Ke Jiang;Yuling Li;Chao Xiang;Yan Xiong;Jiameng Jia
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.33
no.3
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pp.339-347
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2023
Transforming growth factor-β is a key factor in regulating adhesion formation during tendon healing. We investigated the effectiveness of SMAD family members, SMAD7 and SMAD3, in the TGF-β/Smad signaling during flexor tendon repair. Mouse flexor toe deep tendon rupture anastomosis models were made. On days 3, 7, 14, 21, and 28, the expressions of smad7 and smad3 in flexor tendon tissues were detected by RT-qPCR and western blot. Furthermore, postoperative intraperitoneal injections of SMAD7 agonists or SMAD3 antagonists were given. The degree of tendon healing was evaluated by adhesion testing and biomechanical experiments. Hematoxylin and eosin (HE) staining was used to observe the pathological changes. Immunohistochemistry was used to evaluate the expressions of collagen III, SMAD3, and SMAD7. The mRNA levels of matrix metalloproteinases, Mmp2 and Mmp9, and scleraxis (SCX) in flexor tendon tissue were detected by RT-qPCR. Smad3 expression increased and Smad7 expression decreased in flexor tendon tissue after injury. In addition, the SMAD7 agonist blocked SMAD3 phosphorylation. SMAD7 agonist and SMAD3 antagonist both improved adhesion formation during flexor tendon healing, and decreased the expressions of collagen III, Mmp9, and SCX, while increasing Mmp2 expression. This study provides a possible theoretical basis for the SMAD7-SMAD3 signal cascade during flexor tendon adhesion healing.
Smad proteins mediate transforming growth $factor(TGF)-{\beta}$ signaling and play a pivotal role in embryonic development. The estrogen receptor-related receptors(ERRs), which are structurally similar to estrogen receptors, are members of orphan nuclear receptor in the nuclear receptor superfamily and their functions are known to be involved in the formation of extra-embryonic ectoderm. To investigate the involvement of Smad3 and $ERR{\beta}$ like 1 in reproductive activities and embryogenesis in marine invertebrate, we examined gene expression of Smad3 and $ERR{\beta}$ like 1 in Strongylocentrotus nudus during their seasonal changes and embryonic development using real-time polymerase chain reaction. The Smad3 mRNA levels in gonad showed an increasing pattern from February to June 2004 but decreased at August(spawning season) followed by an elevation of the levels at October and December 2004. The mRNA levels of the $ERR{\beta}$ like 1 significantly elevated during the spawning season. During embryonic development, Smad3 mRNA levels at $8{\sim}16$ cell stages were significantly higher than those of other stages, whereas the mRNA of the $ERR{\beta}$ like 1 was significantly high levels at late development stages, i.e., blastular, gastrula and plutei stages. These results suggest that the Smad3 could be involved at least in part in the early cleavage stages and the $ERR{\beta}$ like 1 may play an important role in the spawning season and late developmental stage in the sea urchin.
Park, Su-Hyun;Jung, Eun-Ho;Kim, Geun-Young;Kim, Byung-Chul;Lim, Jae Hyang;Woo, Chang-Hoon
Molecules and Cells
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v.38
no.1
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pp.20-25
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2015
TGF-${\beta}$ regulates pleiotropic cellular responses including cell growth, differentiation, migration, apoptosis, extracellular matrix production, and many other biological processes. Although non-Smad signaling pathways are being increasingly reported to play many roles in TGF-${\beta}$-mediated biological processes, Smads, especially receptor-regulated Smads (R-Smads), still play a central mediatory role in TGF-${\beta}$ signaling for epithelial-mesenchymal transition. Thus, the biological activities of R-Smads are tightly regulated at multiple points. Inhibitory Smad (I-Smad also called Smad7) acts as a critical endogenous negative feedback regulator of Smad-signaling pathways by inhibiting R-Smad phosphorylation and by inducing activated type I TGF-${\beta}$ receptor degradation. Roles played by Smad7 in health and disease are being increasingly reported, but the molecular mechanisms that regulate Smad7 are not well understood. In this study, we show that E3 ubiquitin ligase Itch acts as a positive regulator of TGF-${\beta}$ signaling and of subsequent EMT-related gene expression. Interestingly, the Itch-mediated positive regulation of TGF-${\beta}$ signaling was found to be dependent on Smad7 ubiquitination and its subsequent degradation. Further study revealed Itch acts as an E3 ubiquitin ligase for Smad7 polyubiquitination, and thus, that Itch is an important regulator of Smad7 activity and a positive regulator of TGF-${\beta}$ signaling and of TGF-${\beta}$-mediated biological processes. Accordingly, the study uncovers a novel regulatory mechanism whereby Smad7 is controlled by Itch.
Kim, Nan-Jin;Ryoo, Hyun-Mo;Kim, Hyun-Jung;Kim, Young-Jin;Nam, Soon-Hyeun
Journal of the korean academy of Pediatric Dentistry
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v.28
no.2
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pp.238-246
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2001
Bone morphogenetic proteins(BMPs), members of the transforming growth factor $\beta$(TGF-$\beta$) superfamily were first identified as the factors that induce ectopic bone formation in vivo, when implanted into muscular tissue. Especially BMP-2 inhibits terminal differentiation of C2C12 myoblasts and converts them into osteoblast lineage cells. In the molecular mechanism of the signal transduction of TGF-$\beta$ and related factors, intracellular signaling proteins were identified as Smad. In previous study, it has been reported that Smad 1 and Smad 5, which belong to the R-Smad family mediate BMP signaling, were involved in the induction of osteoblast differentiation in C2C12 cells. To understnad the role of Smads involved in osteogenic transdifferentiation in C2C12 cell, in present study, after we stably transfected C2C12 cells with each. Smad(Smad 1,Smad 5) expression vector, cultured for 3 days and stained for alkaline phophatase activity. ALP activity positive cells appeared in the Smad 1, Smad 5 stably transfected cell even in the abscence of BMP. After transiently co-transfected C2C12 cells with each Smad expression vector and ALP promoter, it was examined that Smad 1 and Smad 5 expression vector had increased about 2 fold ALP promoter activity in the abscence of BMP. These result suggested that both Smad 1 and Smad 5 were involved in the intracellular BMP signals which induce osteoblast differentiation in C2C12 cells. The effect of BMP on C2C12 cells with Smad 1, Smad 5 transfected were studied by using northern blot analysis. the treatment of BMP upregulated ALP mRNA level in three groups, especially upregulation of ALP was larger in Smad 1, Smad 5 transfected cell than control group. Pretreatment with cycloheximide($10{\mu}g/ml$), a protein synthesis inhibitor resulted in blocking the ALP gene expression even in BMP(100ng/ml) treated cell. These results suggested that Smad increased the level of ALP mRNA via the synthesis of a certain transcriptional regulatory protein.
B cell-activating factor belonging to the TNF family (BAFF) is primarily expressed by macrophages and stimulates B cell proliferation, differentiation, survival, and Ig production. In this study, we explored the effect of lactoferrin (LF) on BAFF expression by murine macrophages. We determined the level of BAFF expression at the transcriptional and protein levels using RT-PCR and ELISA, respectively. LF markedly enhanced BAFF expression in mouse macrophages at both the transcriptional and protein levels. Overexpression of Smad3/4 further increased LF-induced BAFF transcription while DN-Smad3 abolished the LF-induced BAFF expression. These results demonstrate that LF can enhance BAFF expression through Smad3/4 pathway.
Purpose: Runx2 (runt-related transcription factor 2), a bone-specific transcription factor, is a key regulator of osteoblast differentiation and its expression is induced by the activation of BMP-2 signaling. This study examined whether zinc modulates BMP-2 signaling and therefore stimulates Runx2 and osteoblast differentiation gene expression. Methods: Two osteoblastic MC3T3-E1 cell lines (subclones 4 as a high osteoblast differentiation and subclone 24 as a low osteoblastic differentiation) were cultured in an osteogenic medium (OSM) as the normal control, Zn-($1{\mu}M$ Zn) or Zn+($15{\mu}M$ Zn) for 24 h. The genes and proteins for BMP-2 signaling (BMP-2, Smad-1/p-Smad-1), transcription factors (Runx2, osterix), and osteoblast differentiation marker proteins were assessed. Results: In both cell lines, BMP-2 mRAN and protein expression and extracellular BMP-2 secretion all decreased in Zn-. The expression of Smad-1 (downstream regulator of BMP-2 signaling) and p-Smad-1 (phosphorylated Smad-1) also downregulated in Zn-. Furthermore, the expression of the bone-specific transcription factors, Runx2 and osterix, decreased in Zn-, which might be due to the decreased BMP-2 expression and Smad-1 activation (p-Smad-1) by Zn-, because Runx2 and osterix both are downstream in BMP-2 signaling. Bone marker gene expression, such as alkaline phosphatase (ALP), collagen type I (COLI), osteocalcin, and osteopontin were also downregulated in Zn-. Conclusion: The results suggest that a zinc deficiency in osteoblasts suppresses the BMP-2 signaling pathway via the suppression of Smad-1 activation, and this suppressed BMP-2 signaling can cause poor osteoblast differentiation.
TGF-${\beta}$ induces IgA class switching by B cells. We previously reported that Smad3 and Smad4, pivotal TGF-${\beta}$ signal-transducing transcription factors, mediate germline (GL) ${\alpha}$ transcription induced by TGF-${\beta}1$, resulting in IgA switching by mouse B cells. Post-translational sumoylation of Smad3 and Smad4 regulates TGF-${\beta}$-induced transcriptional activation in certain cell types. In the present study, we investigated the effect of sumoylation on TGF-${\beta}1$-induced, Smad3/4-mediated $GL{\alpha}$ transcription and IgA switching by mouse B cell line, CH12F3-2A. Overexpression of small ubiquitin-like modifier (SUMO)-1, SUMO-2 or SUMO-3 did not affect TGF-${\beta}1$-induced, Smad3/4-mediated $GL{\alpha}$ promoter activity, expression of endogenous $GL{\alpha}$ transcripts, surface IgA expression, and IgA production. Next, we tested the effect of the E3 ligase PIASy on TGF-${\beta}1$-induced, Smad3/4-mediated $GL{\alpha}$ promoter activity. We found that PIASy overexpression suppresses the $GL{\alpha}$ promoter activity in cooperation with histone deacetylase 1. Taken together, these results suggest that SUMO itself does not affect regulation of $GL{\alpha}$ transcription and IgA switching induced by TGF-${\beta}1$/Smad3/4, while PIASy acts as a repressor.
Zhang, Tao;Chen, Hong-Sheng;Wang, Li-Feng;Bai, Ming-Han;Wang, Yi-Chong;Jiang, Xiao-Feng;Liu, Ming
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.15
no.1
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pp.273-276
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2014
Ellagic acid has been shown to inhibit tumor cell growth. However, the underlying molecular mechanisms remain elusive. In this study, our aim was to investigate whether ellagic acid inhibits the proliferation of MCF-7 human breast cancer cells via regulation of the TGF-${\beta}$/Smad3 signaling pathway. MCF-7 breast cancer cells were transfected with pEGFP-C3 or pEGFP-C3/Smad3 plasmids, and treated with ellagic acid alone or in combination with SIS3, a specific inhibitor of Smad3 phosphorylation. Cell proliferation was assessed by MTT assay and the cell cycle was detected by flow cytometry. Moreover, gene expression was detected by RT-PCR, real-time PCR and Western blot analysis. The MTT assay showed that SIS3 attenuated the inhibitory activity of ellagic acid on the proliferation of MCF-7 cells. Flow cytometry revealed that ellagic acid induced G0/G1 cell cycle arrest which was mitigated by SIS3. Moreover, SIS3 reversed the effects of ellagic acid on the expression of downstream targets of the TGF-${\beta}$/Smad3 pathway. In conclusion, ellagic acid leads to decreased phosphorylation of RB proteins mainly through modulation of the TGF-${\beta}$/Smad3 pathway, and thereby inhibits the proliferation of MCF-7 breast cancer cells.
Jung, Ji Yun;Min, Byung-Gu;Park, Chung A;Byun, Sung Hui;Cho, Il Je;Kim, Sang Chan
Herbal Formula Science
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v.26
no.3
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pp.183-193
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2018
Objectives : In Traditional Korean Medicine, Epimedium koreanum Nakai has diverse pharmacological activities to treat impotence, forgetfulness, cataract and exophthalmos. Present study investigated anti-fibrogenic effects of E. koreanum water extract (EKE) in hepatic stellate cells (HSCs). Methods : To study anti-fibrogenic effects of EKE, LX-2 cells, a human immortalized HSCs, were pre-treated with $3-300{\mu}g/mL$ of EKE, and then subsequently exposed to 5 ng/mL of transforming growth $factor-{\beta}1$ ($TGF-{\beta}1$). Expression level of ${\alpha}-smooth$ muscle actin was determined by immunoblot analysis. Phosphorylation of Smad, transactivation of Smad, and expression of plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1) were monitored to investigate the effect of EKE on $TGF-{\beta}1-mediated$ signaling pathway. Results : Up to $100{\mu}g/mL$, EKE did not show any cytotoxicity on LX-2 cells. Pre-treatment of EKE ($100{\mu}g/mL$) significantly inhibited ${\alpha}-smooth$ muscle actin expression induced by $TGF-{\beta}1$. In addition, EKE significantly decreased Smad2 and Smad3 phosphorylations, Smad binding element-driven luciferase activity and PAI-1 expression by $TGF-{\beta}1$. Of three flavonoid compounds found in EKE, only quercertin ($30{\mu}M$) attenuated $TGF-{\beta}1-mediated$ PAI-1 expression. Conclusion : These results suggest that EKE has an ability to suppress fibrogenic process in HSCs via inhibition of $TGF-{\beta}1/Smad$ signaling pathway.
Objective : To explore the histological feature of the cervical disc degeneration in patients with degenerative ossification (DO) and its potential mechanisms. Methods : A total of 96 surgical segments, from cervical disc degenerative disease patients with surgical treatment, were divided into ossification group (group O, n=46) and non-ossification group (group NO, n=50) based on preoperative radiological exams. Samples of disc tissues and osteophytes were harvested during the decompression operation. The hematoxylin-eosin staining, Masson trichrome staining and Safranin O-fast green staining were used to compare the histological differences between the two groups. And the distribution and content of transforming growth factor (TGF)-β1, p-Smad2 and p-Smad3 between the two groups were compared by a semi-quantitative immunohistochemistry (IHC) method. Results : For all the disc tissues, the content of disc cells and collagen fibers decreased gradually from the outer annulus fibrosus (OAF) to the central nucleus pulposus (NP). Compared with group NO, the number of disc cells in group O increased significantly. But for proteoglycan in the inner annulus fibrosus (IAF) and NP, the content in group O decreased significantly. IHC analysis showed that TGF-β1, p-Smad2, and p-Smad3 were detected in all tissues. For group O, the content of TGF-β1 in the OAF and NP was significantly higher than that in group NO. For p-Smad2 in IAF and p-Smad3 in OAF, the content in group O were significantly higher than group NO. Conclusion : Histologically, cervical disc degeneration in patients with DO is more severe than that without DO. Local higher content of TGF-β1, p-Smad2, and p-Smad3 are involved in the disc degeneration with DO. Further studies with multi-approach analyses are needed to better understand the role of TGF-β/Smads signaling pathway in the disc degeneration with DO.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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