Kim Kyung-Min;Lim Yong-Suk;Shin Dong-Ill;Sul Ill-Whan
Journal of Life Science
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v.16
no.2
s.75
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pp.240-244
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2006
We present a fast and simple protocol for purification of mitochondria, mitochondrial DNA, and RNA from small amounts of tomato leaves. This method uses a high ionic strength medium to isolate mitochondria and extract mitochondrial DNA and RNA from a single preparation and is easily adaptable to other plant species. Mitochondria was confirmed by MitoTracker. The mitochondrial DNA was not contaminated by plastid DNA, was successfully used for PCR. Similarly, the isolated mitochondrial RNA was not contaminated only slightly contaminated (leaves) by plastid RNA. RNA prepared according to our method was acceptable for RT-PCR analysis
Opening of the mitochondrial permeability transition pore has been recognized to be involved in cell death. The present study investigated the effect of ${\beta}$-carbolines (harmaline and harmalol) and deprenyl on the dopamine-induced change in the mitochondrial membrane permeability and cell death in differentiated PC12 cells. Cell death due to 250 4{\mu}$M dopamine was inhibited by caspase inhibitors (z-IETD.fmk, z-LEHD.fmk and z-DQMD.fmk) and antioxidants (N-acetylcysteine, ascorbate, superoxide dismutase, catalase and carboxy-PTIO). ${\beta}$-Carbolines prevented the dopamine-induced cell death in PCl2 cells, while deprenyl did not inhibit cell death. ${\beta}$-Carbolines decreased the condensation and fragmentation of nuclei caused by dopamine in PC12 cells. ${\beta}$-Carbolines inhibited the decrease in mitochondrial transmembrane potential, cytochrome c release, formation of reactive oxygen species and depletion of GSH caused by dopamine in PC12 cells, whereas deprenyl did not decrease dopamine-induced mitochondrial damage. ${\beta}$-Carbolines, deprenyl and antioxidants depressed the formation of nitric oxide and melanin in dopamine-treated PC12 cells. The results suggest that cell death due to dopamine PC12 cells is mediated by caspase-8, -9 and -3. Unlike deprenyl, ${\beta}$-carbolines may attenuate the dopamineinduced cell death in PC12 cells by suppressing change in the mitochondrial membrane permeability through inhibition of the toxic action of reactive oxygen and nitrogen species.
Kim, Young Han;Ahn, Seok Min;Seo, Young Jun;Yoon, Jong Hyung;Bae, Eun Ju;Lee, Hong Jin
Journal of The Korean Society of Inherited Metabolic disease
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v.16
no.3
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pp.123-134
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2016
Mitochondrial disease is a group of disorders caused by dysfunctional mitochondria, the organelles that generate energy for the cell. Diagnosis of mitochondrial disease is difficult, subtle, and has many problems. It is more likely to miss the diagnosis of mitochondrial disease, especially in borderline cases where the symptoms of the disease are not severe. In this regard, urine organic acid analysis is noninvasive and can increase the sensitivity and specificity through repeated load test with few changes according to the specimen. And, It is considered to be suitable as a screening test for mitochondrial diseases because it has a great advantage of distinguishing from organic aciduria, urea cycle disorder and fatty acid oxidation disorder which may have similar symptoms. The purpose of this study was to investigate the clinical features and age distribution of mitochondrial diseases diagnosed by organic acid analysis and to establish the policy of diagnosis and treatment based on this study.
Among the toxicants in the environment dioxin-like compounds, including TCDD(2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-Dioxin), are well known as carcinogen and teratogen. TCDD the most toxic of these compounds, may result in a wide variety of adverse health effects in humans and environment, including carconogenesis, hepatotoxicity, teratogenesis, and immunotoxicity. Also TCDD increases superoxide, peroxide radicals and induces oxidative stress that leads to breakage of DNA single-strand and mitochondrial dysfunction. Recently, there have been reports that persistent organic pollutants(POPs) may be causing metabolic disease through mitochondrial toxicity. In order to examine if dioxin brings about toxicity on mitochondria directly, we measured the change of the mitochondrial membrane potential after exposure to TCDD using JC-1 dye. After short time exposure of dioxin, mitochondrial depolarization was observed but it recovered to the control level immediately. This TCDD effect on mitochondrial membrane potential was not correlated either to the production of reactive oxygen species(ROS) or extracellular $Ca^{2+}$ by TCDD. Less than 2 hours exposure of TCDD did not show any change in ROS production but 0.25 nM TCDD for 48 hours or 0.5 nM TCDD for 12 hours exposure did increase in ROS production. Under these conditions of ROS production by TCDD, no changes in the mitochondrial membrane potential by TCDD was observed.
It has been proposed that the selective elimination of cancer stem cells (CSCs) using targeted therapy could greatly reduce tumor growth, recurrence, and metastasis. To develop effective therapeutic targets for CSC elimination, we aimed to define the properties of CSC mitochondria, and identify CSC-mitochondria-specific targets in colon cancer. We found that colon CSCs utilize mitochondrial oxidative phosphorylation (OXPHOS) to produce ATP. We also found that forkhead box protein 1 (FOXM1)-induced peroxiredoxin 3 (PRDX3) maintains the mitochondrial function, and the FOXM1/PRDX3 mitochondrial pathway maintains survival of colon CSCs. Furthermore, FOXM1 induces CD133 (PROM1/prominin 1) expression, which maintains the stemness of colon CSCs. Together, our findings indicate that FOXM1, PRDX3, and CD133 are potential therapeutic targets for the elimination of CSCs in colon cancer.
Alzheimer's disease (AD) is a multifactorial neurodegenerative disease and has become a major socioeconomic issue in many developed countries. Currently available therapeutic agents for AD provide only symptomatic treatments, mainly because the complete mechanism of the AD pathogenesis is still unclear. Although several different hypotheses have been proposed, mitochondrial dysfunction has gathered interest because of its profound effect on brain bioenergetics and neuronal survival in the pathophysiology of AD. Various therapeutic agents targeting the mitochondrial pathways associated with AD have been developed over the past decade. Although most of these agents are still early in the clinical development process, they are used to restore mitochondrial function, which provides an alternative therapeutic strategy that is likely to slow the progression of the disease. In this mini review, we will survey the AD-related mitochondrial pathways and their small-molecule modulators that have therapeutic potential. We will focus on recently reported examples, and also overview the current challenges and future perspectives of ongoing research.
Growing evidence suggests that mitochondrial reactive oxygen species (ROS) are involved in various pain states. This study was performed to investigate whether ROS-induced changes in neuronal excitability in trigeminal subnucleus caudalis are related to ROS generation in mitochondria. Confocal scanning laser microscopy was used to measure ROS-induced fluorescence intensity in live rat trigeminal caudalis slices. The ROS level increased during the perfusion of malate, a mitochondrial substrate, after loading of 2',7'-dichlorofluorescin diacetate ($H_2DCF-DA$), an indicator of the intracellular ROS; the ROS level recovered to the control condition after washout. When pre-treated with phenyl N-tert-butylnitrone (PBN) and 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidene-1-oxyl (TEMPOL), malate-induced increase of ROS level was suppressed. To identify the direct relation between elevated ROS levels and mitochondria, we applied the malate after double-loading of $H_2DCF-DA$ and chloromethyl-X-rosamine (CMXRos; MitoTracker Red), which is a mitochondria-specific fluorescent probe. As a result, increase of both intracellular ROS and mitochondrial ROS were observed simultaneously. This study demonstrated that elevated ROS in trigeminal subnucleus caudalis neuron can be induced through mitochondrial-ROS pathway, primarily by the leakage of ROS from the mitochondrial electron transport chain.
Alzheimer's disease (AD) is neurodegenerative disease, characterized by the progressive decline of memory, cognitive functions, and changes in personality. The major pathological features in postmortem brains are neurofibrillary tangles and amyloid beta ($A{\beta}$) deposits. The majority of AD cases are sporadic and age-related. Although AD pathogenesis has not been established, aging and declining mitochondrial function has been associated. Mitochondrial dysfunction has been observed in AD patients' brains and AD mice models, and the mice with a genetic defect in mitochondrial complex I showed enhanced $A{\beta}$ level in vivo. To elucidate the role of mitochondrial complex I in AD, we used SH-SY5Y cells transfected with DNA constructs expressing human amyloid precursor protein (APP) or human Swedish APP mutant (APP-swe). The expression of APP-swe increased the level of $A{\beta}$ protein in comparison with control. When complex I was inhibited by rotenone, the increase of ROS level was remarkably higher in the cells overexpressing APP-swe compared to control. The number of dead cell was significantly increased in APP-swe-expressing cells by complex I inhibition. We suggest that complex I dysfunction accelerate amyloid toxicity and mitochondrial complex I dysfunction in aging may contribute to the pathogenesis of sporadic AD.
The maintenance of mitochondrial function is closely linked to the control of senescence. In our previous study, we uncovered a novel mechanism in which senescence amelioration in normal aging cells is mediated by the recovered mitochondrial function upon Ataxia telangiectasia mutated (ATM) inhibition. However, it remains elusive whether this mechanism is also applicable to senescence amelioration in accelerated aging cells. In this study, we examined the role of ATM inhibition on mitochondrial function in Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS) and Werner syndrome (WS) cells. We found that ATM inhibition induced mitochondrial functional recovery accompanied by metabolic reprogramming, which has been known to be a prerequisite for senescence alleviation in normal aging cells. Indeed, the induced mitochondrial metabolic reprogramming was coupled with senescence amelioration in accelerated aging cells. Furthermore, the therapeutic effect via ATM inhibition was observed in HGPS as evidenced by reduced progerin accumulation with concomitant decrease of abnormal nuclear morphology. Taken together, our data indicate that the mitochondrial functional recovery by ATM inhibition might represent a promising strategy to ameliorate the accelerated aging phenotypes and to treat age-related disease.
Lee, Jiyoung;Lee, Sunmi;Min, Seongchun;Kang, Sang Won
Molecules and Cells
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v.45
no.4
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pp.193-201
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2022
Excessive production of reactive oxygen species (ROS) is a key phenomenon in tumor necrosis factor (TNF)-α-induced cell death. However, the role of ROS in necroptosis remains mostly elusive. In this study, we show that TNF-α induces the mitochondrial accumulation of superoxide anions, not H2O2, in cancer cells undergoing necroptosis. TNF-α-induced mitochondrial superoxide anions production is strictly RIP3 expression-dependent. Unexpectedly, TNF-α stimulates NADPH oxidase (NOX), not mitochondrial energy metabolism, to activate superoxide production in the RIP3-positive cancer cells. In parallel, mitochondrial superoxide-metabolizing enzymes, such as manganese-superoxide dismutase (SOD2) and peroxiredoxin III, are not involved in the superoxide accumulation. Mitochondrial-targeted superoxide scavengers and a NOX inhibitor eliminate the accumulated superoxide without affecting TNF-α-induced necroptosis. Therefore, our study provides the first evidence that mitochondrial superoxide accumulation is a consequence of necroptosis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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