in the treatment of human gastrointestinal diseases mediated by oxidants.
Kim, Kyeong Ah;Kim, Ju Young;Lee, Young Ah;Min, Arim;Bahk, Young Yil;Shin, Myeong Heon
Parasites, Hosts and Diseases
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제51권1호
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pp.61-68
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2013
Entamoeba histolytica, which causes amoebic colitis and occasionally liver abscess in humans, is able to induce host cell death. However, signaling mechanisms of colon cell death induced by E. histolytica are not fully elucidated. In this study, we investigated the signaling role of NOX in cell death of HT29 colonic epithelial cells induced by E. histolytica. Incubation of HT29 cells with amoebic trophozoites resulted in DNA fragmentation that is a hallmark of apoptotic cell death. In addition, E. histolytica generate intracellular reactive oxygen species (ROS) in a contact-dependent manner. Inhibition of intracellular ROS level with treatment with DPI, an inhibitor of NADPH oxidases (NOXs), decreased Entamoebainduced ROS generation and cell death in HT29 cells. However, pan-caspase inhibitor did not affect E. histolytica-induced HT29 cell death. In HT29 cells, catalytic subunit NOX1 and regulatory subunit Rac1 for NOX1 activation were highly expressed. We next investigated whether NADPH oxidase 1 (NOX1)-derived ROS is closely associated with HT29 cell death induced by E. histolytica. Suppression of Rac1 by siRNA significantly inhibited Entamoeba-induced cell death. Moreover, knockdown of NOX1 by siRNA, effectively inhibited E. histolytica-triggered DNA fragmentation in HT29 cells. These results suggest that NOX1-derived ROS is required for apoptotic cell death in HT29 colon epithelial cells induced by E. histolytica.
Hong, Ji;Zhang, Peng;Yoon, I Na;Hwang, Jae Sam;Kang, Jin Ku;Kim, Ho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제27권4호
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pp.694-700
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2017
Clostridium difficile, which causes pseudomembranous colitis, releases toxin A and toxin B. These toxins are considered to be the main causative agents for the disease pathogenesis, and their expression is associated with a marked increase of apoptosis in mucosal epithelial cells. Colonic epithelial cells are believed to form a physical barrier between the lumen and the submucosa, and abnormally increased mucosal epithelial cell apoptosis is considered to be an initial step in gut inflammation responses. Therefore, one approach to treating pseudomembranous colitis would be to develop agents that block the mucosal epithelial cell apoptosis caused by toxin A, thus restoring barrier function and curing inflammatory responses in the gut. We recently isolated an antimicrobial peptide, Periplanetasin-2 (Peri-2, YPCKLNLKLGKVPFH) from the American cockroach, whose extracts have shown great potential for clinical use. Here, we assessed whether Peri-2 could inhibit the cell toxicity and inflammation caused by C. difficile toxin A. Indeed, in human colonocyte HT29 cells, Peri-2 inhibited the toxin A-induced decrease in cell proliferation and ameliorated the cell apoptosis induced by this toxin. Moreover, in the toxin A-induced mouse enteritis model, Peri-2 blocked the mucosal disruption and inflammatory response caused by toxin A. These results suggest that the American cockroach peptide Peri-2 could be a possible drug candidate for addressing the pseudomembranous colitis caused by C. difficile toxin A.
본 연구는 최근 연구자 등이 보고한 NQO1 knockout (결핍) 생쥐의 점막기능 감소 및 장염유발 현상을 인간 대장상피세포에서 재확인하는 것이다. 이를 위해, 사람 대장상피세포주인 HT29 세포에 NQO1 억제제인 dicumarol을 처치한 다음 밀착연접 조절인자의 변화를 평가하였다. HT29 세포에 10 μM dicumarol을 처치하여 NQO1을 억제하면 인간 대장상피세포의 밀착연접이 유의하게 줄고 구성인자들(ZO1, occludin)의 단백질 양도 감소함을 확인하였다. 생쥐 대장 내강에 dicumarol (10 μM)을 직접 처치한 결과 점막 투과율이 현저하게 증가함도 확인하였다(장벽기능 감소). 이는 인간 대장상피세포의 밀착연접 형성과정이 NQO1에 의존적임을 보여준다. 그러나 dicumarol 처치는 ZO1과 occludin의 전사량을 억제하지 않았다. NOQ1 결핍 생쥐에서 ZO1과 occludin의 전사량이 크게 감소한다는 이전 보고를 감안하면, NQO1에 의한 밀착연접 단백질의 양적 조절 과정이 전사를 포함하는 다양한 경로와 연관되어 있음을 시사한다. 즉, NQO1에 의한 ZO1과 occludin 조절 과정에 프로테오좀 의존-단백질 변성과 같은 단백질 파괴 경로가 이용될 수 있다고 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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