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.
Clostridium difficile toxin A is known to cause colonic epithelial cell apoptosis, which is considered the main causative event that triggers inflammatory responses in the colon, reflecting the concept that the essential role of epithelial cells in the colon is to form a physical barrier in the gut. We previously showed that toxin A-induced colonocyte apoptosis and subsequent inflammation were dependent on prostaglandin E2 ($PGE_2$) produced in response to toxin A stimulation. However, the molecular mechanism by which $PGE_2$ mediates cell apoptosis in toxin A-exposed colonocytes has remained unclear. Here, we sought to identify the signaling pathway involved in toxin A-induced, $PGE_2$-mediated colonocyte apoptosis. In non-transformed NCM460 human colonocytes, toxin A exposure strongly upregulated expression of Bak, which is known to form mitochondrial outer membrane pores, resulting in apoptosis. RT-PCR analyses revealed that this increase in Bak expression was attributable to toxin A-induced transcriptional upregulation. We also found that toxin A upregulation of Bak expression was dependent on $PGE_2$ production, and further showed that this effect was recapitulated by an Prostaglandin E2(PGE2) receptor-1 receptor agonist, but not by agonists of other EP receptors. Collectively, these results suggest that toxin A-induced cell apoptosis involves $PGE_2$-upregulation of Bak through the EP1 receptor.
The mechanism by which catechin-mediated cytotoxicity against tumor cells remains to be elusive. To elucidate the mechanical mights of anti-tumor effects, (-)epigallocatechin-gallate (EGCG) of catechin was applied to human prostate cancer DU 145 cells. Cell viability was measured by crystal violet staining. Cell lysates were wed to measure the catalytic activity of caspases by using fluorogenic peptide: Ac-DEVD-AMC for caspase-3 protease, Z-IETD-AFC for caspase-8 protease, Ac-LEHD-AFC for caspase-9 protease as substrates. The equal amounts of protein from cell lysate was separated on SDS-PAGE and analyzed by western blotting with anti-Fas antibody, anti-FasL antibody, anti-BCL2 antibody and anti-Bax antibody. (-)EGCG induced the death of DUl45 cells, which was revealed as apoptosis shown by DNA fragmentation. (-)EGCG induced the activation of caspase family cysteine proteases including caspase-3, -8 and -9 proteases in DU145 cells. Also, (-)EGCG increased the expression of Fas and Fas ligand (FasL) protein in DU145 colls. The expression level of BCL2 was decreased in (-)EGCG treated DU145 cells, whereas Bax protein was increased in a time-dependent manner. We suggest that (-)EGCG-induced apoptosis of DU145 cells is mediated by signaling pathway involving caspase family cysteine protease, mitochondrial BCL2-family protein and Fas/FasL.
Objectives : The liver is rich in mitochondria and it plays a key role in whole-body energy homeostasis. Mitochondria is double membrane-bound organelle that supplies energy for intracellular metabolism including Krebs cycle and beta-oxidation. Acupuncture is known to stimulate and regulate the flow of energy. To explore the effect of acupuncture on the mitochondrial respiratory chain activity in the rats' livers, the activity of mitochondrial respiratory chain complexes I to IV was observed. Methods : The rats were divided into 4 groups; Normal 1 (no acupuncture treatment and anesthesia for 5 min), Normal 2 (no acupuncture treatment and anesthesia for 10 min), MA1 (acupuncture treatment at bilateral LR3 under anesthesia for 5 min), and MA2 (acupuncture treatment at bilateral LR3 under anesthesia for 10 min). All rats were sacrificed and the livers were examined for respiratory chain change. Results : There was no difference in ubiquinon oxidoreductase, succinate dehydrogenase, and ubiquinol cytochrome C oxidoreductase after acupuncture at LR3. Acupuncture at LR3 for 10 min increased the activity of cytochrome C oxidase compared with no acupuncture groups. Conclusions : Acupuncture at LR3 mediated mitochondrial respiratory chain activity via the cytochrome C oxidase signaling pathway in the livers of rats.
Shim, Ji Hwan;Gim, Huijin;Lee, Soojin;Kim, Byung Joo
Journal of Pharmacopuncture
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v.19
no.2
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pp.129-136
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2016
Objectives: The crude extracts of Scutellaria barbata D. Don (SB) have traditionally demonstrated inhibitory effects on numerous human cancers both in vitro and in vivo. Gastric cancer is one of the most common types of cancer on world. The authors investigated the effects of an ethanol extract of Scutellaria barbata D. Don (ESB) on the growth and survival of MKN-45 cells (a human gastric adenocarcinoma cell line). Methods: The MKN-45 cells were treated with different concentrations of ESB, and cell death was examined using an MTT (3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazolium bromide) assay. Analyses of sub-G1 peaks, caspase-3 and -9 activities, and mitochondrial membrane depolarizations were conducted to determine the anti-cancer effects of SB on MKN-45 cells. Also, intracellular reactive oxygen species (ROS) generation was investigated. Results: ESB inhibited the growth of MKN-45 cells, caused cell cycle arrest, and increased the sub-G1 population. In addition, ESB markedly increased mitochondrial membrane depolarization and the activities of caspase-3 and -9. ESB exerted anti-proliferative effects on MKN-45 cells by modulating the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway and by increasing the generation of ROS. Furthermore, combinations of anti-cancer drugs plus ESB suppressed cell growth more than treatments with an agent or ESB, and this was especially true for cisplatin, etoposide, and doxorubicin. Conclusion: ESB has a dose-dependent cytotoxic effect on MKN-45 cells and this is closely associated with the induction of apoptosis. ESB-induced apoptosis is mediated by mitochondria-, caspase- and MAPK dependent pathways. In addition, ESB enhances ROS generation and increases the chemosensitivity of MKN-45 cells. These results suggest that treatment with ESB can inhibit the proliferation and promote the apoptosis of human gastric adenocarcinoma cells by modulating the caspase-, MAPK- and ROS-dependent pathway.
In the present work, we show that tamoxifen(Tam)-induced cytotoxicity is due to the mitochondrial-dependent pathway triggered by the intracellular $Ca^{2+}$ increase in MCF-7 human breast cancer cells. Tam induced the intracellular $Ca^{2+}$ increase. According to the experimental results with $Ca^{2+}$ channel blockers, Tam-induced $Ca^{2+}$ uptake seemed to depend on the voltage-sensitive $Ca^{2+}$ channel at the early stage, but at later stages the intracellular $Ca^{2+}$ increases are more likely due partly to the release of stored $Ca^{2+}$ and partly to the capacitative $Ca^{2+}$ or other entry pathways. Tam-induced $Ca^{2+}$ increase led to the release of cytochrome c from mitochondria into the cytosol and the change of mitochondrial membrane potential. In MCF-7 cells, caspase-7 plays a key role in the downstream of apoptosis because caspase-3 is absent. In the cells treated with Tam, caspase-7 cleavage was increased almost two-fold. There was no marked alteration in the level of anti-apoptotic Bcl-2 protein; however, the cells showed increased expression of pro-apoptotic Bax protein more than two-fold in response to Tam. These results imply that the apoptotic signaling pathway activated by Tam is likely to be mediated via the mitochondrial-dependent pathway.
Song, Kyoung;Lee, Hun Seok;Jia, Lina;Chelakkot, Chaithanya;Rajasekaran, Nirmal;Shin, Young Kee
Molecules and Cells
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v.45
no.6
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pp.413-424
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2022
Suppressor of mothers against decapentaplegic homolog (SMAD) 4 is a pluripotent signaling mediator that regulates myriad cellular functions, including cell growth, cell division, angiogenesis, apoptosis, cell invasion, and metastasis, through transforming growth factor β (TGF-β)-dependent and -independent pathways. SMAD4 is a critical modulator in signal transduction and functions primarily as a transcription factor or cofactor. Apart from being a DNA-binding factor, the additional SMAD4 mechanisms in tumor suppression remain elusive. We previously identified methyl malonyl aciduria cobalamin deficiency B type (MMAB) as a critical SMAD4 binding protein using a proto array analysis. This study confirmed the interaction between SMAD4 and MMAB using bimolecular fluorescence complementation (BiFC) assay, proximity ligation assay (PLA), and conventional immunoprecipitation. We found that transient SMAD4 overexpression down-regulates MMAB expression via a proteasome-dependent pathway. SMAD4-MMAB interaction was independent of TGF-β signaling. Finally, we determined the effect of MMAB downregulation on cancer cells. siRNA-mediated knockdown of MMAB affected cancer cell metabolism in HeLa cells by decreasing ATP production and glucose consumption as well as inducing apoptosis. These findings suggest that SMAD4 controls cancer cell metabolism by regulating MMAB.
Auranofin is a US Food and Drug Administration (FDA)-approved anti-arthritis medication that functions as a thioredoxin reductase inhibitor. Spermidine, a polyamine present in marine algae, can exert various physiological functions. Herein, we examined the synergistic anticancer activity of auranofin and spermidine in hepatocellular carcinoma (HCC). Combined treatment with auranofin and spermidine suppressed cell viability more efficiently than either treatment alone in HCC Hep3B cells. The isobologram plotted by calculating the half maximal inhibitory concentration (IC50) values of each drug indicated that the two drugs exhibited a synergistic effect. Based on the analysis of annexin V and cell cycle distribution, auranofin and spermidine markedly induced apoptosis in Hep3B cells. Moreover, auranofin and spermidine increased mitochondria-mediated apoptosis by promoting mitochondrial membrane potential (Δψm) loss. Auranofin and spermidine significantly increased reactive oxygen species (ROS) production in Hep3B cells, and the blocking ROS suppressed apoptosis induced by spermidine and auranofin. In addition, auranofin and spermidine reduced the expression of phosphorylated phosphatidylinositol-3 kinase (PI3K) and protein kinase B (Akt), and PI3K inhibitor accelerated auranofin- and spermidine-induced apoptosis. Using ROS scavenger and PI3K inhibitor, we revealed that ROS acts upstream of auranofin- and spermidine-induced apoptosis. Collectively, our study suggests that combination treatment with auranofin and spermidine could afford synergistic anticancer activity via ROS overproduction and reduced PI3K/Akt signaling pathway.
Although atopic dermatitis (AD) is known to be a representative skin disorder, it also affects the systemic immune response. In a recent study, myoblasts were shown to be involved in the immune regulation, but the roles of muscle cells in AD are poorly understood. We aimed to identify the relationship between mitochondria and atopy by genome-wide analysis of skeletal muscles in mice. We induced AD-like symptoms using house dust mite (HDM) extract in NC/Nga mice. The transcriptional profiles of the untreated group and HDM-induced AD-like group were analyzed and compared using microarray, differentially expressed gene and functional pathway analyses, and protein interaction network construction. Our microarray analysis demonstrated that immune response-, calcium handling-, and mitochondrial metabolism-related genes were differentially expressed. In the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) and Gene Ontology pathway analyses, immune response pathways involved in cytokine interaction, nuclear factor-kappa B, and T-cell receptor signaling, calcium handling pathways, and mitochondria metabolism pathways involved in the citrate cycle were significantly upregulated. In protein interaction network analysis, chemokine family-, muscle contraction process-, and immune response-related genes were identified as hub genes with many interactions. In addition, mitochondrial pathways involved in calcium signaling, cardiac muscle contraction, tricarboxylic acid cycle, oxidation-reduction process, and calcium-mediated signaling were significantly stimulated in KEGG and Gene Ontology analyses. Our results provide a comprehensive understanding of the genome-wide transcriptional changes of HDM-induced AD-like symptoms and the indicated genes that could be used as AD clinical biomarkers.
Tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) can selectively induce apoptosis in many types of transformed cells; however, some human hepatocellular carcinoma cells are particularly resistant to the effects of TRAIL. Although genistein, a natural isoflavonoid phytoestrogen, has been shown to have pro-apoptotic activity against human cancer cell lines, little is known about the mechanism of genistein in terms of TRAIL-induced apoptosis. In the present study, it was investigated whether or not combined treatment with genistein and TRAIL synergistically induced apoptosis in Hep3B hepatocarcinoma cells. Results indicate that treatment with TRAIL in combination with nontoxic concentrations of genistein sensitized TRAIL-resistant Hep3B cells to TRAIL-induced apoptosis, which was associated with mitochondrial dysfunction. Further, the inhibition of p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) activation markedly decreased genistein and TRAIL-induced cell viability and apoptosis by enhanced truncation of Bid, increase of pro-apoptotic Bax, decrease of anti-apoptotic Bcl-2, and release of cytochrome c from mitochondria to cytoplasm. Activation of caspases and degradation of poly (ADP-ribose) polymerase induced by the combined treatment was also markedly increased by the inhibition of p38 MAPK, through the mitochondrial amplification step. In conclusion, our data suggest that genistein sensitizes TRAIL-induced-apoptosis via p38 MAPK-dependent pathway.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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