Objective : This study was carried out to understand effects of ginseng(hearinafter ; GS, Panax Ginseng) extract on regeneration responses on injured sciatic nerves in rats. Methods :Using white mouse, we damaged sciatic nerve & central nerve, and then applied GS to the lesion. Then we observed regeneration of axon and non-neuron. Results : 1. NF-200 protein immunostaining for the visualization of axons showed more distal elongation of sciatic nerve axons in GS-treated group than saline-treated control 3 and 7 days after crush injury. 2. GAP-43 protein was increased in the injured sciatic nerve and further increased by GS treatment. Enhanced GAP-43 protein signals were also observed in DRG prepared from the rats given nerve injury and GS treatment. 3. GS treatment in vivo induced enhanced neurite outgrowth in preconditioned DRG sensory neurons. In vitro treatment of GS on sensory neurons from intact DRG also caused increased neurite outgrowth. 4. Phospho-Erk1/2 protein levels were higher in the injured nerve treated with GS than saline. Phospho-Erk1/2 protein signals were mostly found in the axons in the injured nerve. 5. NGF and Cdc2 protein levels showed slight increases in the injured nerves of GS-treated group compared to saline-treated group. 6. The number of Schwann cell population was significantly increased by GS treatment in the injured sciatic nerve. GS treatment with cultured Schwann cells increased proliferation and Cdc2 protein signals. 7. GS pretreatment into the injured spinal cord generated increased astrocyte proliferation and oligodendrocytes in culture. In vitro treatment of GS resulted in more differentiated pericytoplasmic processes compared with saline treatment. 8. More arborization around the injury cavity and the occurrence at the caudal region of CST axons were observed in GS-treated group than in saline-treated group. Conclusion :GS extract may have the growth-promoting activity on regenerating axons in both peripheral and central nervous systems.
Neurons make long-distance connections via their axons, and the accuracy and stability of these connections are crucial for brain function. Research using various animal models showed that the molecular and cellular mechanisms underlying the assembly and maintenance of neuronal circuitry are highly conserved in vertebrates. Therefore, to gain a deeper understanding of brain development and maintenance, an efficient vertebrate model is required, where the axons of a defined neuronal cell type can be genetically manipulated and selectively visualized in vivo. Placental mammals pose an experimental challenge, as time-consuming breeding of genetically modified animals is required due to their in utero development. Xenopus laevis, the most commonly used amphibian model, offers comparative advantages, since their embryos ex utero during which embryological manipulations can be performed. However, the tetraploidy of the X. laevis genome makes them not ideal for genetic studies. Here, we use Xenopus tropicalis, a diploid amphibian species, to visualize axonal pathfinding and degeneration of a single central nervous system neuronal cell type, the retinal ganglion cell (RGC). First, we show that RGC axons follow the developmental trajectory previously described in X. laevis with a slightly different timeline. Second, we demonstrate that co-electroporation of DNA and/or oligonucleotides enables the visualization of gene function-altered RGC axons in an intact brain. Finally, using this method, we show that the axon-autonomous, Sarm1-dependent axon destruction program operates in X. tropicalis. Taken together, the present study demonstrates that the visual system of X. tropicalis is a highly efficient model to identify new molecular mechanisms underlying axon guidance and survival.
Kim, Tae-Yun;Kang, Mi-Sun;Kim, Myoung-Hee;Choi, Heung-Kook
한국멀티미디어학회논문지
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제15권12호
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pp.1417-1429
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2012
In neuroscientific research, image segmentation is one of the most important processes. The morphology of axons plays an important role for researchers seeking to understand axonal functions and connectivity. In this study, we evaluated the level set segmentation method for neuronal axons in a Brainbow confocal microscopy image. We first obtained a reconstructed image on an x-z plane. Then, for preprocessing, we also applied two methods: anisotropic diffusion filtering and bilateral filtering. Finally, we performed image segmentation using the level set method with three different approaches. The accuracy of segmentation for each case was evaluated in diverse ways. In our experiment, the combination of bilateral filtering with the level set method provided the best result. Consequently, we confirmed reasonable results with our approach; we believe that our method has great potential if successfully combined with other research findings.
The purpose of this study was to evaluate the histologic change of the inferior alveolar nerve according to distraction amount following mandibular lengthening. Seven rabbits weighing about 2 kg were used. Corticotomy was performed on the mandibular body anterior to the right first premolar region and unilateral external fixation device was placed. Every effort was made to preserve the inferior alveolar nerve during the corticotomy. The rabbits were then allowed to heal for 7 days without distraction of the device. The mandible was lengthened 0.36 mm/day, 0.76 mm/day, or 1.0 mm/day. Corticotomy and lengthening of mandible were not performed in control group. After the completion of the lengthening process, a 14-day-consolidation period was allowed. After consolidation, rabbits were sacrificed, and histologic examination of the inferior alveolar nerve was performed. The results obtained were as follows : 1. In the control group, normal trifascicular pattern of inferior alveolar nerve was observed. Epineurium, perineurium, endoneurium, and axon with myelin sheath were observed in normal appearance. 2. In 0.36 mm/day distraction group, the trifascicular pattern was normally shown, and there was no destruction in epineurium, perineurium, and endoneurium. The mild changes including myelin attenuation, axoplasmic swelling and darkening were observed. 3. In 0.72 mm/day distraction group, it was possible to differentiate the epineurium from the perineurium. Two normal fascicles and one injuried fascicle were observed with a partially destructed perineurium. Most of the axons had axoplasmic swelling and darkening. 4. In 1 mm/day distraction group, it was difficult to differentiate the nerve structures such as fascicles, epineurium, perineurium, and endoneurium. The axons were severely destroyed, except few which showed decreases in size and changes in shape. Some collagen matrices were observed around the axons. These results suggest that the higher the distraction amount, the more severe the injury to the inferior alveolar nerve, fascicles, axons. Although distraction osteogenesis may be useful, the amount of distraction should be carefully selected.
There exists very little information on the ultrastructure of substance P immunopositive (+) fibers in the human dental pulp, which may help in understanding the mechanism for substance P associated pulpal inflammatory pain. To address this issue, we investigated the presence of substance P+ fibers in the human dental pulp by light- and electron-microscopic immunohistochemistry. Light microscopy revealed that substance P+ fibers ran within neurovascular bundles in the radicular pulp and in the core of coronal pulp. They were also frequently present in the peripheral pulp. Substance P+ fibers showed beads like swellings interconnected by thin axonal strand, in a manner similar to bouton en passants and interconnecting axonal strand in the spinal cord. Electron microscopy revealed that almost all the substance P+ axons were unmyelinated. The axonal swellings of the substance P+ contained numerous clear round vesicles (40-50 nm in diameter) and many large dense-cored vesicles (80-110 nm in diameter) as well as many mitochondria. The vesicles and mitochondria were rarely observed in the thin axonal strand interconnecting the swellings. Intimate interrelationship or synaptic structure between the swellings of substance P+ axon and nearby pulpal cells or axons was not found. These findings suggest co-release of substance P and glutamate from the substance P+ pulpal axons and its action on nearby structures in a paracrine manner.
Islam, Md. Ariful;Sharif, Syeda Ridita;Lee, HyunSook;Moon, Il Soo
Molecules and Cells
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제38권10호
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pp.876-885
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2015
N-acetyl-D-glucosamine kinase (NAGK) plays an enzyme activity-independent, non-canonical role in the dendritogenesis of hippocampal neurons in culture. In this study, we investigated its role in axonal development. We found NAGK was distributed throughout neurons until developmental stage 3 (axonal outgrowth), and that its axonal expression remarkably decreased during stage 4 (dendritic outgrowth) and became negligible in stage 5 (mature). Immunocytochemistry (ICC) showed colocalization of NAGK with tubulin in hippocampal neurons and with Golgi in somata, dendrites, and nascent axons. A proximity ligation assay (PLA) for NAGK and Golgi marker protein followed by ICC for tubulin or dynein light chain roadblock type 1 (DYNLRB1) in stage 3 neurons showed NAGK-Golgi complex colocalized with DYNLRB1 at the tips of microtubule (MT) fibers in axonal growth cones and in somatodendritic areas. PLAs for NAGK-dynein combined with tubulin or Golgi ICC showed similar signal patterns, indicating a three way interaction between NAGK, dynein, and Golgi in growing axons. In addition, overexpression of the NAGK gene and of kinase mutant NAGK genes increased axonal lengths, and knockdown of NAGK by small hairpin (sh) RNA reduced axonal lengths; suggesting a structural role for NAGK in axonal growth. Finally, transfection of 'DYNLRB1 (74-96)', a small peptide derived from DYNLRB1's C-terminal, which binds with NAGK, resulted in neurons with shorter axons in culture. The authors suggest a NAGK-dynein-Golgi tripartite interaction in growing axons is instrumental during early axonal development.
The purpose of this study is to observe the stimulant effect of the isolated nerve segment on the peripheral nerve regeneration using silicone tube in rats. Sprague-Dawley female albino rats were used as experimental animals and nerve defects were made by resection of 14 mm-long segment of right sciatic nerves. In control group, the defects were bridged with the silicone tubes. In experimental group, the defects were bridged with the same manner and additionally, 2mm-long nerve segments were inserted at the center of the silicone tubes. 3 months later, the regenerated nerve tissue within the silicone tubes were examined by histologic study. Axonal diameters and numbers of axons were measured and all data were analyzed by using SAS package program. The results obtained were as follows : 1. The experimental group was increased than the control group in general diameters of the regenerated nerve fiber.(P<0.05) 2. The diameters of axons were increased in the experimental group compare to the control group.(P<0.05) 3. The numbers of axons were increased in the experimental group compare to the control group.(P<0.05)
Kim, Jung-Hyun;Seol, In-Chan;Ryu, Ho-Ryong;Jo, Hyun-Kyung;An, Joung-Jo;Namgung, Uk;Kim, Yoon-Sik
동의생리병리학회지
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제22권4호
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pp.896-902
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2008
Yukmijihwang-tang(YM) is used in Oriental medicine for treatments of diverse systemic symptoms including neurological dosorders. The present study was performed to examine potential effects of YM on growth-promoting activity of injured sciatic nerve axons. YM treatment in the injured sciatic nerve induced enhanced distal elongation of injured axons when measured 3 and 7 days after injury. Retrograde tracing of sciatic nerve axons showed YM-mediated increases in the number of DiI-labeled dorsal root ganglion (DRG) sensory neurons and spinal cord motor neurons at 3 days after injury. Hoechst nuclear staining showed that non-neuronal cell population was largely elevated by YM treatment in distal nerve area undergoing axonal regeneration. Furthermore, phospho-Erk1/2 protein levels were upregulated by YM treatment in the injured nerve area. These data suggest that YM may play a role in facilitated axonal regeneration in injured peripheral nerves. Further investigations of individual herbal components would be useful to explore effective molecular components and develop therapeutic strategies.
신경세포는 생존 및 정상적인 기능을 위하여 다량의 에너지를 소비하므로, 미토콘드리아의 기능이 매우 중요하다. 미토콘드리아는 신경세포 내에서 신경돌기를 따라 이동하기도 하고, 세포내 여러 상황에 따라 접합과 절단을 반복하면서 그 분포와 형태가 역동적으로 변화한다. 역동적인 미토콘드리아의 형태 변화는 주로 GTPase 단백질인 Dynamin-related protein-1 (Drp1)에 의한 절단에 의해 조절되는 것으로 알려져 있다. 그러나, 중추신경계 신경세포에서의 미토콘드리아 분포 및 형태 변화 조절에 대해서는 비교적 연구가 미흡한 실정이다. 이 연구의 저자들은 미토콘드리아에 선택적으로 표적화되는 DsRed-mito 플라스미드를 일차 배양한 대뇌겉질 신경세포에 유전자 도입하여, 가지돌기 및 축삭에 분포하는 미토콘드리아의 길이와 역동성을 분석하였다. 흥미롭게도, 축삭 말단 부위에 분포하는 미토콘드리아의 길이가 세포체 근처의 축삭에 분포하는 미토콘드리아에 비하여 유의미하게 짧았다. 또한 Drp1 단백질이 가지돌기와 축삭에 다량 분포하며, 형광현미경하에서 이뤄진 실시간 촬영을 통해 축삭내에서 미토콘드리아의 절단이 활발하게 나타나는 것을 관찰하였다. 이를 통해, 축삭 말단 미토콘드리아의 길이 감소는 축삭 내 분포하는 Drp1 단백질의 활성에 의한 것으로 생각할 수 있었다. 위 가설을 검증하기 위하여, Drp1의 우성음성돌연변이 단백질을 신경세포에 유전자 도입하여 내재적 Drp1의 활성을 억제한 결과, 축삭 내 미토콘드리아 길이의 유의미한 증가가 관찰되었다. 이러한 결과들을 종합할 때, 대뇌겉질 신경세포에서 미토콘드리아의 절단은 축삭 내에서 지엽적으로도 진행되며, 이에 의하여 축삭내 위치에 따른 미토콘드리아의 길이 변화가 조절되는 것으로 생각되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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