Alzheimers disease (AD) is the most prevalent form of neurodegenerations associated with aging in the human population. This disease is characterized by the extracellular deposition of beta-amyloid (A ${\beta}$) peptide in cerebral plaques. The A ${\beta}$ peptide is derived from the ${\beta}$-amyloid precursor protein ( ${\beta}$APP). Photolytic processing of ${\beta}$APP by ${\beta}$-secretase(beta-site APP-cleaving enzyme, BASE) and ${\gamma}$-secretase generates the A ${\beta}$ peptide. Several lines of evidence support that A ${\beta}$-induced neuronal cell death is major mechanisms of development of AD. Accordingly, the ${\beta}$-and ${\gamma}$-secretase have been implicated to be excellent targets for the treatment of AD. We previously found that sesaminol glucosides have improving effect on memory functions through anti-oxidative mechanism. In this study, to elucidate possible other mechanism (inhibition of ${\beta}$-and ${\gamma}$-secretase) of sesaminol glucosides, we examined the improving effect of sesaminol glucosides in the scopolamine (1 mg/kg/mouse)-induced memory dysfunction using water maze test in the mice. Sesaminol glucosides (3.75, 7.5 mg/kg/6ml/day p.o., for 3 weeks) reversed the latency time, distance and velocity by scopolamine in dose dependent manner. Next, ${\beta}$-and ${\gamma}$-secretase activities were determined in different regions of brain. Sesaminol glucosides dose-dependently attenuated scopolamine-induced ${\beta}$-secretase activities in cortex and hippocampous and ${\gamma}$-secretase in cortex. This study therefore suggests that sesaminol glucosides may be a useful agent for prevention of the development or progression of AD, and its inhibitory effect on secretase may play a role in the improving action of sesaminol glucosides on memory function.
Neprilysin (Nep) is known to be important to degrade $A{\beta}$ derived from amyloid precursor protein (APP) by cleavage with $\beta-and\;\gamma$-secretases. In order to determine whether a correspondence between $A{\beta}-42/{\gamma}-secretase$ activity and Nep levels exists in postnatal aging of transgenic mice expressing either neuron-specific enolase (NSE)-controlled human mutant presenilin-2 (hPS2m) or APPsw alone, the levels of Nep expression and $A{\beta}-42/{\gamma}-secretase$ activity were examined age of 5, 12, and 20 months, respectively. The levels of Nep expression in both types of transgenic brains were decreased relative to those of control mice in a aging-related manner, while the level of $A{\beta}-42/{\gamma}-secretase$ activity was reversibly increased. Thus, changes in $A{\beta}-42$ may all reflect variation in amounts of Nep enzyme.
Hong, Young Gi;Roh, Seyun;Paik, Donggi;Jeong, Sangyun
Molecules and Cells
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v.40
no.1
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pp.73-81
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2017
The ${\gamma}$-secretase complex represents an evolutionarily conserved family of transmembrane aspartyl proteases that cleave numerous type-I membrane proteins, including the ${\beta}$-amyloid precursor protein (APP) and the receptor Notch. All known rare mutations in APP and the ${\gamma}$-secretase catalytic component, presenilin, which lead to increased amyloid ${\beta}$-peptide production, are responsible for early-onset familial Alzheimer's disease. ${\beta}$-amyloid protein precursor-like (APPL) is the Drosophila ortholog of human APP. Here, we created Notch- and APPL-based Drosophila reporter systems for in vivo monitoring of ${\gamma}$-secretase activity. Ectopic expression of the Notch- and APPL-based chimeric reporters in wings results in vein truncation phenotypes. Reporter-mediated vein truncation phenotypes are enhanced by the Notch gain-of-function allele and suppressed by RNAi-mediated knockdown of presenilin. Furthermore, we find that apoptosis partly contributes to the vein truncation phenotypes of the APPL-based reporter, but not to the vein truncation phenotypes of the Notch-based reporter. Taken together, these results suggest that both in vivo reporter systems provide a powerful genetic tool to identify genes that modulate ${\gamma}$-secretase activity and/or APPL metabolism.
Proceedings of the Korean Society of Applied Pharmacology
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2006.04a
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pp.109-120
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2006
Alzheimer's disease (AD) is an age-related neurodegenerative disorder. The pathological hallmarks of AD are senile plaques and neurofibrillary tangles in the brain. Major component of senile plaques is amyloid beta peptide(A$\beta$) which is derived from amyloid precursor protein (APP). A$\beta$ is generated through the sequential cleavage of App by $\beta$ - and $\gamma$-secretases. $\beta$-secretase excises the ectodomain of APP ($\beta$-APPs) to leave a 99-amino acid long C-terminal fragment (APP-C99-CTF) in the membrane. $\gamma$-secretase then cleaves this membrane-tethered APP-CTF within the transmembrane domain, so releasing A$\beta$ peptides and APP-intracellular domain (AICD). Thus, $\beta$- and $\gamma$-secretase are regarded to perform the key steps in the pathogenesis of AD and have become important therapeutic targets in the prevention and treatment of AD. Enormous efforts have been focused to develop the amyloid beta related drug for cure of AD becuase A$\beta$ is believed to be one of the major causes of AD. since major pharmaceutical companies in world wide base compete to develop new drug for AD, we have to be careful to choose the drug target to success the tough race. In the present talk, possible drug targets based on basic research results will be discussed. These molecules should be a good target for development of new drug for AD and be less competitive to have a good shape for world wide competition.
The formation of ${\beta}$-amyloid peptide ($A{\beta}$) is initiated from cleavage of amyloid precursor protein (APP) by a family of protease, ${\alpha}$-, ${\beta}$-, and ${\gamma}$-secretase. Sub W, a substrate peptide, consists of 10 amino acids, which are adjacent to the ${\beta}$-cleavage site of wild-type APP, and Sub M is Swedish mutant with double mutations on the left side of the ${\beta}$-cleavage site of APP. Sub W is a normal product of the metabolism of APP in the secretary pathway. Sub M is known to increase the efficiency of ${\beta}$-secretase activity, resulting in a more specific binding model compared to Sub W. Three-dimensional structures of Sub W and Sub M were studied by CD and NMR spectroscopy in water solution. On the basis of these structures, interaction models of ${\beta}$-secretase and substrate peptides were determined by molecular dynamics simulation. Four hydrogen bonds and one water-mediated interaction were formed in the docking models. In particular, the hydrogen bonding network of Sub M-BACE formed spread over the broad region of the active site of ${\beta}$-secretase (P5-P3'), and the side chain of P2- Asn formed a hydrogen bond specifically with the side chain of Arg235. These are more favorable to the cleavage of Sub M by ${\beta}$-secretase than Sub W. The two substrate peptides showed different tendency to bind to ${\beta}$-secretase and this information may useful for drug development to treat and prevent Alzheimer's disease.
Lim, Ji-Hong;Lee, Bo Ram;Park, Hee Won;Hong, Bum Soo;Lim, Beong Ou;Kim, Young Jun
Journal of the Korean Chemical Society
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v.58
no.6
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pp.553-559
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2014
Alzheimer's disease (AD) is a devastating neurodegenerative disease that represents the most common form of dementia among the elderly population. The deposition of aggregated ${\beta}$-amyloid ($A{\beta}$) senile plaques in the human brain is a classic observation in the neuropathology of AD, yet an understanding of the mechanism of their formation remains elusive. $A{\beta}$ is formed through endoproteolysis of the amyloid precursor protein (APP) by ${\beta}$-secretase (BACE1, ${\beta}$-site APP-cleaving enzyme) and ${\gamma}$-secretase. In this study, BACE1 protein was successfully over-expressed, purified, and refolded and utilized in a binding study with hispidin. We developed a simpler refolding method using a urea gradient and size-exclusion gel filtration to purify an active BACE1 protein variant, in larger quantities than that reported previously, and measured the binding affinity of hispidin to the BACE1 protein variant through isothermal titration calorimetry.
${\beta}$-amyloid precursor protein (APP) can be cleaved by ${\alpha}$-, and ${\gamma}$-secretase at plasma membrane producing soluble ectodomain fragment ($sAPP{\alpha}$). Alternatively, following endocytosis, APP is cleaved by ${\beta}$-, and ${\gamma}$-secretase at early endosomes generating ${\beta}$-amyloid ($A{\beta}$), the main culprit in Alzheimer's disease (AD). Thus, APP endocytosis is critical for $A{\beta}$ production. Recently, we reported that Monsonia angustifolia, the indigenous vegetables consumed in Tanzania, improved cognitive function and decreased $A{\beta}$ production. In this study, we examined the underlying mechanism of justicidin A, the active compound of M. angustifolia, on $A{\beta}$ production. We found that justicidin A reduced endocytosis of APP, increasing $sAPP{\alpha}$ level, while decreasing $A{\beta}$ level in HeLa cells overexpressing human APP with the Swedish mutation. The effect of justicidin A on $A{\beta}$ production was blocked by endocytosis inhibitors, indicating that the decreased APP endocytosis by justicidin A is the underlying mechanism. Thus, justicidin A, the active compound of M. angustifolia, may be a novel agent for AD treatment.
Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by neuronal loss and extracellular senile plaques containing $\beta$-amyloid peptide (A$\beta$). The deposition of the A$\beta$ peptide following proteolytic processing of amyloid precursor protein (APP) by $\beta$-secretase (BACE1) and $\gamma$-secretase is a critical feature in the progression of AD. Among the plant extracts tested, the ethanol extract of Petasites japonicus leaves showed novel protective effect on B103 neuroblastoma cells against neurotoxicity induced by A$\beta$, as well as a strong suppressive effect on BACE1 activity. Ethanol extracts of P. japonicus leaves were sequentially extracted with methylene chloride, ethyl acetate and butanol and evaluated for potential to inhibit BACE1, as well as to suppress A$\beta$-induced neurotoxicity. Exposure to A$\beta$ significantly reduced cell viability and increased apoptotic cell death. However, pretreatment with ethyl acetate fraction of P. japonicus leaves prior to A$\beta$ (50 ${\mu}M$) significantly increased cell viability (p<0.01). In parallel, cell apoptosis triggered by A$\beta$ was also dramatically inhibited by ethyl acetate fraction of P. japonicus leaves. Moreover, the ethyl acetate fraction suppressed caspase-3 activity to the basal level at 30 ppm. Taken together, these results demonstrated that P. japonicus leaves appear to be a useful source for the inhibition and/or prevention of AD by suppression of BACE1 activity and attenuation of A$\beta$ induced neurocytotoxicity.
The deposition of the amyloid $\beta}$ ($A{\beta}$)-peptide following proteolytic processing of amyloid precursor protein (APP) by $\beta$-secretase (BACE1) and $\gamma$-secretase is critical feature in the progress of Alzheimer's disease (AD). Consequently, BACE1, a key enzyme in the production of $A{\beta}$, is a prime target for therapeutic intervention in AD. In the course of searching for BACE1 inhibitors from natural sources, the ethyl acetate fraction of Petasites japonicus showed potent inhibitory activity. Two BACE1 inhibitors quercetin (QC) and kaempferol 3-O-(6"-acetyl)-$\beta$-glucopyranoside (KAG) were isolated from P. japonicus by activity-guided purification. QC, in particular, non-competitively attenuated BACE1 activity with $IC_{50}$ value of $2.1{\times}10^{-6}\;M$ and $K_i$ value of $3.7{\times}10^{-6}\;M$. Both compounds exhibited less inhibition of $\alpha$-secreatase (TACE) and other serine proteases including chymotrypsin, trypsin, and elastase, suggesting that they ere relatively specific and selective inhibitors to BACE1. Furthermore, both compounds significantly reduced the extracellular $A{\beta}$ secretion in $APP_{695}$-transfected B103 cells.
Park, In-Hye;Kim, Sang-In;Jeon, So-Young;Lee, Hee-Ju;Song, Kyung-Sik
Proceedings of the PSK Conference
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2003.04a
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pp.271.2-271.2
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2003
The ${\gamma}$- and ${\beta}$-secretase are one of the most important proteases, which cleave amyloid precursor protein (APP) into neurotoxic A${\beta}$ peptide in Azheimer's type dementia. In the course of screening for anti-dementia agents from natural products, the mycelial culture of mushroom Phellinus linteus showed potent inhibition againt ${\beta}$-secretase (BACE1). (omitted)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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