Combination of single walled carbon nanotubes/graphene oxide with paclitaxel: a reactive oxygen species mediated synergism for treatment of lung cancer

Heterogeneity in tumors has led to the development of combination therapies that enable enhanced cell death. Previously explored combination therapies mostly involved the use of bioactive molecules. In this work, we explored a non-conventional strategy of using carbon nanostructures (CNs) single walled carbon nanotube (SWNT) and graphene oxide (GO)] for potentiating the efficacy of a bioactive molecule paclitaxel (Tx)] for the treatment of lung cancer. The results demonstrated enhanced cell death following combination treatment of SWNT/GO and Tx indicating a synergistic effect. In addition, synergism was abrogated in the presence of an anti-oxidant, N-acetyl cysteine (NAC), and was therefore shown to be reactive oxygen species (ROS) dependent. It was further demonstrated using bromodeoxyuridine (BrdU) incorporation assay that treatment with CNs was associated with enhanced mitogen associated protein kinase (MAPK) activation that was ROS mediated. Hence, these results for the first time demonstrated the potential of SWNT/GO as co-therapeutic agents with Tx for the treatment of lung cancer.

Identification of a novel AMPK-PEA15 axis in the anoikis-resistant growth of mammary cells

Introduction: Matrix detachment triggers anoikis, a form of apoptosis, in most normal epithelial cells, while acquisition of anoikis resistance is a prime requisite for solid tumor growth. Of note, recent studies have revealed that a small population of normal human mammary epithelial cells (HMECs) survive in suspension and generate multicellular spheroids termed `mammospheres'. Therefore, understanding how normal HMECs overcome anoikis may provide insights into breast cancer initiation and progression. Methods: Primary breast tissue-derived normal HMECs were grown as adherent monolayers or mammospheres. The status of AMP-activated protein kinase (AMPK) and PEA15 signaling was investigated by immunoblotting. Pharmacological agents and an RNA interference (RNAi) approach were employed to gauge their roles in mammosphere formation. Immunoprecipitation and in vitro kinase assays were undertaken to evaluate interactions between AMPK and PEA15. In vitro sphere formation and tumor xenograft assays were performed to understand their roles in tumorigenicity. Results: In this study, we show that mammosphere formation by normal HMECs is accompanied with an increase in AMPK activity. Inhibition or knockdown of AMPK impaired mammosphere formation. Concomitant with AMPK activation, we detected increased Ser(116) phosphorylation of PEA15, which promotes its anti-apoptotic functions. Inhibition or knockdown of AMPK impaired PEA15 Ser(116) phosphorylation and increased apoptosis. Knockdown of PEA15, or overexpression of the nonphosphorylatable S116A mutant of PEA15, also abrogated mammosphere formation. We further demonstrate that AMPK directly interacts with and phosphorylates PEA15 at Ser(116) residue, thus identifying PEA15 as a novel AMPK substrate. Together, these data revealed that AMPK activation facilitates mammosphere formation by inhibition of apoptosis, at least in part, through Ser(116) phosphorylation of PEA15. Since anoikis resistance plays a critical role in solid tumor growth, we investigated the relevance of these findings in the context of breast cancer. Significantly, we show that the AMPK-PEA15 axis plays an important role in the anchorage-independent growth of breast cancer cells both in vitro and in vivo. Conclusions: Our study identifies a novel AMPK-PEA15 signaling axis in the anchorage-independent growth of both normal and cancerous mammary epithelial cells, suggesting that breast cancer cells may employ mechanisms of anoikis resistance already inherent within a subset of normal HMECs. Thus, targeting the AMPK-PEA15 axis might prevent breast cancer dissemination and metastasis.

Resveratrol Metabolites Modify Adipokine Expression and Secretion in 3T3-L1 Pre-Adipocytes and Mature Adipocytes

Objective: Due to the low bioavailability of resveratrol, determining whether its metabolites exert any beneficial effect is an interesting issue. Methods: 3T3-L1 maturing pre-adipocytes were treated during differentiation with 25 mu M of resveratrol or with its metabolites and 3T3-L1 mature adipocytes were treated for 24 hours with 10 mM resveratrol or its metabolites. The gene expression of adiponectin, leptin, visfatin and apelin was assessed by Real Time RT-PCR and their concentration in the incubation medium was quantified by ELISA. Results: Resveratrol reduced mRNA levels of leptin and increased those of adiponectin. It induced the same changes in leptin secretion. Trans-resveratrol-3-O-glucuronide and trans-resveratrol-4'-O-glucuronide increased apelin and visfatin mRNA levels. Trans-resveratrol-3-O-sulfate reduced leptin mRNA levels and increased those of apelin and visfatin. Conclusions: The present study shows for the first time that resveratrol metabolites have a regulatory effect on adipokine expression and secretion. Since resveratrol has been reported to reduce body-fat accumulation and to improve insulin sensitivity, and considering that these effects are mediated in part by changes in the analyzed adipokines, it may be proposed that resveratrol metabolites play a part in these beneficial effects of resveratrol.

Estudo da bioenergética mitocondrial de cardiomiócitos de camundongos obesos

A obesidade é uma doença crônica, resultante do excesso de gordura no organismo. O aumento da obesidade no mundo, tem se revelado como um dos fenômenos clínicos e epidemiológicos da atualidade. Estudos populacionais e em modelos animais demonstram que a origem da epidemia da obesidade está relacionada a fatores genéticos, modificações de hábitos nutricionais, redução da atividade física, e alterações nutricionais durante a lactação, desempenhando um papel relevante no desenvolvimento da obesidade, DM2 e cardiomiopatias. As mitocôndrias são os coordenadores centrais do metabolismo energético, assim, alterações funcionais e estruturais dessa organela têm sido associadas à desordens metabólicas. Elas exercem um papel na sobrevivência e função dos cardiomiócitos devido à alta demanda energética do miocárdio. Desta forma, disfunções mitocondriais estão relacionadas com disfunções no miocárdio e conseqüente progressão de cardiomiopatias. Neste estudo, avaliamos a bioenergética e a ultraestrutura de cardiomiócitos de camundongos obesos e controle hiperalimentados durante a lactação. O consumo de oxigênio das fibras cardíacas foi avaliado por respirometria de alta-resolução, utilizando um oxígrafo-2K-Oroboros. A ultraestrutura dos cardiomiócitos foi analisada por microscopia eletrônica de transmissão e o conteúdo das proteínas Carnitina palmitoil transferase 1 (CPT1), Proteína desacopladora 2 (UCP2) , Transportador de glicose 1 e 4 (GLUT1) e (GLUT4), Proteína Kinase ativada por AMP (AMPK) e Proteína kinase ativada por AMP fosforilada p(AMPK) por Western blotting (WB). Além disso, o peso dos animais, a gordura retroperitoneal, epididimal e a glicemia em jejum foram determinadas. Nossos resultados confirmaram que os animais do grupo hiperalimentados (GH), aos 90 dias de vida, apresentaram aumento da massa corporal, de gordura epididimária e retroperitoneal comparado ao grupo controle (GC). As taxas respiratórias foram semelhantes nos dois grupos quando foram utilizados os substratos dos complexos I e II. Entretanto, quando o ácido graxo palmitoil-L-carnitina foi utilizado, a taxa respiratória máxima do GH foi significativamente menor. A análise ultraestrutural dos cardiomiócitos do GH demonstrou intenso dano na matriz mitocondrial e maior presença de gotículas de lipídios, caracterizando deposição ectópica. Os resultados do WB mostraram aumento significativo do conteúdo de CPT1 e UCP2 no GH comparado ao GC. Não foram encontradas diferenças significativas no conteúdo de GLUT1 entre os grupos, entretanto, observamos maior conteúdo do GLUT4 no GH. Além disso, encontramos maior conteúdo de AMPK no GH, ao passo que o conteúdo de pAMPK foi semelhante entre os grupos. Entretanto, a razão pAMPK/AMPK é significativamente menor no GH. Esses resultados sugerem que a hiperalimentação durante a lactação leva a obesidade na vida adulta com alterações na bioenergética e ultraestrutura dos cardiomiócitos.

Sinalização da grelina no coração de camundongos obesos após hipernutrição durante a lactação

A grelina é um ligante endógeno do receptor secretagogo do hormônio do crescimento (GHSR), potente estimulador da liberação do hormônio de crescimento (GH), ingestão alimentar, e adiposidade. Além disso, sua ação hormonal inclui regulação do metabolismo energético cardíaco. Entretanto, a hipernutrição no início da vida leva ao desenvolvimento da obesidade, induz hipertrofia cardíaca, compromete a função cardíaca, e gera insuficiência cardíaca na vida adulta. Avaliar proteínas chaves no processo de sinalização da grelina no remodelamento cardíaco no coração de camundongos obesos após a hipernutrição na lactação. A obesidade foi induzida por redução de ninhada e camundongos adultos (180 dias) foram divididos em: grupo hiperalimentado, GH com obesidade decorrente de hipernutrição na lactação e controle, GC. Cardiomiócitos (cmi) do ventrículo esquerdo foram analisados por microscopia de luz e estereologia, o conteúdo e fosforilação de proteínas cardíacas: receptor de grelina (hormônio do crescimento secretagogo receptor 1a, GHSR-1a), proteína quinase-B (AKT e pAKT), phosphatidil inositol 3-quinase (PI3K), proteína quinase ativada por AMP (AMPK e pAMPK), m-TOR, pmTOR, Bax, Bcl2 e actina foram analizados por western blotting. A expressão gênica do GHSR-1a foi analisada por PCR em tempo real. A respirometria de alta resolução dos cardiomiócitos foi analisada por oxígrafo OROBOROS. Significância estatística (P< 0,05) determinada por teste t-Student não-pareado. Nossos dados demonstram que a hipernutrição na lactação induz aumento no peso corporal, iniciado aos 10 dias de idade, persistindo até os 180 dias de idade. A glicemia, peso do fígado, e da gordura visceral foram maiores no grupo GH. Além disso, o grupo GH também apresentou aumento no peso do coração e razão peso do coração/CT (comprimento da tíbia), indicando hipertrofia e remodelamento cardíaco, aumento na expressão e conteúdo de GHSR-1a no coração, associado ao maior conteúdo de PI3K e maior conteúdo e fosforilação de AKT, diminuição no conteúdo de Bcl2. Em contraste, o conteúdo e fosforilação da AMPK e mTOR no coração não foram diferentes entre os grupos. Os níveis de grelina plasmático no GH foram menores. A respiração do GH com grelina foi menor que no GC com grelina. A incubação das fibras cardíacas com grelina resultou em aumento do fluxo respiratório após adição de citocromo c nos grupos com grelina, indicando dano à membrana mitocondrial e extravazamento de citocromo c. Os grupos GC com grelina e GH sem grelina apresentaram RCR menor comparado ao GC sem grelina, indicando desacoplamento mitocondrial. Nossos resultados mostram que a hipernutrição na lactação induz diminuição do nível de grelina plasmática e aumento da expressão do GHS-R1a no cardiomiócito do animal quando adulto. Tal processo determina aumento da sensibilidade a grelina no coração, processo que ocorre independentemente de variações do AMPK e mTOR. Sugerimos uma redução no efeito protetor da ação da grelina na AMPK. Também, demonstramos que o remodelamento do miocárdio nestes animais adultos associa-se a GHSR-1a, PI3K, e fosforilação da AKT, mas não com AMPK e mTOR na vida adulta.

Hemodinâmica cardíaca e o metabolismo energético mitocondrial de camundongos adultos hiperalimentados na lactação

O desequilíbrio nutricional no início da vida leva ao desenvolvimento da obesidade, diabetes e doenças cardiovasculares na idade adulta. Este estudo teve como objetivo analisar os efeitos a longo prazo da hiperalimentação na lactação por meio do modelo de redução da ninhada na hemodinâmica e bioenergética cardíaca. Vinte e quatro camundongos machos Swiss adultos foram divididos em dois grupos (controle e hiperalimentado) submetidos a duas condições (linha de base e isquemia/reperfusão) formando quatro grupos no total: grupo controle linha de base (GCLB), grupo controle isquemia/reperfusão (GCIR), grupo hiperalimentado linha de base (GHLB) e o grupo hiperalimentado isquemia/reperfusão (GHIR), todos com seis camundongos/grupo. As alterações cardíacas foram analisadas por meio da hemodinâmica cardíaca, da respiração mitocondrial e da biologia molecular. Os parâmetros hemodinâmicos analisados foram a velocidade de contração (Max dP/dt), a velocidade de relaxamento (Min dP/dt), o tempo de relaxamento cardíaco isovolumétrico (Tau) e os batimentos por minuto (BPM). A respiração mitocondrial foi avaliada por meio da razão do controle respiratório (RCR) na oxidação de carboidratos e ácidos gordos, e finalmente, a biologia molecular, através de proteínas-chave como a proteína quinase B (AKT), a proteína quinase ativada por adenosina monofosfato (AMPK), a carnitina palmitoil transferase 1 (CPT-1), a proteína desacopladora 2 (UCP2), o 4-hidroxinonenal (4-HNE) e a gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH). Os camundongos do GH desenvolveram maior peso corporal (30,95%, P<0,001), gordura epididimal (68,64%, P<0,001), gordura retroperitoneal (109,38%, P<0,01) e glicemia de jejum (19,52%, P<0,05) comparados aos do GC. Os parâmetros Max dP/dt e BPM apresentaram diminuição no GHIR quando comparado ao GHLB (P<0,001 e P<0,05). O parâmetro Min dP/dt apresentou-se reduzido no GCIR e GHIR quando comparado aos grupos GCLB e GCLB (P<0,05; P<0,0001 respectivamente). Camundongos do GHIR apresentaram redução do Tau quando comparado aos grupos GCIR e GHLB (P<0,0001). Estes desequilíbrios na hemodinâmica cardíaca foram associados a função mitocondrial, uma vez que, o GHLB apresenta a RCR reduzida para oxidação de ácidos graxos e carboidratos (P<0,05 e P<0,01, respectivamente) e o GHIR apenas na oxidação dos ácidos graxos (P<0,01). Além disso, o GHIR apresentou diversas alterações nas proteínas-chave do metabolismo energético cardíaco, como diminuição do conteúdo de AKT (P<0,05) e aumento do conteúdo de CPT-1 (P<0,05), 4-HNE (P<0,05) e GAPDH (P<0,05) quando comparado ao CGIR. Finalmente, a expressão do mRNA para CPT1, GAPDH e UCP2 foi aumentada no GHIR quando comparado aos GCIR (P<0,05) e GHLB (P<0,05). A expressão de mRNA para UCP2 e CPT-1 foi reduzida no GCIR quando comparado ao GCLB (P<0,01 e P<0,05, respectivamente). O estudo apresenta resultados consistentes, demonstrando efeitos deletérios sobre o metabolismo cardíaco adulto resultante de alterações nutricionais durante a lactação.

Bioenergética mitocondrial do coração na obesidade induzida por dieta ocidental em camundongos Swiss

A obesidade, doença resultante do acúmulo excessivo de gordura corporal, é importante fator de risco para diabetes mellitus tipo 2, dislipidemias e doenças cardiovasculares, doenças de alta prevalência em todo o mundo. O processo de transição nutricional decorrente da globalização contribuiu para o crescente número de indivíduos com obesidade, principalmente pela modificação nos hábitos alimentares da população, com ampla inclusão de produtos industrializados ricos em gordura saturada, sal e açúcar, denominada dieta ocidental. Os mecanismos pelos quais a obesidade induzida por dieta leva ao desenvolvimento de doenças cardiovasculares ainda não estão completamente esclarecidos na literatura, porém sabe-se que a obesidade leva ao comprometimento da função cardíaca e do metabolismo energético, aumentando a morbidade e mortalidade. Em grande parte dos estudos relacionados à obesidade, o metabolismo energético celular comprometido associa-se à disfunção mitocondrial. Neste contexto, torna-se importante avaliar a função mitocondrial na obesidade, visto que as mitocôndrias são organelas com funções-chave no metabolismo energético. No presente estudo, avaliamos inicialmente o efeito obesogênico da dieta ocidental em camundongos Swiss por 16 semanas a partir do desmame. Para tal, analisamos a ingestão alimentar, evolução da massa corporal, Índice de Lee, peso das gorduras epididimal e retroperitoneal, peso e morfologia do fígado, relação entre o peso do fígado/massa corporal, peso do ventrículo esquerdo (VE)/massa corporal, glicemia de jejum e teste intraperitoneal de tolerância à glicose. Avaliamos também o consumo de oxigênio das fibras cardíacas através da respirometria de alta resolução. Além disso, o conteúdo das proteínas envolvidas no metabolismo energético: Carnitina Palmitoil Transferase 1 (CPT1), proteína desacopladora 2 (UCP2), Transportadores de glicose 1 e 4 (GLUT1 e GLUT4), proteína quinase ativada por AMP (AMPK), proteína quinase ativada por AMP fosforilada (pAMPK), receptor de insulina β (IRβ) e substrato do receptor de insulina 1 (IRS-1) foi determinado por western blotting. Nossos resultados confirmaram o caráter obesogênico da dieta ocidental, visto que os camundongos submetidos a esta dieta (GO), apresentaram-se hiperfágicos (P<0,001) e obesos (72,031,82, P<0,001), com aumento progressivo no ganho de massa corporal. Além do aumento significativo dos parâmetros: Índice de Lee (362,902,44, P<0,001), gorduras epididimal e retroperitonial (3,310,15 e 1,610,11, P<0,001), relação entre o peso do fígado/massa corporal (0,060,003, P<0,001) e peso de ventrículo esquerdo (VE)/massa corporal (0,080,002, P<0,01), hiperglicemia de jejum (192,1014,75, P<0,01), intolerância à glicose (P<0,05, P<0,01) e deposição ectópica de gordura no fígado. A respirometria de alta resolução evidenciou disfunção mitocondrial cardíaca no grupo GO, com reduzida capacidade de oxidação de carboidratos e ácidos graxos (P<0,001) e aumento do desacoplamento entre a fosforilação oxidativa e a síntese de ATP (P<0,001). Os resultados de western blotting evidenciaram aumento nos conteúdos de CPT1 (1,160,08, P<0,05) e UCP2 (1,080,06, P<0,05) e redução no conteúdo de IRS-1 (0,600,08, P<0,05). Não houve diferença significativa nos conteúdos de GLUT1, GLUT4, AMPK, pAMPK, pAMPK/AMPK e IRβ. Em conclusão, o consumo da dieta ocidental resultou no desenvolvimento de obesidade com disfunção mitocondrial associada a alterações no metabolismo energético.

Molecular cloning, characterization and expression analysis of the PKZ gene in rare minnow Gobiocypris rarus

Double-stranded RNA-activated protein kinase (PKR) plays an important rote in interferon-induced antiviral responses, and is also involved in intracellular signaling pathways, including the apoptosis, proliferation, and transcription pathways. In the present study, a PKR-like gene was cloned and characterized from rare minnow Gobiocypris rarus. The full length of the rare minnow PKR-like (GrPKZ) cDNA is 1946 bp in Length and encodes a polypeptide of 503 amino acids with an estimated molecular mass of 57,355 Da and a predicted isoelectric point of 5.83. Analysis of the deduced amino acid sequence indicated that the mature peptide contains two Zalpha domains and one S_TKc domain, and is most similar to the crucian carp (Carassius auratus) PKR-like amino acid sequence with an identity of 77%. Quantitative RT-PCR analysis showed that GrPKZ mRNA expression is at low levels in gill, heart, intestine, kidney, liver, muscle and spleen tissues in healthy animals and up-regulated by viruses and bacteria. After being infected by grass carp reovirus, GrPKZ expression was up-regulated from 24 h post-injection and lasted until the fish became moribund (P < 0.05). Following infection with Aeromonas hydrophila, GrPKZ transcripts were induced at 24 h post-injection (P < 0.05) and returned to control levels at 120 h post-injection. These data imply that GrPKZ is involved in antiviral defense and Toll-like receptor 4 signaling pathway in bacterial infection. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Gene expression profiles in liver of zebrafish treated with microcystin-LR

Microcystin-LR (MC-LR) is the most frequently studied cyclic heptatoxin produced by cyanobacteria, which has tremendous negative impacts on fish, while its molecular mechanism behind remained unclear at present. Here, Affymetrix Zebrafish GeneChip was used to identify alterations in gene expression of zebrafish (Danio rerio) after MC-LR exposure. Among the 14,900 transcripts in the microarray, 273 genes were differentially expressed, in which 243 genes were elevated and 30 were decreased. According to GOstat analysis, MC-LR mainly influenced the cell cycle and mitogen-activated protein kinases (MAPK) signaling pathways. In addition, many immune-related genes were also influenced. These data suggest that MC-LR could promote tumorigenesis and cause immunotoxicity in fish. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

beta-Arrestin-mediated PDE4 cAMP phosphodiesterase recruitment regulates beta-adrenoceptor switching from Gs to Gi.

Phosphorylation of the beta(2) adrenoreceptor (beta(2)AR) by cAMP-activated protein kinase A (PKA) switches its predominant coupling from stimulatory guanine nucleotide regulatory protein (G(s)) to inhibitory guanine nucleotide regulatory protein (G(i)). beta-Arrestins recruit the cAMP-degrading PDE4 phosphodiesterases to the beta(2)AR, thus controlling PKA activity at the membrane. Here we investigate a role for PDE4 recruitment in regulating G protein switching by the beta(2)AR. In human embryonic kidney 293 cells overexpressing a recombinant beta(2)AR, stimulation with isoprenaline recruits beta-arrestins 1 and 2 as well as both PDE4D3 and PDE4D5 to the receptor and stimulates receptor phosphorylation by PKA. The PKA phosphorylation status of the beta(2)AR is enhanced markedly when cells are treated with the selective PDE4-inhibitor rolipram or when they are transfected with a catalytically inactive PDE4D mutant (PDE4D5-D556A) that competitively inhibits isoprenaline-stimulated recruitment of native PDE4 to the beta(2)AR. Rolipram and PDE4D5-D556A also enhance beta(2)AR-mediated activation of extracellular signal-regulated kinases ERK12. This is consistent with a switch in coupling of the receptor from G(s) to G(i), because the ERK12 activation is sensitive to both inhibitors of PKA (H89) and G(i) (pertussis toxin). In cardiac myocytes, the beta(2)AR also switches from G(s) to G(i) coupling. Treating primary cardiac myocytes with isoprenaline induces recruitment of PDE4D3 and PDE4D5 to membranes and activates ERK12. Rolipram robustly enhances this activation in a manner sensitive to both pertussis toxin and H89. Adenovirus-mediated expression of PDE4D5-D556A also potentiates ERK12 activation. Thus, receptor-stimulated beta-arrestin-mediated recruitment of PDE4 plays a central role in the regulation of G protein switching by the beta(2)AR in a physiological system, the cardiac myocyte.

Cutting edge: distinct glycolytic and lipid oxidative metabolic programs are essential for effector and regulatory CD4+ T cell subsets.

Stimulated CD4(+) T lymphocytes can differentiate into effector T cell (Teff) or inducible regulatory T cell (Treg) subsets with specific immunological roles. We show that Teff and Treg require distinct metabolic programs to support these functions. Th1, Th2, and Th17 cells expressed high surface levels of the glucose transporter Glut1 and were highly glycolytic. Treg, in contrast, expressed low levels of Glut1 and had high lipid oxidation rates. Consistent with glycolysis and lipid oxidation promoting Teff and Treg, respectively, Teff were selectively increased in Glut1 transgenic mice and reliant on glucose metabolism, whereas Treg had activated AMP-activated protein kinase and were dependent on lipid oxidation. Importantly, AMP-activated protein kinase stimulation was sufficient to decrease Glut1 and increase Treg generation in an asthma model. These data demonstrate that CD4(+) T cell subsets require distinct metabolic programs that can be manipulated in vivo to control Treg and Teff development in inflammatory diseases.

Role played by BRCA1 in regulating the cellular response to stress

BRCA1 (breast-cancer susceptibility gene 1) is a tumour suppressor gene that is mutated in the germline of women with a genetic predisposition to breast and ovarian cancer. In this review, we examine the role played by BRCA1 in mediating the cellular response to stress. We review the role played by BRCA1 in detecting and signalling the presence of DNA damage, particularly double-strand DNA breaks, and look at the evidence to support a role for BRCA1 in regulating stress response pathways such as the c-Jun N-terminal kinase/stress-activated protein kinase pathway. in addition, we examine the role played by BRCA1 in mediating both cell-cycle arrest and apoptosis following different types of cellular insult, and how this may be modulated by the presence or absence of associated proteins such as p53. Finally, we explore the possibility that many of the functions associated with BRCA1 may be based on transcriptional regulation of key downstream genes that have been implicated in the regulation of these specific cellular pathways.

Multivariate Statistical Analysis Applied to an IL6 Signal Transduction Model in Hepatocytes

This paper introduces the application of linear multivariate statistical techniques, including partial least squares (PLS), canonical correlation analysis (CCA) and reduced rank regression (RRR), into the area of Systems Biology. This new approach aims to extract the important proteins embedded in complex signal transduction pathway models.The analysis is performed on a model of intracellular signalling along the janus-associated kinases/signal transducers and transcription factors (JAK/STAT) and mitogen activated protein kinases (MAPK) signal transduction pathways in interleukin-6 (IL6) stimulated hepatocytes, which produce signal transducer and activator of transcription factor 3 (STAT3).A region of redundancy within the MAPK pathway that does not affect the STAT3 transcription was identified using CCA. This is the core finding of this analysis and cannot be obtained by inspecting the model by eye. In addition, RRR was found to isolate terms that do not significantly contribute to changes in protein concentrations, while the application of PLS does not provide such a detailed picture by virtue of its construction.This analysis has a similar objective to conventional model reduction techniques with the advantage of maintaining the meaning of the states prior to and after the reduction process. A significant model reduction is performed, with a marginal loss in accuracy, offering a more concise model while maintaining the main influencing factors on the STAT3 transcription.The findings offer a deeper understanding of the reaction terms involved, confirm the relevance of several proteins to the production of Acute Phase Proteins and complement existing findings regarding cross-talk between the two signalling pathways.

Mechanisms underlying the metabolic actions of galegine that contribute to weight loss in mice

Background and purpose: Galegine and guanidine, originally isolated from Galega officinalis, led to the development of the biguanides. The weight-reducing effects of galegine have not previously been studied and the present investigation was undertaken to determine its mechanism(s) of action.

Experimental approach: Body weight and food intake were examined in mice. Glucose uptake and acetyl-CoA carboxylase activity were studied in 3T3-L1 adipocytes and L6 myotubes and AMP activated protein kinase (AMPK) activity was examined in cell lines. The gene expression of some enzymes involved in fat metabolism was examined in 3T3-L1 adipocytes.

Key results: Galegine administered in the diet reduced body weight in mice. Pair-feeding indicated that at least part of this effect was independent of reduced food intake. In 3T3-L1 adipocytes and L6 myotubes, galegine (50 µm-3 mm) stimulated glucose uptake. Galegine (1–300 µm) also reduced isoprenaline-mediated lipolysis in 3T3-L1 adipocytes and inhibited acetyl-CoA carboxylase activity in 3T3-L1 adipocytes and L6 myotubes. Galegine (500 µm) down-regulated genes concerned with fatty acid synthesis, including fatty acid synthase and its upstream regulator SREBP. Galegine (10 µm and above) produced a concentration-dependent activation of AMP activated protein kinase (AMPK) in H4IIE rat hepatoma, HEK293 human kidney cells, 3T3-L1 adipocytes and L6 myotubes.

Conclusions and implications: Activation of AMPK can explain many of the effects of galegine, including enhanced glucose uptake and inhibition of acetyl-CoA carboxylase. Inhibition of acetyl-CoA carboxylase both inhibits fatty acid synthesis and stimulates fatty acid oxidation, and this may to contribute to the in vivo effect of galegine on body weight.