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Assaying Locomotor, Learning, and Memory Deficits in <em>Drosophila</em> Models of Neurodegeneration

Advances in genetic methods have enabled the study of genes involved in human neurodegenerative diseases using Drosophila as a model system1. Most of ...

Periostin, also called osteoblast-specific factor 2 (OSF-2), is a member of the fasciclin family and a disulfide-linked cell adhesion protein that has been shown to be expressed preferentially in the periosteum and periodontal ligaments, where it acts as a critical regulator of bone and tooth formation and maintenance. Furthermore, periostin plays an important role in cardiac development. Recent clinical evidence has also revealed that periostin is involved in the development of various tumors, such as breast, lung, colon, pancreatic, and ovarian cancers. Periostin interacts with multiple cell-surface receptors, most notably integrins, and signals mainly via the PI3-K/Akt and other pathways to promote cancer cell survival, epithelial-mesenchymal transition (EMT), invasion, and metastasis. In this review, aspects related to the function of periostin in tumorigenesis are summarized.

The multifaceted role of periostin in tumorigenesis.

Periostin, auch genannt Osteoblasten-spezifische Faktor 2 (OSF-2), ist Mitglied der Fasciclin Familie und ein Disulfid verkn&uuml;pfte Zelle Adh&auml;sion-Protein, das nachweislich bevorzugt ausgedr&uuml;ckt werden, in das Periost und die periodontalen B&auml;nder, wo es als einen kritischen Regulator der Knochen und Z&auml;hne Bildung und Pflege dient. Dar&uuml;ber hinaus Rolle Periostin eine wichtige in der kardialen Entwicklung. Neuere klinische Beweise hat auch ergeben, dass diese Periostin bei der Entwicklung verschiedener Tumoren wie Brust-, Lungen-, Darm-, Pankreas-, und Eierstockkrebs beteiligt ist. Periostin interagiert mit mehreren Zelloberfl&auml;che Rezeptoren, vor allem Integrine und Signale haupts&auml;chlich &uuml;ber die PI3-K/Akt und andere Wege zur F&ouml;rderung der Krebs Zelle &uuml;berleben, epitheliale-Mesenchymale Transition (EMT), Invasivit&auml;t und Metastasierung. In dieser &Uuml;berpr&uuml;fung werden Aspekte im Zusammenhang mit der Funktion des Periostin in Tumorentstehung zusammengefasst.

Die vielf&auml;ltigen Rolle der Periostin in der Tumorentstehung.

Periostin is a secreted protein and has been shown to be frequently overexpressed in various types of human cancers. We have previously reported that periostin potently promotes metastatic growth of colon cancer by augmenting cell survival. However, little is known about the functions of periostin in non-small-cell lung cancer. Here, we revealed that increased expression of periostin in non-small-cell lung cancer A549 cells was one kind of cellular responses to the stress of chemical-mimic hypoxia, and this effect could be regulated by hypoxia inducible growth factors, such as TGF-alpha and bFGF. We further demonstrated that RTK/PI3-K pathway activated by TGF-alpha and bFGF was evoked in upregulating the expression of periostin, and then periostin promoted the survival of A549 cells under hypoxic microenvironment via activation of Akt/PKB pathway. Therefore, periostin and the pathway that it involved might provide a target for lung cancer treatment.

Upregulated expression of periostin by hypoxia in non-small-cell lung cancer cells promotes cell survival via the Akt/PKB pathway.

Periostin ist ein sezernierte Protein und nachweislich h&auml;ufig in verschiedenen menschlichen Krebserkrankungen Pleuramesotheliom werden. Wir haben bereits berichtet, dass die Periostin stark metastasierendem Wachstum von Dickdarmkrebs f&ouml;rdert durch eine Verst&auml;rkung der Zelle &uuml;berleben. Jedoch ist wenig bekannt &uuml;ber die Funktionen des Periostin bei nicht-kleinzelligem Lungenkrebs. Hier ergab wir, dass erh&ouml;hte Expression von Periostin in nicht-kleinzelligem Lungenkrebs Krebs A549 Zellen eine Art von zellul&auml;ren Reaktionen auf den Stress der Chemikalie-Nach&auml;ffer Hypoxie war, und dieser Effekt durch Hypoxie durch Induktion Wachstumsfaktoren, wie TGF-Alpha oder bFGF geregelt werden k&ouml;nnte. Wir zeigte ein weiteres Mal, dass RTK/PI3-K-Signalwegs durch TGF-Alpha aktiviert und bFGF war beschworen in Heraufregulierung des Ausdrucks des Periostin, und dann Periostin das &Uuml;berleben der A549 Zellen unter Hypoxie Mikromilieu &uuml;ber Aktivierung des Akt/PKB-Signalweges gef&ouml;rdert. Daher m&ouml;glicherweise Periostin und der Weg, den es Beteiligten ein Ziel f&uuml;r Lungenkrebs Behandlung bereit.

Herraufreguliert Ausdruck des Periostin durch Hypoxie in nicht-kleinzelligem Lungenkrebs Krebszellen f&ouml;rdert Zelle &Uuml;berleben &uuml;ber die Akt/PKB-Bahn.

MicroRNAs (miRNAs) are small non-coding RNAs of 18-25 nucleotides in length that function as negative regulators. miRNAs post-transcriptionally regulate gene expression by either inhibiting mRNA translation or inducing mRNA degradation, and participate in a wide variety of physiological and pathological cellular processes. Recent reports have revealed that the deregulation of miRNAs correlates with various human cancers and is involved in the initiation and progression of human cancers. miRNAs can act as oncogenes or tumor suppressors to inhibit the expression of cancer-related target genes and to promote or suppress tumorigenesis in various tissues. Therefore, abnormal miRNA expression can be regarded as a common feature of human cancers, and the identification of miRNAs and their respective targets may provide potential diagnostic and prognostic tumor biomarkers and new therapeutic strategies to treat cancers. In the present review, we discuss the emerging roles of miRNAs in the hallmarks of human cancers.

MicroRNAs: novel regulators in the hallmarks of human cancer.

MicroRNAs (MiRNAs) sind kleine nicht-kodierenden RNAs von 18-25 Nukleotide in der L&auml;nge, die als negative regulierende Funktion. MiRNAs post-transcriptionally Genexpression durch Hemmung der mRNA &Uuml;bersetzung oder induzierende mRNA Abbau zu regulieren, und eine Vielzahl physiologischer und pathologischer zellul&auml;rer Prozesse beteiligt. J&uuml;ngste Berichte haben gezeigt, dass die Deregulierung der MiRNAs mit verschiedenen menschlichen Krebserkrankungen korreliert und der Initiation und Progression der menschlichen Krebserkrankungen beteiligt ist. MiRNAs k&ouml;nnen als Onkogene oder Tumor Suppressors hemmen den Ausdruck Krebs-in Verbindung stehenden Zielgene zu f&ouml;rdern oder unterdr&uuml;cken Tumorentstehung in verschiedenen Geweben dienen. Daher kann abnorme MiRNA-Ausdruck kann als ein gemeinsames Merkmal der menschlichen Krebserkrankungen betrachtet werden, und die Identifizierung von MiRNAs und ihre jeweiligen Ziele potenzielle Tumor diagnostische und prognostische Biomarker und neue therapeutische Strategien zur Behandlung von Krebserkrankungen. &Uuml;berpr&uuml;fen Sie in der Gegenwart, wir besprechen die aufstrebenden Rollen von MiRNAs in Kennzeichen der menschlichen Krebserkrankungen.

MicroRNAs: neuartige Regulatoren in Kennzeichen der menschlichen Krebs.

Hypoxia has been recognized as one of the fundamentally important features of solid tumors and plays a critical role in various cellular and physiologic events, including cell proliferation, survival, angiogenesis, immunosurveillance, metabolism, as well as tumor invasion and metastasis. These responses to hypoxia are at least partially orchestrated by activation of the hypoxia-inducible factors (HIFs). HIF-1 is a key regulator of the response of mammalian cells to oxygen deprivation and plays critical roles in the adaptation of tumor cells to a hypoxic microenvironment. Hypoxia and overexpression of HIF-1 have been associated with radiation therapy and chemotherapy resistance, an increased risk of invasion and metastasis, and a poor clinical prognosis of solid tumors. The discovery of HIF-1 signaling has led to a rapidly increasing understanding of the complex mechanisms involved in tumor hypoxia and has helped greatly in screening novel anticancer agents. In this review, we will first introduce the cellular responses to hypoxia and HIF-1 signaling pathway in hypoxia, and then summarize the multifaceted role of hypoxia in the hallmarks of human cancers.

Role of hypoxia in the hallmarks of human cancer.

Hypoxie als eine grundlegend wichtige Features von soliden Tumoren erkannt wurde und spielt eine wichtige Rolle in verschiedene zellul&auml;rer und physiologischer Ereignisse, einschlie&szlig;lich Zellproliferation, &uuml;berleben, Angiogenese, Immunosurveillance, Stoffwechsel, sowie Tumorinvasion und Metastasierung. Diese Antworten zu Hypoxie sind zumindest teilweise durch Aktivierung der Hypoxie-durch Induktion Faktoren (HIFs) inszeniert. HIF-1 ist ein wichtiger Regulator der Reaktion der S&auml;ugetier-Zellen auf Sauerstoffmangel und spielt wichtige Rollen in der Verfilmung von Tumorzellen zu einer Hypoxie Mikromilieu. Hypoxie und eine &Uuml;berexpression von HIF-1 wurden mit Strahlentherapie und Chemotherapie-Resistenz, ein erh&ouml;htes Risiko der Invasion und Metastasierung, und eine schlechte klinische Prognose von soliden Tumoren. Die Entdeckung der Signalisierung von HIF-1 f&uuml;hrte zu einer rasch zunehmenden Verst&auml;ndnis komplexer Mechanismen Tumor Hypoxie beteiligt und im screening neuer Anti-Krebs-Wirkstoffen erheblich geholfen. In diesem Bericht werden wir erst einf&uuml;hren die zellul&auml;ren Reaktionen auf Hypoxie und HIF-1-Signalweg in Hypoxie und dann zusammenfassen die vielf&auml;ltige Rolle der Hypoxie in Kennzeichen der menschlichen Krebserkrankungen.

Rolle der Hypoxie in Kennzeichen der menschlichen Krebs.

Genistein is a major isoflavonoid in dietary soybean, commonly consumed in Asia. Genistein exerts inhibitory effects on the proliferation of various cancer cells and plays an important role in cancer prevention. However, the molecular and cellular mechanisms of genistein on human ovarian cancer cells are still little known. We show that exposure of human ovarian cancer HO-8910 cells to genistein induces DNA damage, and triggers G2/M phase arrest and apoptosis. Furthermore, we also found that checkpoint proteins ATM and ATR are phosphorylated and activated in the cells treated with genistein. It is also shown that genistein increases the phosphorylation and activation of Chk1 and Chk2, which results in the phosphorylation and inactivation of phosphatases Cdc25C and Cdc25A, and thereby the phosphorylation and inactivation of Cdc2 which arrests cells in G2/M phase. Moreover, genistein enhances the phosphorylation and activation of p53, while decreases the ratio of Bcl-2/Bax and Bcl-xL/Bax and the level of phosphorylated Akt, which result in cells undergoing apoptosis. These results demonstrate that genistein-activated ATM-Chk2-Cdc25 and ATR-Chk1-Cdc25 DNA damage checkpoint pathways can arrest ovarian cancer cells in G2/M phase, and induce apoptosis while the cellular DNA damage is too serious to be repaired. Thus, the antiproliferative, DNA damage-inducing and pro-apoptotic activities of genistein are probably responsible for its genotoxic effects on human ovarian cancer HO-8910 cells.

Genistein induces G2/M cell cycle arrest and apoptosis of human ovarian cancer cells via activation of DNA damage checkpoint pathways.

Genistein ist ein wichtiger Isoflavonoid in di&auml;tetischen Soja, h&auml;ufig in Asien verzehrt. Genistein hemmende Wirkung auf die Vermehrung von verschiedenen Krebszellen &uuml;bt und spielt eine wichtige Rolle bei der Krebspr&auml;vention. Allerdings sind die molekularen und zellul&auml;ren Mechanismen der Genistein auf menschlichen Eierstockkrebs Zellen noch wenig bekannt. Wir zeigen, dass die Exposition des menschlichen Eierstockkrebs zu Genistein HO-8910-Zellen induziert DNA-Sch&auml;den und G2/M-Phase-Verhaftung und Apoptose ausl&ouml;st. Dar&uuml;ber hinaus fanden wir auch, dass Pr&uuml;fpunkt Proteine ATM und ATR phosphoryliert und in den Zellen mit Genistein behandelt aktiviert. Es wird auch gezeigt, dass Genistein erh&ouml;ht die Phosphorylierung und die Aktivierung von Chk1 und Chk2, das ergibt die Phosphorylierung und Inaktivierung von Phosphatasen, Cdc25C und Cdc25A, und damit die Phosphorylierung und Inaktivierung von Cdc2 die Verhaftungen von Zellen in der G2/M-Phase. Dar&uuml;ber hinaus Genistein verbessert, die Phosphorylierung und die Aktivierung von p53, gleichzeitig sinkt das Verh&auml;ltnis von Bcl-2/Bax und Bcl-xL/Bax und das Niveau des phosphorylierten Akt, die f&uuml;hren Zellen in Apoptose. Diese Ergebnisse zeigen, dass Genistein aktivierte ATM-Chk2-Cdc25 ATR-Chk1-Cdc25 DNA Besch&auml;digung Pr&uuml;fpunkt Wege k&ouml;nnen Eierstockkrebs Zellen in der G2/M-Phase zu verhaften und Apoptose induzieren, w&auml;hrend die zellul&auml;re DNA-Sch&auml;den repariert werden zu ernst ist. Daher sind Antiproliferative, DNA-Sch&auml;den-induzierende und Pro-apoptotischen Aktivit&auml;ten von Genistein wahrscheinlich verantwortlich f&uuml;r seine genotoxische Effekte auf menschlichen Eierstockkrebs HO-8910-Zellen.

Genistein induziert G2/M Zellzyklus Verhaftung und Apoptose der menschlichen Eierstockkrebs Zellen durch die Aktivierung des DNA Besch&auml;digung Pr&uuml;fpunkt Wege.

To overcome the inconsecutive drawback of shadow and schlieren photography, the complete dynamics of cavitation bubble oscillation or ablation products induced by a single holmium laser pulse [2.12 microm, 300 micros (FWHM)] transmitted in different core diameter (200, 400, and 600 microm) fibers is recorded by means of high-speed photography. Consecutive images from high-speed cameras can stand for the true and complete process of laser-water or laser-tissue interaction. Both laser pulse energy and fiber diameter determine cavitation bubble size, which further determines acoustic transient amplitudes. Based on the pictures taken by high-speed camera and scanned by an optical coherent microscopy (OCM) system, it is easily seen that the liquid layer at the distal end of the fiber plays an important role during the process of laser-tissue interaction, which can increase ablation efficiency, decrease heat side effects, and reduce cost.

Cavitation effect of holmium laser pulse applied to ablation of hard tissue underwater.

Um den inconsecutive Nachteil, Schatten und Schlieren Fotografie zu &uuml;berwinden, die komplette Dynamik der Kavitation Blase Schwingungen oder Ablation Produkte induziert durch einen einzigen Holmium Laserpuls [2.12 Microm, 300 Mikrofone (FWHM)] &uuml;bertragen in verschiedenen Kerndurchmesser (200, 400 und 600 Microm) Fasern wird durch High-Speed Fotografie aufgezeichnet. Aufeinander folgende Bilder von Hochgeschwindigkeitskameras k&ouml;nnen f&uuml;r die wahre und vollst&auml;ndige Prozess der Laser-Wasser oder Laser-Gewebe-Wechselwirkung stehen. Beide Laser-Impuls-Energie und Faser-Durchmesser bestimmen Blasengr&ouml;&szlig;e Kavitation, die weiteren akustische transiente Amplituden bestimmt. Auf der Grundlage der Bilder von High-Speed Kamera genommen und durch eine koh&auml;rente Lichtmikroskop (OCM) System gescannt werden, ist es leicht gesehen, dass die fl&uuml;ssige Schicht am distalen Ende der Faser spielt eine wichtige Rolle w&auml;hrend des Prozesses der Laser-Gewebe-Wechselwirkung, die Ablation Effizienzsteigerung, Hitze-Nebenwirkungen zu verringern und Kosten senken k&ouml;nnen.

Kavitation-Effekt des Holmium Laserpulses auf Ablation der Hartgewebe unter Wasser angewendet.

Tauopathies, including Alzheimer's disease, are a group of neurodegenerative diseases characterized by abnormal tau hyperphosphorylation that leads to formation of neurofibrillary tangles. Drosophila models of tauopathy display prominent features of the human disease including compromised lifespan, impairments of learning, memory and locomotor functions and age-dependent neurodegeneration visible as vacuolization. Here, we use a Drosophila model of frontotemporal dementia with parkinsonism linked to chromosome 17 (FTDP-17), in order to study the neuroprotective capacity of a recently identified neuronal maintenance factor, nicotinamide mononucleotide (NAD) adenylyl transferase (NMNAT), a protein that has both NAD synthase and chaperone function. NMNAT is essential for maintaining neuronal integrity under normal conditions and has been shown to protect against several neurodegenerative conditions. However, its protective role in tauopathy has not been examined. Here, we show that overexpression of NMNAT significantly suppresses both behavioral and morphological deficits associated with tauopathy by means of reducing the levels of hyperphosphorylated tau oligomers. Importantly, the protective activity of NMNAT protein is independent of its NAD synthesis activity, indicating a role for direct protein-protein interaction. Next, we show that NMNAT interacts with phosphorylated tau in vivo and promotes the ubiquitination and clearance of toxic tau species. Consequently, apoptosis activation was significantly reduced in brains overexpressing NMNAT, and neurodegeneration was suppressed. Our report on the molecular basis of NMNAT-mediated neuroprotection in tauopathies opens future investigation of this factor in other protein foldopathies.

NMNAT suppresses tau-induced neurodegeneration by promoting clearance of hyperphosphorylated tau oligomers in a Drosophila model of tauopathy.

Tauopathien, einschlie&szlig;lich der Alzheimer-Krankheit, sind eine Gruppe neurodegenerativer Erkrankungen zeichnen sich durch abnorme Tau Hyperphosphorylation, die zur Bildung von neurofibrill&auml;ren Kabelgewirr f&uuml;hrt. Taufliege-Modelle der Tauopathie zeigen herausragende Merkmale der menschlichen Krankheit einschlie&szlig;lich kompromittierten Lebensdauer, Beeintr&auml;chtigungen von lernen, Ged&auml;chtnis und lokomotorische Funktionen und altersbedingt Neurodegeneration als Vakuolisierung sichtbar. Hier verwenden wir ein Modell Drosophila Frontotemporale Demenz mit Parkinsonismus, Chromosom 17 (FTDP-17), verbunden werden, um die neuroprotektive Kapazit&auml;t einer k&uuml;rzlich identifizierten neuronale Wartungsfaktor, Nicotinamid-Mononucleotide (NAD)-membran&auml;rer-Transferase (NMNAT), ein Protein, das beide NAD-Synthase und Chaperon-Funktion hat zu studieren. NMNAT ist wesentlich f&uuml;r die Aufrechterhaltung der neuronale Integrit&auml;t unter normalen Bedingungen und hat zum Schutz vor verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen erwiesen. Jedoch ist seine Schutzfunktion in Tauopathie nicht &uuml;berpr&uuml;ft worden. Hier zeigen wir, dass eine &Uuml;berexpression von NMNAT erheblich sowohl Verhaltens-unterdr&uuml;ckt und morphologische Defizite im Zusammenhang mit Tauopathie durch Abbau der Hyperphosphorylated Tau Oligomere. Wichtiger ist die sch&uuml;tzende Aktivit&auml;t des NMNAT-Proteins, unabh&auml;ngig von dessen NAD Synthese Aktivit&auml;t, die angibt, f&uuml;r direkte Protein-Protein-Interaktion eine Rolle. Als N&auml;chstes zeigen wir, dass NMNAT mit in-vivo phosphoryliertes Tau interagiert und die Ubiquitination und Abfertigung der toxischen Tau-Arten f&ouml;rdert. Folglich Apoptose-Aktivierung im Gehirn &uuml;berexprimierenden NMNAT deutlich gesenkt wurde und Neurodegeneration wurde unterdr&uuml;ckt. Unser Bericht &uuml;ber die molekulare Grundlage der NMNAT-vermittelte Neuroprotection in Tauopathien er&ouml;ffnet k&uuml;nftigen Untersuchung dieses Faktors in anderen Protein-Foldopathies.

NMNAT unterdr&uuml;ckt Tau-induzierte Neurodegeneration durch F&ouml;rderung der Abfertigung von Hyperphosphorylated Tau Oligomeren in einem Drosophila-Modell der Tauopathie.

Article	Year
The multifaceted role of periostin in tumorigenesis. Cellular and molecular life sciences : CMLS\| PubMed ID: 19308325	2009
Upregulated expression of periostin by hypoxia in non-small-cell lung cancer cells promotes cell survival via the Akt/PKB pathway. Cancer letters\| PubMed ID: 19328625	2009
MicroRNAs: novel regulators in the hallmarks of human cancer. Cancer letters\| PubMed ID: 19464788	2009
Role of hypoxia in the hallmarks of human cancer. Journal of cellular biochemistry\| PubMed ID: 19479945	2009
Genistein induces G2/M cell cycle arrest and apoptosis of human ovarian cancer cells via activation of DNA damage checkpoint pathways. Cell biology international\| PubMed ID: 19732843	2009
Cavitation effect of holmium laser pulse applied to ablation of hard tissue underwater. Journal of biomedical optics\| PubMed ID: 20799845	2010
NMNAT suppresses tau-induced neurodegeneration by promoting clearance of hyperphosphorylated tau oligomers in a Drosophila model of tauopathy. Human molecular genetics\| PubMed ID: 21965302	2012

Kai Ruan

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