Understanding the process of carcinogenesis will involve both the accumulation of many scientific facts derived from molecular, biochemical, cellular, physiological, whole animal experiments and epidemiological studies, as well as from conceptual understanding as to how to order and integrate those facts. From decades of cancer research, a number of the "hallmarks of cancer" have been identified, as well as their attendant concepts, including oncogenes, tumor suppressor genes, cell cycle biochemistry, hypotheses of metastasis, angiogenesis, etc. While all these "hallmarks" are well known, two important concepts, with their associated scientific observations, have been generally ignored by many in the cancer research field. The objective of the short review is to highlight the concept of the role of human adult pluri-potent stem cells as "target cells" for the carcinogenic process and the concept of the role of gap junctional intercellular communication in the multi-stage, multi-mechanism process of carcinogenesis. With these two concepts, an attempt has been made to integrate the other well-known concepts, such as the multi-stage, multi-mechanisn or the "initiation/promotion/progression" hypothesis; the stem cell theory of carcinogenesis; the oncogene/tumor suppression theory and the mutation/epigenetic theories of carcinogenesis. This new "integrative" theory tries to explain the well-known "hallmarks" of cancers, including the observation that cancer cells lack either heterologous or homologous gap junctional intercellular communication whereas normal human adult stem cells do not have expressed or functional gap junctional intercellular communication. On the other hand, their normal differentiated, non-stem cell derivatives do express connexins and express gap junctional intercellular communication during their differentiation. Examination of the roles of chemical tumor promoters, oncogenes, connexin knock-out mice and roles of genetically-engineered tumor and normal cells with connexin and anti-sense connexin genes, respectively, seems to provide evidence which is consistent with the roles of both stem cells and gap junctional communication playing a major role in carcinogenesis. The integrative hypothesis provides new strategies for chemoprevention and chemotherapy which focuses on modulating connexin gene expression or gap junctional intercellular communication in the premalignant and malignant cells, respectively.
The aim of this study was to investigate the effect of resveratrol on the oxidative stress-induced inhibition of gap junctional intercellular communication in HaCaT keratinocytes. Anti-oxidative activity of resveratrol was measured by $\alpha,\alpha$-diphenyl-$\beta$-picrylhydrazyl assay and dichlorodihydrofluorescein diacetate oxidation assay. Gap junctional intercellular communication in HaCaT keratinocytes was assessed using the scrape loading/dye transfer technique. Western blots and reverse transcription-polymerase chain reaction were also analyzed for connexin 43 protein and mRNA expression, respectively. Resveratrol scavenged directly the stable $\alpha,\alpha$-diphenyl-$\beta$-picrylhydrazyl radical over a concentration range of 4 mg/ml ($78.2{\pm}2.7$% of control) to 500 mg/ml ($29.9{\pm}4.2$% of control) and decreased the intracellular reactive oxygen species induced by ultraviolet A (UVA) irradiation ($89.3{\pm}1.1$% of UVA group), ultraviolet B (UVB) irradiation ($70.9{\pm}1.7$% of UVB group) and 12-0-tet-radecanoylphorbol-13-acetate (TPA, $48.3{\pm}1.1$% of TPA group), respectively. UVA irradiation and TPA markedly reduced gap junctional intercellular communication, which was restored by resveratrol. There were no significant differences in the level of connexin 43 protein and mRNA expression among any of the experimental groups. Our data suggests that resveratrol has the protective effect on the oxidative stress-induced inhibition of gap junctional intercellular communication in HaCaT keratinocytes, and this protection is likely due to the scavenging of reactive oxygen species.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.13
no.3
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pp.207-214
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1997
We collected airborne complex mixtures in a industrial area of Yeochun, and examined whether these complex mixtures could affect gap junctional intercellular communication (GJIC) in a cultured WBF-344 rat liver epithelial cells (LEC). Since the reduction of GJIC plays an important role in chemical carcinogenesis, measurement of changes of GJIC is a meaningful method to screen carcinogenicity of these mixtures. High and low volume samples were dissolved in dimethyl sulfoxide (DMSO) and tested. Blank filter extractions were also examined for exclud-ing possible toxicity of filter itself, and TPA (12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate) and DMSO were used as positive and negative control, respectively. When the cells were exposed to samples at concentration below that required to maintain rather than 85% cell viability based on the result of neutral red uptake assay, maximal inhibition of GJIC was observed at 1hr after treatment with both high and low volume samples by scrape-loading dye transfer assay. In fluorescence recovery after photobleaching assay, recovery rates via gap junctions were 33%/min in high volume sample and 62%/min in low volume sample. In together, airborne samples collected in Yeochun inhibited GJIC in a cultured WBF-344 rat LEC. These results suggest airborne samples tested in this experiment may attribute to cause a certain type and degree of cancers in in vivo when exposured for some periods.
Proceedings of the Korean Society of Toxicology Conference
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2003.10b
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pp.123-123
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2003
Primary cultures of rat fetus brain exhibit phenotypes of neuron, oligodendrocyte, and astrocyte from "neurospheres". To understand the role of mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascade and gap junctional intercellular communication (GJIC) in the differentiation of neurosphere-derived astrocyte, we investigated the effects of 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA) on the cultured astrocyte morphology.(omitted)
Kim, Ji-Sun;Kim, Sung-Ran;Ahn, Ji-Yun;Ha, Tae-Youl;Kang, Kyoung-Sun;Kim, Sun-A
Korean Journal of Food Science and Technology
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v.39
no.5
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pp.558-563
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2007
This study was conducted to analyze the cytotoxic effects of butylated hydroxytoluene (BHT) and propyl gallate (PG) in WB-F344 rat liver epithelial cells. Here we measured the inhibition level of gap junctional intercellular communication (GJIC) and elucidated the relationships between GJIC and mitogen-activated protein kinases (MAPKs) such as ERK, JNK, and p38. The cytotoxicities of BHT and PG appeared at concentrations of 1.0mM and 0.25mM, respectively, in the WB-F344 cells; and GJIC inhibition, which was analyzed by a scrape-loading/dye transfer assay and Western blotting analysis, appeared at 0.6mM for BHT and 0.1mM for PG, respectively. Also, the phosphorylations of Cx43, ERK, JNK, and p38 increased in dose-dependent manners. This suggests that BHT and PG treatments inhibited GJIC by the phosphorylation of MAPKs prior to cell damage.
Gap junctional channels, allowing rapid intercellular communication and synchronization of coupled cell activities, play crucial roles in many signaling processes, including a variety of cell activities. Consequently, a modulation of the gap junctional intercellular communication (GJIC) should be a potential pharmacological target. In the present, the GJIC of a epithelial-derived rat mammary cells (BICR-M1Rk) was assessed in the presence of ginseng saponin, by using an established method of scrape-loading dye transfer assay. The transfer of Lucifer yellow (diameter: 1.2 nm) among the neighboring BICR-M1Rk cells, in which connexin43 (Cx43) is a major gap junction channel-forming protein, was significantly retarded at a concentration of $10{\mu}g/ml$ ginseng saponin. By using both methods of RT-PCR and Western blotting, it was demonstrated that ginseng saponin modulated neither the mRNA synthesis of Cx43 nor the translational process of Cx43. This ginseng saponin-induced modification of GJIC was a similar phenomenon observed under the $\beta$-glycyrrhetinic acid treatment, a well-known gap junction channel blocker. Taken together, it is reasonable to conclude that the ginseng saponin inhibits GJIC only by modulating the gating property of gap junction channels.
To investigate the modifying effect of Kwao Kreu, Pueraria mirifica (PM), we performed two kind of studies which are the non-surgical medium-term carcinogenicity study and the modulation of gap junctional intercellular communication study. The first study, a non-surgical medium-term carcinogenicity bioassay was done to investigate the modifying effect of Kwao Keru, Pueyaria mirifca (PH), a rejuvenating folk medicine from Thailand, on the male F344 rat liver. Specific pathogen free, male 6-week-old F3444 rats were divided into ten groups. To induce hepatocarcinogenesis, those in all groups were given a single i.p. injection of DEN (200 mg/kg) and were received two i.p. injection of DGA (300 mg/kg) at the ends of weeks 2 and 5. Rats of group 3-6 were given sodium phenobarbital (PB 0.05% in drink). A diet containing 10 mg/kg PM was given to group 2 during the post-initiation phase and to groups 4 and 5 during promotion and initiation phase, respectively. Group 6 was given the experimental diet alone throughout the experiment (8 weeks). Rats of group 7, 8, 9 and 10 were fed 1000 mg/kg PH in the same manner as group 2, 4, 5 and 6. All animals were sacrificed at 8 weeks after DEN administration. Result of the immunohistochemical staining of the glutathione S-transferase placental form (GST-p) indicated that the numbers and areas of the preneoplastic leisions were not significantly changed in all PM treatment group comparing to control group. Also the numbers and areas of GST-p positive foci among group 7, 8, 9 and 10 were not significantly changed in comparing to control group. To study the effect of PM on the modulation of gap junctional intercellular communication, the present study was performed scrape-loading dye transfer (SL/DT) assay in human keratinocytes. The results showed that PM could not modulate GJIC. These results indicate that Pueraria mirifica may have no carcinogenic effects on experimental hepatocarcinogenesis in rats and gap junctional intercellular communication in human keratinocyte.
This study was carried out to identify and quantify the flavonoids from 6 different plant parts of Allium victorialis var. platyphyllum (AVP), including the flower, leaf, root, stem, flower stalk, and flower seed, using liquid chromatography/ mass spectrometry. Two major flavonoids were structurally identified as quercetin (3,5,7,3'4,'-pentahydroxyflavone) and kaempferol (3,5,7,4'-tetrahydroxyflavone) at contents of 11.8-25.8 and $6.0-64.4\;{\mu}g/mL$, respectively. In particular, the flower and root plant parts contained the highest amounts of quercetin and kaempferol compared to the other parts. We also assessed the recovery effects of each plant-part extract of AVP on gap junctional intercellular communication (GJIC) in WB-F344 cells by the scrape-loading and dye transfer (SL/DT) method. According to the results, GJIC was reduced by approximately 70.2% ($62.3{\pm}12.5$ cells) compared to the control ($209{\pm}9.5$ cells, 100%) when 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA) was treated alone in the WB-F344 rat liver epithelial cells. However, the stem extract (0.2 mg/mL) restored GJIC to basal levels (92%, $204{\pm}2.3$ cells, p<0.01) and the flower extract (0.2 mg/mL) stimulated GJIC to 82.5% ($172.6{\pm}8.3$ cells, p<0.05), when applied together with the TPA.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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