Kim, Changhee;Kim, Mi-Bo;Lee, Seung-Ho;Kim, Ye-Jin;Hwang, Jae-Kwan
Korean Journal of Food Science and Technology
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v.49
no.6
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pp.685-692
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2017
Mitochondrial biogenesis-a process that leads to an increment in the number and density of mitochondria, improves physical performance and body health by enhancing exercise capacity. In the present study, we investigated the stimulatory effect of Ashitaba and red ginseng complex (ARC) on exercise capacity in L6 skeletal muscle cells and mice. In L6 skeletal muscle cells, ARC increased the mitochondrial contents and ATP production by activating AMP-activated protein kinase (AMPK), sirtuin 1 (SIRT1), and peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1 alpha (PGC-$1{\alpha}$) and up-regulating the mRNA expression of nuclear respiratory factor-1 (NRF-1) and mitochondrial transcription factor A (TFAM). In the animal experiments, mice treated with ARC showed an increment in exercise capacity as compared with mice treated with Ashitaba extract or red ginseng extract alone. These studies indicate that ARC might serve as a potential natural candidate for enhancing exercise capacity by stimulation of mitochondrial biogenesis.
Kim, Su-Kyung;Kim, Jeong-Kee;Seo, Dae-Bang;Lee, Sang-Jun
Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea
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v.38
no.3
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pp.237-245
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2012
Coumestrol is one of phytoalexins synthesized in response to environmental stress, and commonly found in natural foods such as alfalfa sprouts, clovers, and soybean. In the present study, we investigated the mechanism underlying protective effect of coumestrol against UVB-induced photoaging in human dermal fibroblasts. We found that pretreatment with coumestrol enhanced the UVB-suppressed mitochondrial biogenesis through regulation of Sirt1 expression and activity, and its downstream gene regulation such as PGC-$1{\alpha}$, NRF1, and TFAM. Moreover, the ATP and ROS production was restored to normal status and the formation of advanced glycation endproducts leading to skin photoaging in skin fibroblasts was blocked by coumestrol pretreatment before UVB irradiation. These findings indicate that coumestrol might potentially prevent skin photoaging induced by mitochondrial damage and glycated protein production in dermal fibroblasts.
Objectives: The all anti-obesity drugs currently approved by the US Food and Drug Administration work by reducing energy intake. In fact, no approved drug targets energy expenditure. In Korean medicine, it is known to Qi or Yang invigorating therapy could increase energy metabolism. Aconitum carmichaeli Debx (ACD) is a Yang invigorating herb, often used for treat obesity in Korean medicine. In the present study, the authors investigated the regulatory effects of ACD in energy metabolism and mitochondrial biogenesis in C2C12 skeletal muscle cells. Methods: The water extract of ACD (0.2, 0.5 and 1.0 mg/ml) were treated in differentiated C2C12 cells. The protein or mRNA levels of target genes were analyzed and mitochondrial mass were investigated. Results: ACD activated the expressions of peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha ($PGC-1{\alpha}$), nuclear respiratory factor 1 and TFAM and increased mitochondrial mass. ACD also increased adenosin monophosphate-activated protein kinase (AMPK), and acetyl-CoA carboxylase. Conclusions: This study suggests that ACD has the potential to increase energy metabolism and mitochondrial biogenesis by activating AMPK and $PGC1{\alpha}$.
Cancer cells undergo uncontrolled proliferation, and aberrant mitochondrial alterations. Tumor necrosis factor receptor-associated protein 1 (TRAP1) is a mitochondrial heat shock protein. TRAP1 mRNA is highly expressed in some cancer cell lines and tumor tissues. However, the effects of its overexpression on mitochondria are unclear. In this study, we assessed mitochondrial changes accompanying TRAP1 overexpression, in a mouse cell line, NIH/3T3. We found that overexpression of TRAP1 leads to a series of mitochondrial aberrations, including increase in basal ROS levels, and decrease in mitochondrial biogenesis, together with a decrease in peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-$1{\alpha}$ (PGC-$1{\alpha}$) mRNA levels. We also observed increased extracellular signal-regulated kinase (ERK) phosphorylation, and enhanced proliferation of TRAP1 overexpressing cells. This study suggests that overexpression of TRAP1 might be a critical link between mitochondrial disturbances and carcinogenesis.
Mitochondrial quality control systems are essential for the maintenance of functional mitochondria. At the organelle level, they include mitochondrial biogenesis, fusion and fission, to compensate for mitochondrial function, and mitophagy, for degrading damaged mitochondria. Specifically, in mitophagy, the target mitochondria are recognized by the autophagosomes and delivered to the lysosome for degradation. In this review, we describe the mechanisms of mitophagy and the factors that play an important role in this process. In particular, we focus on the roles of mitophagy adapters and receptors in the recognition of damaged mitochondria by autophagosomes. In addition, we also address a functional association of mitophagy with mitochondrial dynamics through the interaction of mitophagy adaptor and receptor proteins with mitochondrial fusion and fission proteins.
Mitochondrial injury in renal tubule has been recognized as a major contributor in acute kidney injury (AKI) pathogenesis. Ischemic insult, nephrotoxin, endotoxin and contrast medium destroy mitochondrial structure and function as well as their biogenesis and dynamics, especially in renal proximal tubule, to elicit ATP depletion. Mitochondrial fatty acid ${\beta}$-oxidation (FAO) is the preferred source of ATP in the kidney, and its impairment is a critical factor in AKI pathogenesis. This review explores current knowledge of mitochondrial dysfunction and energy depletion in AKI and prospective views on developing therapeutic strategies targeting mitochondrial dysfunction in AKI.
Bezafibrate, a fibrate drug used as a lipid-lowering agent to treat hyperlipidemia, is a pan-agonist of peroxisome proliferator-activated receptor alpha. It can enhance mitochondrial fatty acid oxidation, oxidative phosphorylation, and mitochondrial biogenesis. After ovulation, oocytes may get arrested at the metaphase II (MII) stage until fertilization beyond optimal timing, which is termed as post-ovulatory aging. Post-ovulatory aging is a disease that degrades DNA, mitochondria, and oxidative system, and has a negative impact on embryo development and quality; however, the impact of bezafibrate during post-ovulatory aging has not been fully defined. In the present study, we assessed the ability of bezafibrate to prevent the progression of aging in in vitro conditions as well as the underlying mechanisms in pigs. An appropriate concentration of this drug (50 µM) was added, and then oxidative stress, reactive oxygen species downstream, mitochondrial biogenesis, and mitochondrial function were analyzed via immunofluorescence staining and real-time polymerase chain reaction. Bezafibrate significantly alleviated reactive oxygen species and ameliorated glutathione production simultaneously in oocytes and embryos. Moreover, it diminished H2A.X and attenuated CASPASE 3 expression produced by oxidative stress in oocytes and embryos. Furthermore, bezafibrate remarkably improved the mitochondrial function and blastocyst quality as well as markedly reduced the mitochondria/TOM20 ratio and mtDNA copy number. The elevated PARKIN level indicated that mitophagy was induced by bezafibrate treatment after post-ovulatory aging. Collectively, these results suggest that bezafibrate beneficially affects against porcine post-ovulatory oocyte aging in porcine by its antioxidant property and mitochondrial protection.
Park, So-Jung;Shin, Ji-Hyun;Kang, Hee;Hwang, Jung-Jin;Cho, Dong-Hyung
BMB Reports
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v.44
no.8
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pp.517-522
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2011
Mitochondrial dynamics not only involves mitochondrial morphology but also mitochondrial biogenesis, mitochondrial distribution, and cell death. To identify specific regulators to mitochondria dynamics, we screened a chemical library and identified niclosamide as a potent inducer of mitochondria fission. Niclosamide promoted mitochondrial fragmentation but this was blocked by down-regulation of Drp1. Niclosamide treatment resulted in the disruption of mitochondria membrane potential and reduction of ATP levels. Moreover, niclosamide led to apoptotic cell death by caspase-3 activation. Interestingly, niclosamide also increased autophagic activity. Inhibition of autophagy suppressed niclosamide-induced cell death. Therefore, our findings suggest that niclosamide induces mitochondria fragmentation and may contribute to apoptotic and autophagic cell death.
Phospholipase D (PLD), a superfamily of signaling enzymes that most commonly generate the lipid second messenger Phosphatidic Acid (PA), is found in diverse organisms from bacteria to man and functions in multiple cellular pathways. A fascinating member of the family, MitoPLD, is anchored to the mitochondrial surface and has two reported roles. In the first role, MitoPLD-generated PA regulates mitochondrial shape through facilitating mitochondrial fusion. In the second role, MitoPLD performs a critical function in a pathway that creates a specialized form of RNAi required by developing spermatocytes to suppress transposon mobilization during meiosis. This spermatocyte-specific RNAi, known as piRNA, is generated in the nuage, an electron-dense accumulation of RNA templates and processing proteins that localize adjacent to mitochondria in a structure also called intermitochondrial cement. In this review, we summarize recent findings on these roles for MitoPLD functions, highlighting directions that need to be pursued to define the underlying mechanisms.
Muthuramalingam, Karthika;Kim, Jun Ho;Jeon, You Jin;Rho, Sum;Kim, Young Mee;Cho, Moonjae
Journal of Applied Biological Chemistry
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v.60
no.4
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pp.373-381
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2017
Hippocampus abdominalis, the big belly sea horse, is widely known for its medicinal value in Chinese folk medicine. In this study, extract obtained by proteolytic degradation of this species was investigated for its effects on skeletal muscle development, both in vitro and in vivo. Muscle cell lines ($C_2C_{12}$ and $L_6$) treated with the bioactive peptide did not have any detrimental effects on the cell viability, which was above 80%. Optical microscopy analysis on the morphology of the sea horse extract (SHE)-treated cells showed enhanced differentiating ability with myotube formation. Moreover, cells incubated with the hydrolysate displayed decreased proliferation rate, as recorded by the electric cell substrate impedance sensing system, thereby supporting enhanced differentiation. For a period of 12 weeks, mice models were fed with SHE and simultaneously subjected to treadmill exercise, which increased the expression of Myogenin, a key myogenic regulatory factor. In addition, there was an increase in the expression of AMPK- and Cytochrome C, both of which are important in mitochondrial biogenesis. Thus, the SHE from Hippocampus abdominalis can be a promising candidate as protein supplement aiding muscle development.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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