Alzheimer's disease (AD) is neurodegenerative disease, characterized by the progressive decline of memory, cognitive functions, and changes in personality. The major pathological features in postmortem brains are neurofibrillary tangles and amyloid beta ($A{\beta}$) deposits. The majority of AD cases are sporadic and age-related. Although AD pathogenesis has not been established, aging and declining mitochondrial function has been associated. Mitochondrial dysfunction has been observed in AD patients' brains and AD mice models, and the mice with a genetic defect in mitochondrial complex I showed enhanced $A{\beta}$ level in vivo. To elucidate the role of mitochondrial complex I in AD, we used SH-SY5Y cells transfected with DNA constructs expressing human amyloid precursor protein (APP) or human Swedish APP mutant (APP-swe). The expression of APP-swe increased the level of $A{\beta}$ protein in comparison with control. When complex I was inhibited by rotenone, the increase of ROS level was remarkably higher in the cells overexpressing APP-swe compared to control. The number of dead cell was significantly increased in APP-swe-expressing cells by complex I inhibition. We suggest that complex I dysfunction accelerate amyloid toxicity and mitochondrial complex I dysfunction in aging may contribute to the pathogenesis of sporadic AD.
Amyloid plaque is a product of aggregation of ${\beta}$-amyloid peptide ($A{\beta}$) and is an important factor in the pathogenesis of Alzheimer's Disease (AD). $A{\beta}$ is a major component of amyloid plaque and vascular deposits in the AD brain. The enzyme ${\beta}$-secretase is required for the production of $A{\beta}$; thus, prevention of the formation of $A{\beta}$ through the inhibition of ${\beta}$-secretase is a major focus in the study of the treatment of AD. In this study, we investigated ${\beta}$-secretase inhibitory activity of an Arctoscopus japonicus peptide. An Alcalase hydrolysate had the highest ${\beta}$-secretase inhibitory activity. A ${\beta}$-secretase inhibitory activity peptide was separated using ion exchange column chromatography (carboxy-methyl: CM, quaternary methyl ammonium: QMA) and reverse phase high performance liquid chromatography (RP-HPLC) on a C18 column. The $IC_{50}$ value of the purified peptide was $248.2{\pm}1.73{\mu}g/mL$. The ${\beta}$-secretase inhibitory peptide was identified as a six amino acid residue of Gly-Pro-Val-Gly-Ala-Pro (MW: 497.27 Da). In cell viability experiments, the final purified fraction, the carboxy-methyl ion exchange column fraction (CM-F1) showed no significant cytotoxic effect in SH-SY5Y cells at concentrations below $100{\mu}g/mL$ in 24 h. The results of this study suggest that peptides separated from Arctoscopus japonicus may be beneficial as ${\beta}$-secretase inhibitor compounds in functional foods.
Jang, Ji Yeon;Kim, Se-Yong;Song, Kyung-Sik;Seong, Yeon Hee
Natural Product Sciences
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제21권2호
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pp.134-140
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2015
The present study aims to investigate the effect of methanol extract of Korean mistletoe (KM; Viscum album var. coloratum), on amyloid $\beta$ protein ($A\beta$) (25-35), a synthetic 25-35 amyloid peptide, -induced neurotoxicity in cultured rat cerebral cortical neurons and memory impairment in mice. Exposure of cultured neurons to $10{\mu}M$$A\beta$ (25-35) for 24 h induced a neuronal cell death, which was measured by a 3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyl-tetrazolium bromide (MTT) assay and Hoechst 33342 staining. KM (10, 30 and $50{\mu}g/ml$) significantly inhibited the $A\beta$ (25-35)-induced apoptotic neuronal death. KM ($50{\mu}g/ml$) inhibited 10 μM Aβ (25-35)-induced elevation of intracellular calcium concentration ([Ca2+]i), which was measured by a fluorescent dye, Fluo-4 AM. Glutamate release into medium and generation of reactive oxygen species (ROS) induced by $10{\mu}M$$A\beta$ (25-35) were also inhibited by KM (10, 30 and $50{\mu}g/ml$). These results suggest that KM may mitigate the $A\beta$ (25-35)-induced neurotoxicity by interfering with the increase of [Ca2+]i and then inhibiting glutamate release and generation of ROS in cultured neurons. In addition, orally administered KM (25 and 50 mg/kg, 7 days) significantly prevented memory impairment induced by intracerebroventricular injection of $A\beta$ (25-35) (8 nmol). Taken together, it is suggested that anti-dementia effect of KM is due to its neuroprotective effect against $A\beta$ (25-35)-induced neurotoxicity and that KM may have therapeutic role in prevention of the progression of Alzheimer's disease.
Sanguisorbae radix (SR) from Sanguisorba officinalis L. (Losaceae) is widely used in Korea and China due to its various pharmacological activity. The present study aims to investigate the effect of the methanol extract of SR on amyloid ${\beta}$ Protein(25-35) $(A{\beta}\;(25-35))$, a synthetic 25-35 amyloid peptide, -induced neurotoxicity using cultured rat cortical neurons. SR, over a concentration range of $10-50\;{\mu}g/ml$, inhibited the $A{\beta}$ (25-35) $(10\;{\mu}M)-induced$ neuronal cell death, as assessed by a 3-[4,5-dimethylthiazole-2-yl]-2,5-diphenyl-tetrazolium bromide (MTT) assay and the number of apoptotic nuclei, evidenced by Hoechst 33342 staining. Pretreatment of SR $(50\;{\mu}g/ml)$ inhibited $10\;{\mu}M\;A{\beta}$ (25-35)-induced} elevation of cytosolic calcium concentration $([Ca^{2+}]c)$, which was measured by a fluorescent dye, fluo-4 AM. SR $(10\;and\;50\;{\mu}g/ml)$ inhibited glutamate release into medium induced by $10\;{\mu}M\;A{\beta}(25-35)$, which was measured by HPLC, and generation of reactive oxygen species. These results suggest that SR prevents $A{\beta}$ (25-35)-induced neuronal cell damage in vitro.
Lee, Juho;Kwon, Inchan;Cho, Art E.;Jang, Seung Soon
EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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제4회(2015년)
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pp.14-23
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2015
Alzheimer's disease is one of the most common types of degenerative dementia. As a considerable cause of Alzheimer's disease, neurotoxic plaques composed of 39 to 42 residue-long amyloid beta($A{\beta}$) fibrils have been found in the patient's brain in large quantity. A previous study found that erythrosine B (ER), a red color food dye approved by FDA, inhibits the formation of amyloid beta fibril structures. Here, in an attempt to elucidate the inhibition mechanism, we performed molecular dynamics simulations to demonstrate the conformational change of $A{\beta}40$ induced by 2 ERs in atomistic detail. During the simulation, the ERs bound to the surfaces of both N-terminus and C-terminus regions of $A{\beta}40$ rapidly. The observed stacking of the ERs and the aromatic side chains near the N-terminus region suggests a possible inhibition mechanism in which disturbing the inter-chain stacking of PHEs destabilizes beta-sheet enriched in amyloid beta fibrils. The bound ERs block water molecules and thereby help stabilizing alpha helical structure at the main chain of C-terminus and interrupt the formation of the salt-bridge ASP23-LYS28 at the same time. Our findings can help better understanding of the current and upcoming treatment studies for Alzheimer's disease by suggesting inhibition mechanism of ER on the conformational transition of $A{\beta}40$ at the molecular level.
Caulis Bambusae in Taenia is widely used in Korea and China due to its various pharmacological activity. The present study aims to investigate the effect of the methanol extract of Caulis Bambusae in Taenia (CB) from Phyllostachys nigra Munro var. henonis Stapf (Gramineae) on amyloid ${\beta}$ protein (25-35) $(A{\beta}\;(25-35))$, a synthetic 25-35 amyloid peptide, -induced neurotoxicity using cultured rat cortical neurons. CB, over a concentration range of $10-50{\mu}g/{\mu}l$, inhibited the $A{\beta}\;(25-35)\;(10\;{\mu}M)$-induced neuronal cell death, as assessed by a 3-[4,5-dimethyIthiazole-2-yl]-2,5-diphenyl-tetrazolium bromide (MTT) assay and the number of apoptotic nuclei, evidenced by Hoechst 33342 staining. CB $(50\;{\mu}g/{\mu}l)$ inhibited glutamate release into medium induced by $10\;{\mu}M\;A{\beta}$, (25-35) which was measured by HPLC. Pretreatment of CB $(50\;{\mu}g/{\mu}l)$ inhibited $10{\mu}M\;A{\beta}$ (25-35)-induced elevation of cytosolic calcium concentration $([Ca^{2+}]_c)$, which was measured by a fluorescent dye, fluo-4 AM, and generation of reactive oxygen species. These results suggest that CB prevents $A{\beta}$ (25-35)-induced neuronal ell damage in vitro.
Kim, Joonki;Kim, Sung Hun;Lee, Deuk-Sik;Lee, Dong-Jin;Kim, Soo-Hyun;Chung, Sungkwon;Yang, Hyun Ok
Journal of Ginseng Research
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제37권1호
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pp.100-107
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2013
This study examined the effect of fermented ginseng (FG) on memory impairment and ${\beta}$-amyloid ($A{\beta}$) reduction in models of Alzheimer's disease (AD) in vitro and in vivo. FG extract was prepared by steaming and fermenting ginseng. In vitro assessment measured soluble $A{\beta}42$ levels in HeLa cells, which stably express the Swedish mutant form of amyloid precursor protein. After 8 h incubation with the FG extract, the level of soluble $A{\beta}42$ was reduced. For behavioral assessments, the passive avoidance test was used for the scopolamine-injected ICR mouse model, and the Morris water maze was used for a transgenic (TG) mouse model, which exhibits impaired memory function and increased $A{\beta}42$ level in the brain. FG extract was treated for 2 wk or 4 mo on ICR and TG mice, respectively. FG extract treatment resulted in a significant recovery of memory function in both animal models. Brain soluble $A{\beta}42$ levels measured from the cerebral cortex of TG mice were significantly reduced by the FG extract treatment. These findings suggest that FG extract can protect the brain from increased levels of $A{\beta}42$ protein, which results in enhanced behavioral memory function, thus, suggesting that FG extract may be an effective preventive or treatment for AD.
The present study investigated an ethanol extract of Chaenomeles sinensis fruit (CSF) for possible neuroprotective effects on neurotoxicity induced by amyloid ${\beta}$ protein ($A{\beta}$) (25-35) in cultured rat cortical neurons and also for antidementia activity in mice. Exposure of cultured cortical neurons to $10{\mu}M\;A{\beta}$ (25-35) for 36 h induced neuronal apoptotic death. At $0.1-10{\mu}g/m{\ell}$, CSF inhibited neuronal death, elevation of intracellular calcium concentration ($[Ca^{2+}]_i$), and generation of reactive oxygen species (ROS) induced by $A{\beta}$ (25-35) in primary cultures of rat cortical neurons. Memory loss induced by intracerebroventricular injection of mice with 15 nmol $A{\beta}$ (25-35) was inhibited by chronic treatment with CSF (10, 25 and 50 mg/kg, p.o. for 7 days) as measured by a passive avoidance test. CSF (50 mg/kg) inhibited the increase of cholinesterase activity in $A{\beta}$ (25-35)-injected mice brain. From these results, we suggest that the antidementia effect of CSF is due to its neuroprotective effect against $A{\beta}$ (25-35)-induced neurotoxicity and that CSF may have a therapeutic role for preventing the progression of Alzheimer's disease.
Alzheimer’s disease (AD) is characterized pathologically by the presence of intracellular neurofibrillary tangles and deposition of ${\beta}-amyloid $ (A ${\beta}$) peptides, which are generated by processing of amyloid precursor protein (APP). It is urgent to develop effective therapies for the treatment of AD, since our society rapidly accelerate aging. A${\beta}$ peptides have been believed to be neurotoxic and now are also considered to have effects on the mechanism of memory formation. In this study, effects of radicicol on the metabolism of APP were analyzed. Radicicol inhibited the secretion of A${\beta}$ from the Neuro2a cell line (APPswe cell) expressing APPswe. Beta-site APP cleaving enzyme (BACE) fluorescence resonance energy transfer (FRET) assay revealed that it inhibited BACE activity in a dose dependently manner. Immunoblotting study showed that it inhibited intracellular heat shock protein (HSP)90 and it increased the secretion of HSP90 from the APPswe cells. We suggest that radicicol inhibits APP metabolism and Ap generation by the means of HSP90 inhibitory mechanism and partially BACE inhibitory mechanism. This is the first report that radicicol inhibits the secretion of A${\beta}$ peptides from neuroblastoma cells.
Alzheimer's disease is a neurodegenerative disorder associated with progressive loss of cognitive function and memory. Amyloid beta peptide ($A{\beta}$) is the major component of senile plaques and is known to exert its cytotoxic effect mainly by producing $H_2O_2$. Vascular endothelial growth factor (VEGF) is elevated in the cerebrospinal fluid (CSF) and brain of AD patients, and $H_2O_2$ is one of the factors that induce VEGF. Therefore, we tested whether $A{\beta}$ might be responsible for the increased VEGF synthesis. We found that $A{\beta}$ induced the production of $H_2O_2$ in vitro. Comparison of the amount of $H_2O_2$ required to induce VEGF synthesis in HN33 cells and the amount of $H_2O_2$ produced by $10{\mu}M\;A{\beta}_{1-42}$ in vitro suggested that a toxic concentration of $A{\beta}$ might induce VEGF synthesis in these cells. However, toxic concentrations of $A{\beta}$ failed to induce VEGF synthesis in several cell systems. They also had no effect on antioxidant enzymes such as glutathione peroxidase, catalase, and peroxiredoxin in HN33 cells. $Cu^{2+}$, $Zn^{2+}$ and $Fe^{3+}$ are known to accumulate in the brains of AD patients and promote aggregation of $A{\beta}$, and $Cu^{2+}$ by itself induces synthesis of VEGF. However, there was no synergistic effect between $Cu^{2+}$ and $A{\beta}_{1-42}$ in the induction of VEGF synthesis and $Zn^{2+}$ and $Fe^{3+}$ also had no effect on the synthesis of VEGF, alone or in combination with $A{\beta}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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