Mitochondrial permeability transition has been shown to be involved in neuronal cell death. Mitochondrial monoamine oxidase (MAO)-B is considered to play a part in the progress of nigrostriatal cell death. The present study examined the effect of MAO inhibitors against the toxicity of 1-methyl-4-phenylpyridinium $(MPP^+)$ in relation to the mitochondrial permeability transition. Chlorgyline (a selective inhibitor of MAO-A), deprenyl (a selective inhibitor of MAO-B) and tranylcypromine (nonselective inhibitor of MAO) all prevented cell viability loss, cytochrome c release, caspase-3 activation, formation of reactive oxygen species and depletion of GSH in differentiated PC12 cells treated with $500\;{\mu}M$$MPP^+$. The MAO inhibitors at $10\;{\mu}M$ revealed a maximal inhibitory effect and beyond this concentration the inhibitory effect declined. On the basis of concentration, the inhibitory potency was tranylcypromine, deprenyl and chlorgyline order. The results suggest that chlorgyline, deprenyl and tranylcypromine attenuate the toxicity of $MPP^+$ against PC12 cells by suppressing the mitochondrial permeability transition that seems to be mediated by oxidative stress.
The promoting effect of hydrogen peroxide ($H_2O_2$) against the cytotoxicity of 1-methyl-4-phenylpyridinium ($MPP^+$) in differentiated PC12 cells was assessed by measuring the effect on the mitochondrial membrane permeability. Treatment of PC12 cells with $MPP^+$ resulted in the nuclear damage, decrease in the mitochondrial transmembrane potential, cytosolic accumulation of cytochrome c, activation of caspase-3, increase in the formation of reactive oxygen species (ROS) and depletion of GSH. Addition of $H_2O_2$ enhanced the $MPP^+-induced$ nuclear damage and cell death. Catalase, Carboxy-PTIO, Mn-TBAP, N-acetylcysteine, cyclosporin A and trifluoperazine inhibited the cytotoxic effect of $MPP^+$ in the presence of $H_2O_2$. Addition of $H_2O_2$ promoted the change in the mitochondrial membrane permeability, ROS formation and decrease in GSH contents due to $MPP^+$ in PC12 cells. The results show that the $H_2O_2$ treatment promotes the cytotoxicity of $MPP^+$ against PC12 cells. $H_2O_2$ may enhance the $MPP^+$-induced viability loss in PC12 cells by promoting the mitochondrial membrane permeability change, release of cytochrome c and subsequent activation of caspase-3, which is associated with the increased formation of ROS and depletion of GSH. The findings suggest that $H_2O_2$ as a promoting agent for the formation of mitochondrial permeability transition may enhance the neuronal cell injury caused by neurotoxins.
Parkinson's disease (PD), one of common neurodegenerative diseases, is caused by the death of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta. The loss of dopaminergic neurons in PD is associated with oxidative stress and mitochondrial dysfunction. Hyperoside (quercetin 3-O-${\beta}$-D-galactopyranoside) was reported to have protective properties against oxidative stress by reducing intracellular reactive oxygen species (ROS) and increasing antioxidant enzyme activity. In this study, we examined the neuroprotective effect of hyperoside against 1-methyl-4-phenyl pyridinium ($MPP^+$)-induced cell model of PD and the underlying molecular mechanisms. Hyperoside significantly decreased $MPP^+$-induced cell death, accompanied by a reduction in poly ADP-ribose polymerase (PARP) cleavage. Furthermore, it attenuated $MPP^+$-induced intracellular ROS and disruption of mitochondrial membrane potential (MMP), with the reduction of Bax/Bcl-2 ratio. Moreover, hyperoside significantly increased the phosphorylation of Akt, but it has no effects on $GSK3{\beta}$ and MAPKs. Pharmacological inhibitor of PI3K/Akt abolished the cytoprotective effects of hyperoside against $MPP^+$. Taken together, these results demonstrate that hyperoside significantly attenuates $MPP^+$-induced neurotoxicity through PI3K/Akt signaling pathways in SH-SY5Y cells. Our findings suggest that hyperoside might be one of the potential candidates for the treatment of PD.
Even though both N-methyl-4-phenyl-1,2,5,6-tetrahydropyridine (MPTP) and 6-hydroxydopamine have been widely used to establish the experimental model for dopaminergic neuronal ce ll death. mechanisms underlying this phenomenon have not been firmly explored. To investigate how these dopaminergic neurotoxins induce neuronal cell death, murine dopaminergic neuronal cell line, MN9D cells were treated with various concentration of either 6-hydroxydopamine or active form of MPTP, N methyl-4-phenylpyridinium (MPP$^+$). Treatment of cells with 5-100 uM 6-hydroxydopamine resulted in apoptotic cell death whereas cell death induced by 5~50 uM MPP$^+$ was not demonstrated typical apoptotic characteristics such as cell shrinkage, apoptotic body and nuclear condensation. Cell death induced by 6-hydroxydopamine was partially blocked in the presence of antioxidants including soluble form of vitamin E or desferrioxamine suggesting that generation of oxidative stress may be associated with 6-hydroxydopamine-induced cell death in MN9D cells. In contrast, MPP$^+$-induced cell death was not blocked by treatment with any of antioxidants tested. As previously demonstrated that MPP$^+$ caused metabolic alterations such as glucose metabolism, removal of glucose from the medium partially inhibited MPP$^+$-induced cell death suggesting excessive cycles of glycolysis may be associated with MPP$^+$-induced cell death. Taken together, these studies demonstrate that two types of dopaminergic neurotoxins recruit distinct neuronal cell death pathways.
대한약학회 2002년도 Proceedings of the Convention of the Pharmaceutical Society of Korea Vol.2
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pp.415.1-415.1
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2002
Apical to basal transport of organic cations (OCs) such as tributylmethylammonium (TBuMA), triethyimethylammonium (TEMA). 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP), and berberine across Caco-2 cell monolayers was measured to elucidate the intestinal absorption of OCs. Basal to apical transport of MPP and berberine was larger than apical to basal transport and showed temperature dependency and concentration dependency. indicating that MPP and berberine are secreted into the inteslinal lumen. (omitted)
Background and Objective : The prospects for developing an anti-apoptotic natural component or a compound that exerts a neuroprotective effect with few or no side effects for the treatment of neurodegenerative disease appear favorable. In the present study, we evaluated the effects of the methanol extract of Phellodendri Cortex (PC extract) on 1-methyl-4-phenyl pyridinium($MPP^+$)-induced apoptosis in PC-12 cells. Materials and Methods : We used the methanol extract of Phellodendri Cortex (PC extract). PC-12 cells were cultured by RPMZ-1640. We found the PC extract's gene expression (Bax, Bcl-2) by using RT-PCR. We examined the PC extract's protein expression (Bcl-2, Bax, cytochrome c, poly (ADP-ribose) polymerase (PARP), caspase-3) by SDS-PAGE and Western blot. Results : Apoptosis in $MPP^+$-induced PC-12 cells was accompanied by an increased Bax/Bcl-2 ratio, release of cytochrome c to the cytosol and the activation of caspase-3. PC extract inhibited the down-regulation of Bcl-2 and the up-regulation of Bax, as well as the release of mitochondrial cytochrome c into the cytosol. In addition, PC extract attenuated caspase-3 activation and cleavage of poly (ADP-ribose) polymerase (PARP). Conclusion : These results suggest that the neuroprotective potentials of PC extract against $MPP^+$-induced apoptosis can be. at least partially, ascribed to its anti-apoptotic effects in PC-12 cells.
The exact causes of cell death in Parkinson's disease (PD) remain unknown despite extensive studies on PD.The identification of signaling and metabolic pathways involved in PD might provide insight into the molecular mechanisms underlying PD. The neurotoxin 1-methyl-4-phenylpyridinium ($MPP^+$) induces cellular changes characteristic of PD, and $MPP^+$-based models have been extensively used for PD studies. In this study, pathways that were significantly perturbed in $MPP^+$-treated human neuroblastoma SH-EP cells were identified from genome-wide gene expression data for five time points (1.5, 3, 9, 12, and 24 h) after treatment. The mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway and endoplasmic reticulum (ER) protein processing pathway showed significant perturbation at all time points. Perturbation of each of these pathways resulted in the common outcome of upregulation of DNA-damage-inducible transcript 3 (DDIT3). Genes involved in ER protein processing pathway included ubiquitin ligase complex genes and ER-associated degradation (ERAD)-related genes. Additionally, overexpression of DDIT3 might induce oxidative stress via glutathione depletion as a result of overexpression of CHAC1. This study suggests that upregulation of DDIT3 caused by perturbation of the MAPK signaling pathway and ER protein processing pathway might play a key role in $MPP^+$-induced neuronal cell death. Moreover, the toxicity signal of $MPP^+$ resulting from mitochondrial dysfunction through inhibition of complex I of the electron transport chain might feed back to the mitochondria via ER stress. This positive feedback could contribute to amplification of the death signal induced by $MPP^+$.
파킨슨병은 운동완서, 근육경직, 진전 및 비정상적인 자세 등을 임상적 특징으로 하는 주로 운동 신경계에 영향을 주는 진행성 신경 퇴행성 질환이다. 파킨슨병은 산화 스트레스와 세포 내 신호 전달 경로의 조절 장애에 의한 뇌 흑색치밀부에서의 도파민성 신경세포의 사멸을 특징으로 한다. Quercetin의 주요 대사산물인 Quercetin-3-O-glucuronide (Q3GA)는 신경 보호 효과가 있는 것으로 보고 되어 왔다. 본 연구에서는 SH-SY5Y 세포에서 1-methyl-4-phenyl pyridinium ($MPP^+$)에 의해 유도된 신경 독성에 대한 Q3GA의 신경 보호 효과와 그 분자 조절 기전을 조사하였다. Q3GA는 $MPP^+$에 의해 유도된 세포 사멸을 유의적으로 감소시켰으며 PARP 절단을 감소시켰다. 또한, Bax/Bcl-2 비율의 감소와 함께 $MPP^+$에 의해 증가된 세포 내 ROS를 감소시켰다. Q3GA는 $MPP^+$에 의해 감소된 Akt와 CREB의 인산화를 유의적으로 회복시켰지만, ERK에는 영향을 미치지 않았다. 이 결과는 Q3GA가 ROS 생산 억제와 Akt/CREB 신호 전달 경로를 통해 $MPP^+$ 에 의해 유도된 신경 독성을 억제시킬 수 있음을 시사한다. 본 연구는 Q3GA가 파킨슨병에 대한 예방제 또는 치료제로 개발될 수 있는 가능성을 제시한다.
The present study examined the inhibitory effect of licorice compounds glycyrrhizin and a metabolite $18{\beta}$-glycyrrhetinic acid on the neurotoxicity of 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) in the mouse and on the 1-methyl-4-phenylpyridinium ($MPP^+$)-induced cell death in differentiated PC12 cells. MPTP treatment increased the activities of total superoxide dismutase, catalase and glutathione peroxidase and the levels of malondialdehyde and carbonyls in the brain compared to control mouse brain. Co-administration of glycyrrhizin (16.8 mg/kg) attenuated the MPTP effect on the enzyme activities and formation of tissue peroxidation products. In vitro assay, licorice compounds attenuated the $MPP^+$-induced cell death and caspase-3 activation in PC12 cells. Glycyrrhizin up to $100{\mu}M$ significantly attenuated the toxicity of $MPP^+$. Meanwhile, $18{\beta}$-glycyrrhetinic acid showed a maximum inhibitory effect at $10{\mu}M$; beyond this concentration the inhibitory effect declined. Glycyrrhizin and $18{\beta}$-glycyrrhetinic acid attenuated the hydrogen peroxide- or nitrogen species-induced cell death. Results from this study indicate that glycyrrhizin may attenuate brain tissue damage in mice treated with MPTP through inhibitory effect on oxidative tissue damage. Glycyrrhizin and $18{\beta}$-glycyrrhetinic acid may reduce the $MPP^+$ toxicity in PC12 cells by suppressing caspase-3 activation. The effect seems to be ascribed to the antioxidant effect.
The effect of herbal medicine on 1-methyl-4-phenylpyridinium ion $(MPP^+)$ and 6-hydroxydopamine (6-OHDA) mediated neurotoxicity was studied in the rat phaeochromocytoma cell line PC12. The present study was designed to test the hypothesis that herbal medicine can protect cells from neurotoxiciy caused by $MPP^+$ and 6-OHDA. Exposure of PC12 cells to 0.2 mM $MPP^+$ and $50\;{\mu}M$ 6-OHDA for 24h resulted in a 50% cell death with respect to the control cells. $MPP^+$ induced cell death was reduced by Yollyounggobondan (延齡固本丹), Sagunjatang (四君子湯), Palmihwan (八味丸), and Palmultang (八物湯)(P<0.05). However, herbal medicines did not protect cells from degeneration caused by the 6-OHDA. Yollyounggobondan, Yungmijihwangwon (六味地黃元), Palmihwan, and Samultang (四物湯) were effective in protecting against $MPP^+$-induced ATP loss in PC12 cells (P<0.05). Yollyounggobondan and Palmultang were effect in neurite protection against 6-OHDA treatment in differentiated PC12 cells with NGF.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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