Kim, Yun Tai;Jo, Soo Shin;Park, Young Jun;Lee, Myung Za;Suh, Chang Kook
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제18권6호
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pp.509-516
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2014
Radiation therapy for variety of human solid tumors utilizes mechanism of cell death after DNA damage caused by radiation. In response to DNA damage, cytochrome c was released from mitochondria by activation of pro-apoptotic Bcl-2 family proteins, and then elicits massive $Ca^{2+}$ release from the ER that lead to cell death. It was also suggested that irradiation may cause the deregulation of $Ca^{2+}$ homeostasis and trigger programmed cell death and regulate death specific enzymes. Thus, in this study, we investigated how cellular $Ca^{2+}$ metabolism in RKO cells, in comparison to radiation-resistant A549 cells, was altered by gamma (${\gamma}$)-irradiation. In irradiated RKO cells, $Ca^{2+}$ influx via activation of NCX reverse mode was enhanced and a decline of $[Ca^{2+}]_i$ via forward mode was accelerated. The amount of $Ca^{2+}$ released from the ER in RKO cells by the activation of $IP_3$ receptor was also enhanced by irradiation. An increase in $[Ca^{2+}]_i$ via SOCI was enhanced in irradiated RKO cells, while that in A549 cells was depressed. These results suggest that ${\gamma}$-irradiation elicits enhancement of cellular $Ca^{2+}$ metabolism in radiation-sensitive RKO cells yielding programmed cell death.
Programmed cell death systems are important for an active type of cell deaths. Among them, a type of programmed cell death, autophagy is activated in cancer cells in response to multiple stresses and has been demonstrated to promote tumor cell survival and drug resistance. Thus, in the area of cancer, over the time frame form around the 1940s to date, of the 155 small molecules, 73% are other than "synthetic", with 47% actually being either "natural products" or "directly derived therefrom". Autophagy has multiple physiological functions in multicellular organisms, including protein degradation and organelle turnover. Genes and proteins that constitute the basic machinery of the autophagic process were first identified in the yeast system and some of their mammalian orthologues have been characterized as well. Numerous oncogenes, including Akt1, Bcl-2, NF1, PDPK1, class I PI3K, PTEN, and Ras and oncosuppressors, inculuding Bec-1, Bif-1, DAPK-1, p53 and UVRAG suppress or promote the autophagy pathway. Regulation of autophagy in tumors is governed by similar principles of the normal cells, only in a much more complicated manner, given the frequently observed abnormal PI3K activation in cancer and the multitude of interactions between the PI3K/AKT/mTOR pathway and other cell signaling cascades, often also deregulated in tumor cells. Autophagy induction by some anticancer agents underlines the potential utility of its induction as a new cancer treatment modality of development for natural medicines.
Ju, Jiwon;Kim, Kangmin;Lee, Kui-Jae;Lee, Wang Hu;Ju, Ho-Jong
The Plant Pathology Journal
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제33권1호
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pp.53-65
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2017
Barley yellow dwarf virus (BYDV) belongs to Luteovirus and is limited only at phloem related tissues. An open reading frame (ORF) 4 of BYDV codes for the movement protein (MP) of BYDV gating plasmodesmata (PD) to facilitate virus movement. Like other Luteoviruses, ORF 4 of BYDV is embedded in the ORF3 but expressed from the different reading frame in leaky scanning manner. Although MP is a very important protein for systemic infection of BYDV, there was a little information. In this study, MP was characterized in terms of subcellular localization and programmed cell death (PCD). Gene of MP or its mutant (ΔMP) was expressed by Agroinfiltration method. MP was clearly localized at the nucleus and the PD, but ΔMP which was deleted distal N-terminus of MP showed no localization to PD exhibited the different target with original MP. In addition to PD localization, MP appeared associated with small granules in cytoplasm whereas ΔMP did not. MP associated with PD and small granules induced PCD, but ΔMP showed no association with PD and small granules did not exhibit PCD. Based on this study, the distal N-terminal region within MP is seemingly responsible for the localization of PD and the induction small granules and PCD induction. These results suggest that subcellular localization of BYDV MP may modulate the PCD in Nicotiana benthamiana.
Hwang, In Sun;Brady, Jen;Martin, Gregory B.;Oh, Chang-Sik
The Plant Pathology Journal
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제33권2호
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pp.163-169
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2017
$SIMAPKKK{\alpha}$, a tomato (Solanum lycopersicum) mitogen-activated protein kinase kinase kinase, is a positive regulator of Pto-mediated effector-triggered immunity, which elicits programmed cell death (PCD) in plants. In this study, we examined whether putative phosphorylation sites in the conserved activation segment of the $SIMAPKKK{\alpha}$ kinase domain are critical for eliciting PCD. Three amino acids, $threonine^{353}$, $serine^{360}$ ($Ser^{360}$), or $serine^{364}$ ($Ser^{364}$), in the conserved activation segment of $SIMAPKKK{\alpha}$ kinase domain were substituted to alanine (T353A, S360A, or S364A), and these variants were transiently expressed in tomato and Nicotiana benthamiana plants. Two alanine substitutions, S360A and S364A, completely abolished $SIMAPKKK{\alpha}$ PCD-eliciting activity in both plants, while T353A substitution did not affect its PCD-eliciting activity. $SIMAPKKK{\alpha}$ wild type and variant proteins accumulated to similar levels in plant leaves. However, $SIMAPKKK{\alpha}$ protein with the largest size was missed when either S360A or S364A substitutions were expressed, whereas proteins with the smaller masses were more accumulated than those of full-length of $SIMAPKKK{\alpha}$ and T353A. These results suggest that phosphorylation of $SIMAPKKK{\alpha}$ at $Ser^{360}$ and $Ser^{364}$ is critical for PCD elicitation in plants.
Background: Programmed cell death protein-1 (PD-1) and programmed cell death ligand-1 (PD-L1) have important roles in tumor evasion of the immune system. Objectives: This study aimed to assess the diagnostic utility of circulating PD-1 and PD-L1 levels in healthy dogs and dogs with tumors. Methods: Circulating PD-1 and PD-L1 levels in the serum of 71 dogs with tumors were compared with those of 52 healthy dogs by performing enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Results: The ELISA results revealed higher circulating PD-1 and PD-L1 levels in dogs with tumors (2.9 [2.2-3.7] ng/mL; median [IQR] and 2.4 [1.4-4.4] ng/mL, respectively) than in healthy dogs (2.4 [1.9-3.0] ng/mL; p = 0.012 and 1.4 [0.9-2.1] ng/mL; p < 0.001, respectively). Especially, there was a significant difference in circulating PD-1 levels between healthy dogs and dogs with malignant epithelial tumors (2.4 [1.9-3.0] ng/mL and 3.1 [2.6-4.4] ng/mL, respectively; p < 0.01). In addition, there was a significant difference in circulating PD-L1 levels between healthy dogs and dogs with lymphomas (1.4 [0.9-2.1] ng/mL and 2.7 [1.6-5.8] ng/mL, respectively; p < 0.001). Conclusion: This study indicates that circulating PD-1 and PD-L1 have potential as tumor diagnostic biomarkers in dogs with tumors.
2-chloroethylethyl sulfide (CEES) is an alkylating agent that readily reacts with a wide variety of biological molecules causing metabolic abnormality. The mechanism of cell death during CEES injury is poorly understood. We have examined the effect of exposure of thymocytes with various concentrations of CEES to determine the pattern of cell death in thymocytes injury induced by CEES. In the present study, we show that two patterns of cell death occurred by either one of two mechanisms: apoptosis and necrosis. Exposure to low level of CEES (100 ${\mu}M$) for 5 h caused an induction of apoptosis on thymocytes, as identified by the following criteria: DNA fragmentation visualized by the characteristic "ladder" pattern was observed upon agarose gel electrophoresis and morphological features were revealed by microscopical observations. In contrast, exposure to high levels of CEES (500 ${\mu}M$) induce necrotic features such as cell lysis. Thus, depending on the concentrations, CEES can result in either apoptotic or necrotic cell damage. Our findings suggest that thymocytes which are not killed directly, but merely injured by low levels of CEES, are able to activate an internally-programmed cell death mechanism, whereas thymocytes receiving severe damages apparently can not.
Programmed cell death (PCD) is thought as a well-controlled process by which unwanted cells are selectively eliminated. During the last decade many researches have elucidated molecules and their interactions involved in cell death by using largely in vitro induction of cell death or survival signals in a more defined manner, While these critical information and novel findings provide us with clearer understanding of mechanisms underlying cell death, it does by no means explain how PCD occurs and which cells or tissues are affected during normal embryonic development in vivo. In this study, we used zebrafish to examine whether the PCD is occurring selectively or randomly in developing embryos by whole mount in situ TUNEL analysis with specific markers for neural cells. The result revealed that the degree and distribution of TUNEL staining varied considerably throughout gastrulation stage, and there was also a number of TUNEL-negative embryos. Most of TUNEL-positive cells were scattered randomly throughout the blastoderm. During the gastrulation stage about 75 % of the embryos analyzed exhibited more than 5 TUNEL-positive cells. As the dorsal epiblast begins to thicken rather abruptly near the end of gastrulation, TUNEL-positive cells were mainly located along the dorsal side. Although there were some variations in TUNEL staining during segmentation and pharyngeal stages, TUNEL staining continued to be localized to the central nervous system, and was also detected in the sensory organs, trigeminal ganglions, and the primary sensory neurons. High levels of the cell death in developing brain between 20-somite and prim-6 stages are thought to play a role in the morphogenesis and organization of the brain. At prim-16 stage, cell death is considerably reduced in the brain region. Dying cells are mainly localized to the prospective brain region where ectodermal cells are about to initiate neurogenesis. As development progressed, high levels and more reproducible patterns of cell death were observed in the developing nervous system. Intensive TUNEL staining was restricted to the trigeminal ganglions, the primary sensory neurons, and sensory organs, such as olfactory pits and otic vesicles. Thus, PCD patterning in zebrafish embryos occurs randomly at early stages and becomes restricted to certain region of the embryos. The spatio-temporal pattern of PCD during the early embryonic development in zebrafish will provide basic information for further studies to elucidate genes involved in. regulation of PCD largely unknown in vivo during vertebrate embryogenesis.
Fas-associated protein with death domain (FADD), an adaptor that bridges death receptor signaling to the caspase cascade, is indispensible for the induction of extrinsic apoptotic cell death. Interest in the non-apoptotic function of FADD has greatly increased due to evidence that FADD-deficient mice or dominant-negative FADD transgenic mice result in embryonic lethality and an immune defect without showing apoptotic features. Numerous studies have suggested that FADD regulates cell cycle progression, proliferation, and autophagy, affecting these phenomena. Recently, programmed necrosis, also called necroptosis, was shown to be a key mechanism that induces embryonic lethality and an immune defect. Supporting these findings, FADD was shown to be involved in various necroptosis models. In this review, we summarize the mechanism of extrinsic apoptosis and necroptosis, and discuss the in vivo and in vitro roles of FADD in necroptosis induced by various stimuli.
Toxin-antitoxin (TA) system은 박테리아와 고세균에서 진화적으로 보존되어 흔히 발견되는 유전적 모듈이다. 기본적으로 이 시스템은 세포 내 toxin과 그들의 억제자로 작용하는 antitoxin으로 구성되어있으며, 현재 총 다섯가지 유형으로 구분된다. 공통적으로 toxin은 스트레스 조건에서 활성화됨으로써 세포 내 다양한 과정을 억제하는 활성을 가지는데 이는 결과적으로 세포 사멸 혹은 가역적인 생장 저해를 일으킨다. Toxin의 이러한 효과들은 유전자 발현의 조절, 성장 조절, programmed cell arrest, programmed cell death, persister cell의 형성, 박테리오파지 방어기작, 가동성 유전인자의 안정화, 플라스미드 유지 기작 등 다양한 생리학적 역할을 나타낸다. 그러므로 TA system은 일반적인 스트레스 반응모듈로서 여겨진다. 하지만 이를 역이용한다면 TA system으로부터 toxin을 활성화 시키는 인자를 개발하여 새로운 항균 물질로 이용할 수 있다. 그뿐만 아니라 TA system은 toxin의 세포 사멸 효과를 이용하여 원하는 타겟 유전자가 존재하는 세포만 선택적으로 살아남도록 하는 효율적인 클로닝 전략에 이용될 수 있다. 또한, toxin의 서열 특이적 리보핵산 가수분해효소 활성을 이용하여 타겟 단백질 이외의 단백질 합성을 막아 효과적인 단일 단백질 대량 생산을 위해서도 이용할 수 있다. 더 나아가 일부 TA system의 toxin은 진핵 세포에서도 세포 독성을 나타내기 때문에 암세포, 바이러스 감염 세포에서 toxin의 발현을 유도하여 세포사멸을 일으킴으로써 인간의 질병 치료로 이어질 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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