The aerial part of Artemisia iwayomogi Kitamura has traditionally been used for inflammation, infectious disease, cancer, pyretic, diuretic, liver protective effect, and choleretic purposes in Korea. We investigated that the essential oil induces apoptosis in KB cell as evidenced by Hoechst-33258 dye staining, flow cytometry (cell cycles), and DNA fragmentation for nuclear condensation and Western blotting for activation of caspases-3, -8, -9, Bax, Bcl-2, cytochrome c, and poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) cleavage. In the present study, we found that the essential oil could induce apoptosis in KB cells, as characterized by DNA fragmentation, activation of caspase-3, -8, and -9, and PARP cleavage. The efficacious induction of apoptosis was observed as a dose-dependent. The essential oil-induced apoptotic cell death was accompanied by up-regulation of Bax and down-regulation of Bcl-2. The essential oil also caused the loss of mitochondrial membrane potential and cytochrome c release from mitochondria to cytosol. These findings indicate that mitochondrial pathways might be involved in the essential oil-induced apoptosis and enhance our understanding of the anticancer function of the essential oil in herbal medicine.
Purpose: Neuronal apoptotic events induced by aging and hypoxic/ischemic conditions is an important risk factor in neurodegenerative diseases such as ischemia stroke and Alzheimer's disease. The peel of Citrus sunki Hort. ex Tanaka has long been used as a traditional medicine, based on multiple biological activities including anti-oxidant, anti-inflammation, and anti-obesity. In the current study, we examined the actions of fermented C. sunki peel extract against cobalt chloride ($CoCl_2$)-mediated hypoxic death in human neuroblastoma SH-SY5Y cells. Methods: Cell viability was measured by trypan blue exclusion. Expression of apoptosis related proteins and release of cytochrome c were detected by western blot. Production of intracellular reactive oxygen species (ROS) and apoptotic morphology were examined using 2',7'-dichlorofluorescin diacetate (DCF-DA) and 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) staining. Results: Exposure to $CoCl_2$, a well-known mimetic agent of hypoxic/ischemic condition, resulted in neuronal cell death via caspase-3 dependent pathway. Extract of fermented C. sunki peel significantly rescued the $CoCl_2$-induced neuronal toxicity with the cell viability and appearance of apoptotic morphology. Cytoprotection with fermented C. sunki peel extract was associated with a decrease in activities of caspase-3 and cleavage of poly (ADP ribose) polymerase (PARP). In addition, increase in the intracellular ROS and release of cytochrome c from mitochondria to the cytosol were inhibited by treatment with extract of fermented C. sunki peel. Conclusion: Based on these data, fermented C. sunki peel extract might have a protective effect against $CoCl_2$-induced neuronal injury partly through generation of ROS and effectors involved in mitochondrial mediated apoptosis.
Sung, Soon Ki;Woo, Jae Suk;Kim, Young Ha;Son, Dong Wuk;Lee, Sang Weon;Song, Geun Sung
Journal of Korean Neurosurgical Society
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제59권3호
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pp.259-268
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2016
Objective : Accumulation of advanced glycation end-products (AGE) and mitochondrial glycation is importantly implicated in the pathological changes of the brain associated with diabetic complications, Alzheimer disease, and aging. The present study was undertaken to determine whether sildenafil, a type 5 phosphodiesterase type (PDE-5) inhibitor, has beneficial effect on neuronal cells challenged with AGE-induced oxidative stress to preserve their mitochondrial functional integrity. Methods : HT-22 hippocampal neuronal cells were exposed to AGE and changes in the mitochondrial functional parameters were determined. Pretreatment of cells with sildenafil effectively ameliorated these AGE-induced deterioration of mitochondrial functional integrity. Results : AGE-treated cells lost their mitochondrial functional integrity which was estimated by their MTT reduction ability and intracellular ATP concentration. These cells exhibited stimulated generation of reactive oxygen species (ROS), disruption of mitochondrial membrane potential, induction of mitochondrial permeability transition, and release of the cytochrome C, activation of the caspase-3 accompanied by apoptosis. Western blot analyses and qRT-PCR demonstrated that sildenafil increased the expression level of the heme oxygenase-1 (HO-1). CoPP and bilirubin, an inducer of HO-1 and a metabolic product of HO-1, respectively, provided a similar protective effects. On the contrary, the HO-1 inhibitor ZnPP IX blocked the effect of sildenafil. Transfection with HO-1 siRNA significantly reduced the protective effect of sildenafil on the loss of MTT reduction ability and MPT induction in AGE-treated cells. Conclusion : Taken together, our results suggested that sildenafil provides beneficial effect to protect the HT-22 hippocampal neuronal cells against AGE-induced deterioration of mitochondrial integrity, and upregulation of HO-1 is involved in the underlying mechanism.
Terpinen-4-ol is a terpene found in the rhizome of Plai (Zingiber montanum (Koenig) Link ex Dietr.). In this study apoptogenic activity and mechanisms of cell death induced by terpinen-4-ol were investigated in the human leukemic MOLT-4 cell line. Terpinen-4-ol exhibited cytotoxicity in MOLT-4 cells, with characteristic morphological features of apoptosis by Wright's staining. The mode of cell death was confirmed to be apoptosis by flow cytometric analysis after staining with annexin V-FITC and propidium iodide. A sub-G1 peak in DNA histograms of cell cycle assays was observed. Terpinen-4-ol induced-MOLT-4 cell apoptosis mediated through an intrinsic pathway involving the loss of mitochondrial transmembrane potential (MTP) and release of cytochrome c into the cytosol. In addition, terpinen-4-ol also induced apoptosis via an extrinsic pathway by caspase-8 activation resulting in the cleavage of cytosolic Bid. Truncated-Bid (tBid) translocated to mitochondria and activated the mitochondrial pathway in conjunction with down-regulation of Bcl-2 protein expression. Caspase-3 activity also increased. In conclusion, terpinen-4-ol can induce human leukemic MOLT-4 cell apoptosis via both intrinsic and extrinsic pathways.
The present study elucidated the effect of $\beta$-carbolines (harmaline and harmalol) on brain mitochondlial dysfunction caused by the tyrosinase-induced oxidation of dopamine. Harmaline, harmalol and antioxidant enzymes (SOD and catalase) attenuated the dopamine-induced alteration of membrane potential, cytochrome c release and thiol oxidation in mitochondria. In contrast, antioxidant enzymes failed to reverse mitochondrial dysfunction induced by dopmnine plus tyrosinase. $\beta$-Carbolines decreased the damaging effect of dopamine plus tyrosinase against mitochondria, except no effect of harmalol on thiol oxidation. Antioxidant enzymes decreased the melanin formation from dopamine in the reaction mixture containing mitochondria but did not reduce the formation of dopamine quinone caused by tyrosinase. Both harmalol and harmaline inhibited the formation of reactive quinone and melanin. Harmalol being more effective for quinone formation and vise versa. The results indicate that compared to MAO-induced dopamine oxidation, the toxic effect of dopamine in the presence of tyrosinase against mitochondria may be accomplished by the dopamine quinone and toxic substances other than reactive oxygen species. $\beta$-Carbolines may decrease the dopamine plus tyrosinase-induced brain mitochondrial dysfunction by inhibition of the formation of reactive quinone and the change in membrane permeability.
Emodin, a natural anthraquinone isolated from the traditional Chinese medicine Radix rhizoma Rhei, can induce apoptosis in many kinds of cancer cells. This study demonstrated that emodin induces apoptosis in human colon cancer HCT116 cells by provoking oxidative stress, which subsequently triggers a p53-mitochondrial apoptotic pathway. Emodin induced mitochondrial transmembrane potential loss, increase in Bax and decrease in Bcl-2 expression and mitochondrial translocation and release of cytochrome c to cytosol in HCT116 cells. In response to emodin-treatment, ROS increased rapidly, and subsequently p53 was overexpressed. Pretreatment with the antioxidant NAC diminished apoptosis and p53 overexpression induced by emodin. Transfecting p53 siRNA also attenuated apoptosis induced by emodin, Bax expression and mitochondrial translocation being reduced compared to treatment with emodin alone. Taken together, these results indicate that ROS is a trigger of emodin-induced apoptosis in HCT116 cells, and p53 expression increases under oxidative stress, leading to Bax-mediated mitochondrial apoptosis.
In this study, we investigated apoptotic cell death induced by photodynamic therapy using 5-aminolaevulinic acid (ALA-PDT) in human promyelocytic leukemia cells (HL-60). ALA-PDT induced apoptosis in HL-60 cells as confirmed by DNA agarose gel electrophoresis and nuclear staining with Hoechst 33342. The apoptotic cell death was inhibited by addition of broad-spectrum caspase inhibitor Z-Asp-CH$_2$-DCB, indicating that the apoptotic cell death was induced in a caspase-dependent manner. Actually, western blotting analysis revealed that caspase-3 was processed as early as 1.5 h after ALA-PDT. Cytoplasmic cytochrome c released from mitochondria was detected by western blotting. However, inhibitor of caspase-9, a cysteine protease located in the downstream of cytochrome c release, was not able to reduce the apoptotic cell death. Therefore, the mitochondrial apoptotic pathway was not involved in the ALA-PDT-induced apoptosis. On the other hand, it was found that ALA-PDT-induced apoptosis was clearly inhibited by pretreatment of caspase-8 inhibitor. These data suggest that caspase-8-mediated apoptotic pathway is important in ALA-PDT-induced cell death.
Thu, Vu Thi;Cuong, Dang Van;Kim, Na-Ri;Youm, Jae-Boum;Warda, Mohamad;Park, Won-Sun;Ko, Jae-Hong;Kim, Eui-Yong;Han, Jin
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제11권2호
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pp.57-64
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2007
Ischemic preconditioning (IPC) is known to protect the heart against ischemia/reperfusion (IR)-induced injuries, and regional differences in the mitochondrial antioxidant state during IR or IPC may promote the death or survival of viable and infarcted cardiac tissues under oxidative stress. To date, however, the interplay between the mitochondrial antioxidant enzyme system and the level of reactive oxygen species (ROS) in the body has not yet been resolved. In the present study, we examined the effects of IR- and IPC-induced oxidative stresses on mitochondrial function in viable and infarcted cardiac tissues. Our results showed that the mitochondria from viable areas in the IR-induced group were swollen and fused, whereas those in the infarcted area were heavily damaged. IPC protected the mitochondria, thus reducing cardiac injury. We also found that the activity of the mitochondrial antioxidant enzyme system, which includes manganese superoxide dismutase (Mn-SOD), was enhanced in the viable areas compared to the infarcted areas in proportion with decreasing levels of ROS and mitochondrial DNA (mtDNA) damage. These changes were also present between the IPC and IR groups. Regional differences in Mn-SOD expression were shown to be related to a reduction in mtDNA damage as well as to the release of mitochondrial cytochrome c (Cyt c). To the best of our knowledge, this might be the first study to explore the regional mitochondrial changes during IPC. The present findings are expected to help elucidate the molecular mechanism involved in IPC and helpful in the development of new clinical strategies against ischemic heart disease.
폴리아민은 미생물에서부터 동.식물에 이르기 까지 모든 세포들에서 발견되는 극성을 띈 분자이다. 세포의 성장과 분화에 폴리아민이 중요한 역할을 한다는 것은 이미 오래 전부터 알려져 온 사실이나 정확한 작용 기작은 잘 밝혀져 있지 않다. 최근에 와서는 폴리아민이 다양한 방법으로 세포 독성을 유발한다는 결과가 보고되고 있다. 본 연구에서는 spm의 세포독성 효과가 세포 내 칼슘이온 농도 증가에 따른 미토콘드리아-의존 기작에 의하여 일어난다는 것을 보여준다. Spm에 의해 유도된 세포 내 칼슘이온 농도 증가는 주로 외부로부터의 칼슘 유입에 의한 것으로 생각되며, 세포 내 칼슘 증가는 미토콘드리아로부터의 cytochrome c 방출과 미토콘드리아막의 탈분극에 의한 membrane potential 변화를 초래하였다. 세포사멸에 주도적인 역할을 하는 caspase의 확인에 있어서는, MCF-7 세포는 caspase-3이 결핍되어서 caspase-7이 중심적인 역할을 하는 것으로 이미 알려져 있다. 본 연구에서 확인 한 결과 spm 처리 시 caspase-7과 -12가 활성화되었다. 또한 세포사멸 조절 단백질인 Bcl-2 종류 단백질들의 발현을 조사 한 결과 세포사멸 억제 단백질인 Bcl-2의 발현은 크게 억제되었으며, 촉진단백질인 Bax는 spm 처리시 단백질 양이 거의 2배로 증가되었다. 이상의 결과에 의하면, spm에 의해 유도되는 세포사멸과정은 세포질 내 칼슘이온 농도 증가에 의한 미토콘드리아의 변화가 주도적인 역할을 하는 것으로 생각된다.
Zingiber officinale Roscoe has been widely used as a folk medicine to treat various diseases, including cancer. This study aims to re-examine the therapeutic potential of co-administration of natural products and cancer chemotherapeutics. Candidate material for this project, ${\alpha}$-zingiberene, was extracted from Zingiber officinale Roscoe, and ${\alpha}$-zingiberene makes up $35.02{\pm}0.30%$ of its total essential oil. ${\alpha}$-Zingiberene showed low $IC_{50}$ values, $60.6{\pm}3.6$, $46.2{\pm}0.6$, $172.0{\pm}6.6$, $80.3{\pm}6.6$ (${\mu}g/mL$) in HeLa, SiHa, MCF-7 and HL-60 cells each. These values are a little bit higher than $IC_{50}$ values of general essential oil in those cells. The treatment of ${\alpha}$-zingiberene produced nucleosomal DNA fragmentation in SiHa cells, and the percentage of sub-diploid cells increased in a concentration-dependent manner in SiHa cells, hallmark features of apoptosis. Mitochondrial cytochrome c activation and an in vitro caspase-3 activity assay demonstrated that the activation of caspases accompanies the apoptotic effect of ${\alpha}$-zingiberene, which mediates cell death. These results suggest that the apoptotic effect of ${\alpha}$-zingiberene on SiHa cells may converge caspase-3 activation through the release of mitochondrial cytochrome c into cytoplasm. It is considered that anti-proliferative effect of ${\alpha}$-zingiberene is a result of apoptotic effects, and ${\alpha}$-zingiberene is worth furthermore study to develop it as cancer chemotherapeutics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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