HO-1 Reduces the Severity of Trinitrobenzene Sulfonic Acid-induced Colitis through Suppression of NF-κB Activation

이승필(Seung Pil Lee),송정훈(Jeong Hoon Song),장성조(Sung-Jo Jang) 대한해부학회 2006 Anatomy & Cell Biology Vol.39 No.6

Heme oxygenase-1 (HO-1)은 heme의 분해 대사과정에 관여하는 속도제한효소(rate-limiting enzyme)로 강력한 염증억제작용을 한다고 알려져 있으나 그 작용기전은 잘 알려져 있지 않다. 따라서 본 논문에서는 HO-1이 TNBS 유도 대장염에서 항염증작용이 있는지를 조사하였다. TNBS 유도 대장염을 평가하기 위해 체중변화를 조사하였고 면역조직화학염색법으로 TNF-α, IL-1β 그리고 ICAM-1 등의 염증매개물질의 발현을 조사하였다. HO-1의 발현과 NF-κB의 활성을 조사하기 위하여 IκB-α의 파괴를 Western blot으로 조사하였다. HO-1의 유도제인 CoPPIX 투여군은 TNBS에 의한 체중감소 및 임상 증상, 조직병리학적 변화를 현저히 개선하였으며, 또한 염증의 유지에 중요한 역할을 하는 TNF-α, IL-1β과 ICAM-1의 발현 역시 현저히 억제하였다. 더우기 CoPPIX는 염증의 유도에 매우 중요한 역할을 하는 NF-κB 활성을 현저히 억제하였다. 이러한 CoPPIX의 효과들은 HO-1 활성 억제제인 ZnPPIX에 의해 차단되었다. 이상의 결과로 CoPPIX는 HO-1의 유도를 통하여 NF-κB 활성을 억제함으로써 TNBS에 의해 유도된 만성 대장염의 증상들을 개선시킬 수 있다고 본다. Heme oxygenage-1 (HO-1), rate-limiting enzyme in heme catabolism, has been known to show strong immune-suppressive properties although its mechanisms are not completely understood. In this study, the authors investigated the mechanism whereby HO-1 has anti-inflammatory properties in trinitrobenzene sulfonic acid (TNBS)-induced colitis. Body weight was evaluated and tumor necrosis factor (TNF-α), interleukin (IL)-1β and intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1) were detected by immunohistochemical staining. Heme oxygenase-1 (HO-1) expression was analyzed by Western blot and immunohistochemical staining. In a mouse model, HO-1 inducer, cobalt-protoporphyrin IX (CoPPIX) administration significantly improved the clinical symptoms and histopathologic changes of trinitrobenzene sulfonic acid (TNBS) colitis as well as significantly suppressed the expression of several inflammatory mediators such as TNF-α, IL-1β and ICAM-1 induced by TNBS. Furthermore CoPPIX suppressed NF-κB activation that is an important transcription factor for expression of proinflammatory mediators in TNBS colitis while HO-1 activity inhibitor, zinc protoporphyrin IX (ZnPPIX) reversed the protective effects of CoPPIX in TNBS colitis. Collectively, these results suggest that HO-1 exerts anti-inflammatory effects by down-regulation of NF-κB activity via induction of HO-1 during pathogenesis of TNBS-induced colitis.

Involvement of Peroxynitrite in NO Donor-Induced HO-1 Expression in Rat Articular Chondrocytes

Ju Dong Song(송주동),Kang Mi Kim(김강미),Jong Min Kim(김종민),Young Hyun Yoo(유영현),Young Chul Park(박영철) 한국생명과학회 2011 생명과학회지 Vol.21 No.4

Nitric oxide (NO) donors는 heme oxygenase-1 (HO-1)의 강력한 유도제이다. 그러나 NO donors에 의한 HO-1의 발현이 NO donor에 의해 방출되는 NO에 의한 직접적인 영향인지는 불분명하다. 본 연구에서 흰쥐의 무릎으로부터 분리 배양한 관절연골세포에서 HO-1의 발현에 NO donors의 영향을 조사하였다. NO donors(SIN-1, SNAP 그리고 SNP)는 HO-1의 mRNA와 단백질의 합성을 크게 증가시켰다. 그리고 NO의 표적 분자인 guanylate cyclase와 protein kinase G의 관련성을 살펴본 결과, NO donors에 의한 Nrf2와 HO-1의 발현증가와는 무관한 것으로 보였다. 흥미롭게도, NO scavenger인 carboxy-PTIO와 SOD mimetic TEMPOL은 NO donors에 의한 HO-1의 발현을 억제하였다. 게다가, peroxynitrite scavenger인 MnTBAP에 의해서도 Nrf2와 HO-1의 발현이 완전히 억제되었다. Peroxynitrite는 NO와 superoxide의 반응에 의해 세포 내에서 자연적으로 형성되는 물질이므로 peroxynitrite가 관절연골세포에서 HO-1의 발현에 직접적인 영향을 주는지를 관찰하였다. 관절연골세포에 peroxynitrite를 처리한 결과, 시간과 농도 의존적으로 Nrf2와 HO-1의 발현을 크게 증가시켰다. 본 실험 자료는 NO donors에 의한 HO-1의 발현증가는 방출되는 NO의 직접적인 영향이라기 보다는 NO와 superoxide의 반응으로 형성되는 peroxynitrite에 의해 유도된다는 것을 시사한다. Nitric oxide (NO) donors are a potent inducer of heme oxygenase-1 (HO-1). However, it is unclear whether or not HO-1 expression induced by NO donors is a direct consequence of NO released by NO donors. Here, we investigated the effects of NO donors on the expression of HO-1 in primary rat articular chondrocytes. NO donors (SIN-1, SNAP, and SNP) significantly induced the accumulation of HO-1 protein accompanied by an increase in HO-1 mRNA. NO donor-induced HO-1 expression exerted cytoprotection against NO and/or superoxide-induced cell death. Guanylate cyclase signaling was not associated with Nrf2 and HO-1 expression in NO donor-treated chondrocytes. Interestingly, NO scavenger carboxy-PTIO and SOD mimetic TEMPOL markedly inhibited NO donor-induced HO-1 expression in chondrocytes. In addition, NO donor-induced HO-1 expression was completely abrogated by the peroxynitrite scavenger MnTBAP. Since peroxynitrite can be physiologcally formed in the cell through reaction of NO with superoxide, we analyzed whether or not peroxynitrite could directly induce HO-1 expression in chondrocytes. Peroxynitrite treatment in chondrocytes evoked dose-and time-dependent Nrf2 and HO-1 expression. These results indicate that HO-1 expression induced by NO donors in rat articular chondrocytes is due to NO-mediated peroxynitrite rather than NO.

Heme Oxygenase-1 is Involved in the Down-regulation of Nuclear Transcription Factor κB Activation in the Colonic Epithelium During Inflammation

윤기중(Ki Jung Yun),김유림(Yu Rim Kim),이홍재(Heung Jae Lee),김경숙(Kyoung Suk Kim),권영미(Young-Mi Kwon),최민규(Min Kyu Choi),오재민(JaeMin Oh),정연태(Yeun Tai Chung) 대한해부학회 2004 Anatomy & Cell Biology Vol.37 No.6

HO-1은 스트레스에 의해 유도되는 효소로 그 항염증작용에 대한 기전은 거의 밝혀지지 않고 있다. NF-κB 활성은 만성 염증성 대장염을 일으키는데 관여하는 매우 중요한 인자이다. 우리는 대장염에서 NF-κB 활성과 HO-1 사이의 관계에 대하여 조사하였다. 정상인에 비하여 염증성 대장염이나 acute pesudomembranous colitis를 가진 환자에서 대장의 상피조직의 HO-1의 발현이 현저히 감소하였다. 또한 사람 대장상피세포주인 HT-29세포에서 TNF-α와 IL-1β 등의 사이토카인들은 HO-1의 발현을 억제하였다. HO-1의 유도제인 CoPPIX는 TNF-α에 의한 NF-κB 활성을 억제하였다. 또한 HO-1의 대사물질인 일산화탄소와 빌리루빈 역시 TNF-α에 의한 NF-κB 활성을 억제하였다. 그러나 다른 대사물질인 철은 TNF-α에 의한 NF-κB 활성을 억제하는데 아무런 효과가 없었다. 재미있게도 CoPPIX는 TNBS에 의해 유도된 만성 대장염을 현저히 개선하였고 궤양성 대장염의 동물모델에서도 NF-κB 활성을 억제하였다. 이상의 결과로 CoPPIX는 NF-κB 활성의 억제를 통해서 TNBS에 의해 유도된 만성 대장염의 증상들을 개선시킨다고 생각되었고 HO-1은 만성 염증성 대장염을 치료하는데 중요한 타겟물질이라고 생각하였다. Heme oxygenase-1 (HO-1) is a stress-inducible enzyme with anti-inflammatory activity, but the mechanisms underlying this activity are incompletely understood. Nuclear transcription factor κB (NF-κB) activation is an important factor in the pathogenesis of inflammatory bowel disease (IBD). We investigated the suppressive effects of HO-1 on the activation of NF-κB by pro-inflammatory cytokines in cultured colonic epithelial cells and by trinitrobenzene sulfonic acid (TNBS) in the colon of mice. The expression level of HO-1 in the colonic epithelium of a patient with inflammatory bowel disease and pseudomembranous colitis was lower than that in a healthy control subject. In cultured human colonic epithelial HT-29 cells, pro-inflammatory cytokines such as tumor necrosis factor-α (TNF-α) and IL-1β down-regulate HO-1 expression. The HO-1 inducer, cobalt protoporphyrin IX (CoPPIX), dramatically down-regulated NF-κB activation in HT-29 cells by TNF-α. In addition, bilirubin-a product of heme catabolism by HO-1-and the carbon monoxide donor tricarbonyldichlororuthenium (II) dimer also suppressed NF-κB activation by TNF-α. However, iron, another heme metabolite, did not suppress NF-κB activation by TNF-α. Furthermore, CoPPIX diminished the macroscopic and histopathological symptoms of TNBS-induced colitis and down-regulated NF-κB activation in mice. In conclusion, this study suggests that HO-1 plays an important role in the down-regulation of NF-κB activation, which is a key factor in the pathogenesis of IBD and is thus an excellent therapeutic target for the treatment of IBD.

사람 대장 상피세포에서 HO-1의 세포내 칼슘 조절과 TNF-α에 의한 NF-κB 활성 억제

김유림,장성조 대한해부학회 2006 Anatomy & Cell Biology Vol.39 No.5

Heme oxygenage-1 (HO-1) is the rate-limiting enzyme in heme catabolism, which leads to the generation of carbon monoxide (CO), biliverdin, and free iron. HO-1 has been known to show strong immunosuppressive properties although its mechanisms are not completely understood. In this study, it was therefore investigated anti-inflammatory properties of HO-1 in HT-29 cell, human colonic epithelial cell line. CoPPIX, HO-1 inducer, induced HO-1 expression without NF-κB activation and significantly blocked the IκB-α degradation by TNF-α in HT-29. Inhibition of HO-1 activity by ZnPPIX reversed the suppressive effects of CoPPIX on IκB-α degradation by TNF-α. Calcium chelating agent BAPTA/AM and calcium channel blockers, Verapamil and Flunarizine suppressed IκB-α degradation by TNF-α in HT-29 cells like CoPPIX while calcium ionophore A23187 also dose-dependently reversed the suppressive effects of CoPPIX on IκB-α degradation by TNF-α like a ZnPPIX. Interestingly, treatment of ZnPPIX increased basal intracellular calcium in HT-29 cells. Collectively, these results suggest that HO-1 exerts anti-inflammatory effects by down-regulation of NF-κB activity via suppression of intracellular calcium during pathogenesis of colitis in colonic epithelium. Heme oxygenase-1 (HO-1)은 heme의 분해 대사과정에 관여하는 속도제한효소(rate-limiting enzyme)로 heme을 분해하여 carbon monoxide (CO), biliverdin과 free iron을 생성시킨다. HO-1은 강력한 면역억제제로 알려 져 있지만 그 기작은 잘 알려져 있지 않다. 따라서 본 논문에서는 대장상피세포주인 HT-29세포에서 HO-1의 항 염증 작용에 대하여 조사하였다. 사람 대장상피세포주인 HT-29 세포에서 HO-1의 유도제인 CoPPIX를 전처리를 하면 TNF-α와 IL-1β에 의한 NF-κB 활성이 현저히 억제된 반면 HO-1 활성 억제제인 ZnPPIX은 CoPPIX의 TNF-α와 IL-1β에 의한 NF-κB 활성 억제효과를 차단하였다. 칼슘 포획제인 BAPTA/AM과 칼슘 채널 억제제인 Verapamil과 Flunarizine은 CoPPIX처럼 TNF-α와 ZnPPIX에 의한 NF-κB 활성을 억제하였고 칼슘 inophore인 A23187은 ZnPPIX처럼 TNF-α에 의한 NF-κB 활성에 대한 CoPPIX의 억제 효과를 농도 의존적으로 저해하였다. 또한 흥미롭게도, ZnPPIX는 염증반응에 중요한 역할을 하는 세포내 칼슘을 증가시켰다. 결론적으로, HO-1이 대장 상피세포내 칼슘을 조절하여 NF-κB의 활성을 억제함으로써 항염증 작용을 한다고 생각한다.

Heme oxygenase-1 mediates the inhibitory effect of ginseng (Panax ginseng) leaf extract on differentiation in 3T3-L1 adipocytes

이혁균,허진우,원준필,서한극 대한독성 유전단백체 학회 2024 Molecular & cellular toxicology Vol.20 No.3

Background Obesity, which is defined as the excess accumulation of body fat, poses metabolic diseases that result in significant health risks. Since conventional anti-obesity medications are known to have significant side effects, we tried a pharmacological approach with a natural product. Ginseng (Panax ginseng) is a traditional Asian medicine that possesses antioxidant, anti-inflammatory, and anti-obesogenic properties. However, the mechanism of the anti-obesity effects of ginseng leaf extract (GLE) is not yet understood. Objective We investigated the mechanism by which GLE inhibits the differentiation of 3T3-L1 preadipocytes. Results GLE treatment was administered throughout the 8 days differentiation period or at three stages of adipocyte differentiation (early: days 0–2; intermediate: days 2–4; or late: after day 4). During adipocyte differentiation, GLE treatment significantly inhibited 3T3-L1 preadipocyte differentiation at the early stage, leading to a notable reduction in lipid accumulation and a decrease in the expression of crucial adipogenic transcription factors that regulate adipocyte differentiation. GLE also increased the expression of HO-1 and Wnt/β-catenin signaling in a dose-dependent manner during adipocyte differentiation. To evaluate the role of HO-1 induced by GLE, we used HO-1 inhibitor SnPP and HO-1 siRNA. Attenuation of HO-1 function and expression inhibited the decrease in lipid accumulation and adipogenic transcription factor expression caused by GLE; furthermore, inhibition of HO-1 suppressed Wnt/β-catenin signaling. Conclusions Overall, our results suggest that GLE inhibits the differentiation of 3T3-L1 preadipocytes by regulating HO-1 expression and Wnt/β-catenin signaling. Therefore, GLE could have preventive uses as a natural product for the treatment of obesity. Background Obesity, which is defined as the excess accumulation of body fat, poses metabolic diseases that result in significant health risks. Since conventional anti-obesity medications are known to have significant side effects, we tried a pharmacological approach with a natural product. Ginseng (Panax ginseng) is a traditional Asian medicine that possesses antioxidant, anti-inflammatory, and anti-obesogenic properties. However, the mechanism of the anti-obesity effects of ginseng leaf extract (GLE) is not yet understood. Objective We investigated the mechanism by which GLE inhibits the differentiation of 3T3-L1 preadipocytes. Results GLE treatment was administered throughout the 8 days differentiation period or at three stages of adipocyte differentiation (early: days 0–2; intermediate: days 2–4; or late: after day 4). During adipocyte differentiation, GLE treatment significantly inhibited 3T3-L1 preadipocyte differentiation at the early stage, leading to a notable reduction in lipid accumulation and a decrease in the expression of crucial adipogenic transcription factors that regulate adipocyte differentiation. GLE also increased the expression of HO-1 and Wnt/β-catenin signaling in a dose-dependent manner during adipocyte differentiation. To evaluate the role of HO-1 induced by GLE, we used HO-1 inhibitor SnPP and HO-1 siRNA. Attenuation of HO-1 function and expression inhibited the decrease in lipid accumulation and adipogenic transcription factor expression caused by GLE; furthermore, inhibition of HO-1 suppressed Wnt/β-catenin signaling. Conclusions Overall, our results suggest that GLE inhibits the differentiation of 3T3-L1 preadipocytes by regulating HO-1 expression and Wnt/β-catenin signaling. Therefore, GLE could have preventive uses as a natural product for the treatment of obesity.

콜라겐 유도 관절염 모델에서 HO-1의 역할에 관한 연구

장성조,김유림,최은영,이은경,김경숙,권덕수,오재민,최민규,이병기,양충용,김정우,전철홍,송하헌,김헌수,윤기중,이명수 대한해부학회 2006 Anatomy & Cell Biology Vol.39 No.5

Heme oxygenase-1 (HO-1), an inducible heme-degrading enzyme, is expressed by macrophages and endothelial cells in response to inflammatory stresses. It has been known to show strong immunosuppressive properties although its mechanisms are not completely understood. This study was designed to determine the effects of HO-1 modulation on collagen induced arthritis (CIA) model. CIA model was induced by subcutaneous injection of collagen on tail of DBA/1J mice. For evaluation of HO-1 effects, an inducer of HO-1, cobalt protoporphyrin IX (CoPPIX), or an inhibitor of HO-1, tin protoporphyrin IX (SnPPIX), were administered every other days into peritoneal cavity from day 1 to day 42 after CIA induction. The macrocopic clinical findings of CIA were evaluated and histo-pathologic findings and radiographic analysis were carried out. The expressions of TNF-α, IL-6, and VEGF which have important roles in pathogenesis of rheumatoid arthritis were observed by immuno-histochemical staining. Collagen on DBA/1J mice induced arthritis at knee joint and ankle joint. Administration of CoPPIX significantly aggravated the severity of arthritis while SnPPIX protected collagen induced arthritis. SnPPIX strongly suppressed inflammatory cell infiltration, swelling of synovial membrane, and erosion and destruction of bone on CIA mice. Furthermore subcutaneous injection of collagen also increased expression of TNF-α, IL-6, and VEGF which are important pro-inflammatory mediators in rheumatoid arthritis. SnPPIX suppressed expression of the pro-inflammatory mediators on CIA mice. Finally, we suggest that HO-1 mediates the expression of pro-inflammatory mediators and bone destruction during pathogenesis of CIA, which indicates modulation of HO-1 can be a new therapeutic target of rheumatoid arthritis. Heme oxygenase-1 (HO-1)은 heme을 대사 시키는 효소로서 염증성 자극에 대한 반응으로 발현되고 항염작용이 있는 것으로 알려져 있지만 그 작용 기전에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구는 콜라겐 으로 유도된 관절염 모델(collagen induced arthritis, CIA)에서 HO-1의 역할을 알아보기 위하여 수행되었다. DBA/1J 생쥐의 꼬리에 콜라겐을 피하 주사하여 관절염을 유도하였다. CIA 생쥐에서 HO-1의 효과를 분석하기 위하여 HO-1의 유도제인 cobalt protoporphyrin IX (CoPPIX)와 저해제인 tin protoporphyrin IX (SnPPIX)를 관절 염 유도 첫날부터 42일까지 복강에 2일마다 주사하여 관절염이 유발되는 상황을 관찰하였다. 관절염의 유발 정 도는 육안으로 평가되었고 염증의 진행정도와 뼈의 손상정도는 관절의 병리조직학적 관찰과 방사선적 검사를 통하여 관찰하였다. 또한 관절염의 병리과정에 중요한 역할을 하는 TNF-α, IL-6, VEGF 등 염증매개물질들의 발 현은 면역조직화학검사를 통하여 분석하였다. DBA/1J 생쥐의 꼬리에 콜라겐을 피하 주사하였을 때 무릎관절과 발목관절이 부으면서 관절염이 유도되었다. CoPPIX를 처리한 군 (CoPPIX군)은 CIA군에 비하여 관절염의 유발정도가 심한 반면, SnPPIX를 처리한 군 (SnPPIX군)에서는 관절염이 현저히 억제되었다. 관절의 조직학적인 소견에서도 콜라겐에 의한 세포의 침윤, 활 막의 비후, 연골과 골의 미란 및 파괴 등이 SnPPIX처리에 의하여 개선되었다. 또한 콜라겐에 의하여 류마티스성 관절염에서 중요한 역할을 하는 TNF-α, IL-6, VEGF 등의 염증 매개물질들의 발현의 증가도 CoPPIX군에서는 증가한 반면 SnPPIX군에서는 억제되었다. 결론적으로 HO-1이 CIA의 병리과정에서 염증 매개물질의 발현을 촉 진 시키고 골 손상을 악화시키는 것으로 생각되었고, 이는 HO-1의 발현의 조절이 류마티스성 관절염의 치료에 새로운 치료 목표가 될 수 있음을 제시한다고 생각한다.

Effect of NADPH Oxidase Inhibition on Heme Oxygenase-1 Expression in Human Hepatoma Cell Line HepG2

이상권(Sang Kwon Lee),김강미(Kang Mi Kim),박광훈(Kwang Hoon Park),박영철(Young Chul Park) 한국생명과학회 2011 생명과학회지 Vol.21 No.11

CoPP는 다양한 세포에서 HO-1의 유전자 발현과 활성을 증가시키는 강력한 유도제로 알려져 있다. HO-1는 세포 및 조직의 손상을 보호한다는 연구가 활발히 진행되고 있으나, 그 작용 기전에 대해서는 아직 잘 모르고 있다. 본 논문에서는 porphyrin 계열의 CoPP의 자극에 의해 유도되는 HO-1 유전자 발현에서 NADPH oxidase의 활성이 미치는 영향을 인간 간암세포주 HepG2에서 조사하였다. 배양 중인 HepG2 세포에서 CoPP는 HO-1의 발현을 농도의존적으로 증가시키는 것을 확인하였다. NADPH oxidase 저해제로 잘 알려져 있는 DPI를 전처리한 후 CoPP로 자극한 세포에서는 HO-1의 발현이 강력하게 억제되는 것으로 나타났다. DPI의 이런 억제 효과가 HO-1의 전사 조절인자 Nrf2의 활성에도 영향을 줄 수 있기 때문에 DPI를 전처리 한 후 CoPP 자극에 의한 Nrf2의 핵으로의 이동을 분석하였다. 그 결과, DPI는 CoPP에 의해 유도되는 Nrf2의 핵으로의 이동과 세포 내 존재하는 양을 감소시키는 것을 확인하였다. 다른 HO-1 발현 유도제로 알려져 있는 hemin에 의한 자극의 경우에도 DPI는 HepG2 세포의 HO-1의 발현을 억제하는 효과를 나타내었다. 그리고, p47<SUP>phox</SUP>에 대한 siRNA를 사용하여 효과적으로 p47<SUP>phox</SUP> 유전자 발현을 knockdown 시켜서 NADPH oxidase의 활성을 억제시키는 방법을 사용하였다. 그 결과, p47<SUP>phox</SUP> silencing한 세포에 CoPP를 처리한 경우는 control siRNA를 처리한 세포와 비교할 때 HO-1 발현이 현저히 감소됨을 관찰할 수 있었다. 마지막으로, 세포 내 ROS 생성을 억제하는 GSHmee가 처리된 세포에서는 CoPP나 hemin이 Nrf2의 활성을 증가시키지 못하였고, 그 결과 HO-1의 발현을 유도하지 못하는 것을 알 수 있었는데, 이는 ROS가 CoPP나 hemin에 의한 HO-1 유전자 발현 과정에 중요한 역할을 한다는 것을 의미한다. 이를 종합해 볼 때, 인간 간암세포주 HepG2에서 CoPP나 hemin의 자극에 의한 HO-1 유전자의 발현에는 NADPH oxidase의 활성이 요구된다는 것을 알 수 있고, 그 활성은 세포 내 ROS를 생성시키는 것으로 역할을 한다고 여겨진다. Heme oxygenase-1 (HO-1) is a stress-responsive protein that is known to regulate cellular functions such as cell proliferation, inflammation, and apoptosis. In this study, we investigated the role of NADPH oxidase on the expression of HO-1 in human liver hepatoma cell line HepG2. Diphenyleneiodonium (DPI), an NADPH oxidase inhibitor, markedly inhibited HO-1 expression and the nuclear translocation of transcription factor Nrf2 in cobalt protoporphyrin (CoPP) or hemin-treated HepG2 cells. Similarly, the knockdown of p47<SUP>phox</SUP>, a cytosolic factor for NADPH oxidase activity, by siRNA inhibited the CoPP-induced expression of HO-1. In addition, GSHmee, an intracellular anti-oxidant, blocked the expression of HO-1 in CoPP-treated cells. Based on these results, we conclude that the blockage of NADPH oxidase with DPI or p47<SUP>phox</SUP> siRNA inhibits CoPP-induced HO-1 expression in HepG2 cells, and also suggest that the expression of HO-1 in CoPP-induced HepG2 cells is associated with increase of intracellular ROS by NADPH oxidase activity.

인간 간암세포주 HepG2에서 heme oxygenase-1 발현에 대한 diallyl disulfide의 효과

Kang Mi Kim(김강미),Sang Kwon Lee(이상권),Young Chul Park(박영철) 한국생명과학회 2011 생명과학회지 Vol.21 No.7

Dially disulfide (DADS)는 마늘의 주요한 유기 황화합물 성분으로서 다양한 약리 작용을 나타낸다. 최근 DADS가 항염증과 항동맥경화 작용뿐만 아니라 암세포의 증식을 억제하고 사멸을 유도한다는 보고가 이어지고 있고, 이에 관련된 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다. 한편, DADS가 세포 내 항산화 인자인 glutathione을 증가시킨다는 연구결과와 세포 내 항산화 효소의 일종인 HO-1의 발현을 직접 유도한다는 결과가 보고되었다. 그래서, 본 연구에서는 논란이 되고 있는 DADS의 세포 내 항산화 효소인 HO-1의 발현에서의 효과 및 그 전사인자들의 작용에 관여하는지를 인간 간암세포주 HepG2에서 조사하였다. 배양 중인 HepG2 세포에서 DADS는 독성이 없는 농도에서 세포의 증식을 크게 억제하였고, 전사인자 Nrf2의 발현을 약하게 유도하였으나 HO-1의 발현에는 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났다. 또한, DADS는 HO-1 유도제인 CoPP와 hemin에 의해 자극된 HepG2 세포의 HO-1 발현의 증가를 단백질 수준에서 강력하게 억제시키는 것으로 나타났다. 그러나 DADS는 CoPP에 의한 HO-1 유전자의 mRNA 수준의 전사에는 억제 효과를 보이지 않았으며, 또한 Nrf2와 small Maf의 발현을 증가시키고 핵 내에 축적시키는 것으로 나타났다. 이를 종합해 볼 때 DADS는 단독으로 HO-1 발현을 유도하지 못하고, HO-1 유도제에 의한 HO-1 유전자의 발현과정에서는 전사단계가 아닌 번역단계에서 역할을 함으로써 HO-1의 단백질 합성을 억제하는 것으로 보인다. 결론적으로, 항산화 효소인 HO-1의 활성은 외부 자극으로부터 세포를 보호하고 사멸에 저항하게 하는데, DADS는 인간 간암세포주 HepG2에서 이 효소의 발현을 억제함으로써 항암제 및 redox 변화에 따른 암세포주의 성장을 억제하고 세포사멸을 촉진시킬 수 있다고 여겨진다. Diallyl disulfide (DADS), the most prevalent oil-soluble organosulfur compound in garlic, is known to have diverse biological activities, including anticarcinogenic, antiatherosclerotic, antiinflammatory, and antioxidant actions. In this study, we investigated the effect of DADS on the expression of heme oxygenase-1 (HO-1) in human liver hepatoma cell line HepG2. Treatment of HepG2 cells by DADS evoked a dose-dependent growth inhibition without significant toxicity to the cells, and also induced the expression of transcription factor Nrf2. However, DADS did not have any enhancing effect on transcription and translation of HO-1 expression in HepG2 cells. In addition, DADS efficiently blocked protein synthesis of HO-1 in HepG2 cells stimulated by CoPP or hemin. But, DADS did not decrease the content of transcripts of HO-1 gene stimulated by CoPP, with accumulation of Nrf2 and small Maf in the nucleus. Based on these results, we conclude that DADS inhibits HO-1 expression by modulation of translational level of CoPP or hemin-induced HO-1 expression in HepG2 cells.

Heme oxygenase-1/carbon monoxide axis suppresses transforming growth factor-β1-induced growth inhibition by increasing ERK1/2-mediated phosphorylation of Smad3 at Thr-179 in human hepatocellular carcinoma cell lines

Park, Seong Ji,Lee, Seung Koo,Lim, Chae Rin,Park, Hye Won,Liu, Fang,Kim, Seong-Jin,Kim, Byung-Chul Academic Press 2018 Biochemical and biophysical research communication Vol. No.

<P><B>Abstract</B></P> <P>Heme oxygenase-1 (HO-1) has been implicated in tumor progression, but the underlying molecular mechanisms remain largely unknown. Transforming growth factor-β1 (TGF-β1) exhibits cytostatic and apoptotic effects in hepatocytes and several types of hepatocellular carcinoma (HCC) cell lines, and deregulation of its signaling pathway is linked to hepatic tumorigenesis. In the present study, we observed that HO-1 is expressed at higher levels in HCC tissues than in paired normal tissues. Moreover, TGF-β1-induced cell cycle arrest and up-regulation of cyclin-dependent kinase inhibitors in HCC cell lines were significantly attenuated by overexpression of HO-1 or treatment with tricarbonyldichlororuthenium(II) dimer ([Ru(CO)<SUB>3</SUB>Cl<SUB>2</SUB>]<SUB>2</SUB>, suggesting an inhibitory role of the HO-1/CO axis in TGF-β signaling to growth inhibition in HCC cell lines. Interestingly, we observed that [Ru(CO)<SUB>3</SUB>Cl<SUB>2</SUB>]<SUB>2</SUB> inhibits TGF-β1-induced Smad3-dependent reporter activity without affecting its C-terminus phosphorylation, complex formation with Smad4, and nuclear translocation. Additional experiments revealed that HO-1/CO axis selectively induces phosphorylation of Smad3 at Thr-179 residue in the linker region through activation of extracellular signal-activated kinase (ERK) 1/2. Transfection with a phospho-deficient Smad3 (T179A) mutant or treatment with FR180204, a specific inhibitor for ERK1/2, significantly reversed the inhibitory effects of HO-1 and [Ru(CO)<SUB>3</SUB>Cl<SUB>2</SUB>]<SUB>2</SUB> on cell cycle arrest induced by TGF-β1. These findings for the first time demonstrate that HO-1/CO axis confer resistance of HCC cells to TGF-β growth inhibitory signal by increasing Smad3 phosphorylation at Thr-179 via ERK1/2 pathway.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> HO-1/CO axis inhibits TGF-β1-induced growth inhibition in human HCC cell lines. </LI> <LI> HO-1/CO axis inhibits TGF-β1-induced Smad3 activation. </LI> <LI> HO-1/CO axis selectively induces Smad3 phosphorylation at Thr179. </LI> <LI> Smad3 Thr179 phosphorylation mediates the inhibition of TGF-β responses by HO-1. </LI> <LI> ERK1/2 mediates HO-1 or CO-induced Smad3 phosphorylation at Thr179. </LI> </UL> </P>

Contributions of HO-1-Dependent MAPK to Regulating Intestinal Barrier Disruption

( Zhenling Zhang ),( Qiuping Zhang ),( Fang Li ),( Yi Xin ),( Zhijun Duan ) 한국응용약물학회 2021 Biomolecules & Therapeutics(구 응용약물학회지) Vol.29 No.2

The mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathway controls intestinal epithelial barrier permeability by regulating tight junctions (TJs) and epithelial cells damage. Heme oxygenase-1 (HO-1) and carbon monoxide (CO) protect the intestinal epithelial barrier function, but the molecular mechanism is not yet clarified. MAPK activation and barrier permeability were studied using monolayers of Caco-2 cells treated with tissue necrosis factor α (TNF-α) transfected with FUGW-HO-1 or pLKO.1-sh-HO-1 plasmid. Intestinal mucosal barrier permeability and MAPK activation were also investigated using carbon tetrachloride (CCl₄) administration with CoPP (a HO-1 inducer), ZnPP (a HO-1 inhibitor), CO releasing molecule 2 (CORM-2), or inactived-CORM-2-treated wild-type mice and mice with HO-1 deficiency in intestinal epithelial cells. TNF-α increased epithelial TJ disruption and cleaved caspase-3 expression, induced ERK, p38, and JNK phosphorylation. In addition, HO-1 blocked TNF-α-induced increase in epithelial TJs disruption, cleaved caspase-3 expression, as well as ERK, p38, and JNK phosphorylation in an HO-1-dependent manner. CoPP and CORM-2 directly ameliorated intestinal mucosal injury, attenuated TJ disruption and cleaved caspase-3 expression, and inhibited epithelial ERK, p38, and JNK phosphorylation after chronic CCl₄ injection. Conversely, ZnPP completely reversed these effects. Furthermore, mice with intestinal epithelial HO-1 deficient exhibited a robust increase in mucosal TJs disruption, cleaved caspase-3 expression, and MAPKs activation as compared to the control group mice. These data demonstrated that HO-1-dependent MAPK signaling inhibition preserves the intestinal mucosal barrier integrity by abrogating TJ dysregulation and epithelial cell damage. The differential targeting of gut HO-1-MAPK axis leads to improved intestinal disease therapy.