Oh Wook Kwon;Youngja Hwang Park;Dalnim Kim;Hyog Young Kwon;Hyun-Jeong Yang
Journal of Ginseng Research
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v.48
no.5
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pp.481-493
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2024
Background: Post-weaning social isolation (SI) reduces sociability, gene expressions including myelin genes in the medial prefrontal cortex (mPFC), and alters microbiome compositions in rodent models. Korean Red Ginseng (KRG) and its major ginsenoside Rb1 have been reported to affect myelin formation and gut metabolites. However, their effects under post-weaning SI have not been investigated. This study investigated the effects of KRG and Rb1 on sociability, gene expressions in the mPFC, and gut metabolites under post-weaning SI. Methods: C57BL/6J mice were administered with water or KRG (150, 400 mg/kg) or Rb1 (0.1 mg/kg) under SI or regular environment (RE) for 2 weeks during the post-weaning period (P21-P35). After this period, mice underwent a sociability test, and then brains and ceca were collected for qPCR/immunohistochemistry and nontargeted metabolomics, respectively. Results: SI reduced sociability compared to RE; however, KRG (400 mg/kg) and Rb1 significantly restored sociability under SI. In the mPFC, expressions of genes related to myelin, neurotransmitter, and oxidative stress were significantly reduced in mice under SI compared to RE conditions. Under SI, KRG and Rb1 recovered the altered expressions of several genes in the mPFC. In gut metabolomics, 313 metabolites were identified as significant among 3027 detected metabolites. Among the significantly changed metabolites in SI, some were recovered by KRG or Rb1, including metabolites related to stress axis, inflammation, and DNA damage. Conclusion: Altered sociability, gene expression levels in the mPFC, and gut metabolites induced by two weeks of post-weaning SI were at least partially recovered by KRG and Rb1.
Kim, Sang-Young;Woo, Dong-Cheol;Bang, Eun-Jung;Kim, Sang-Soo;Lim, Hyang-Sook;Choi, Chi-Bong;Choe, Bo-Young
Journal of the Korean Magnetic Resonance Society
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v.12
no.1
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pp.14-25
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2008
To investigate the 3-bond connectivity of human brain metabolites by scalar coupling interaction through 2D-correlation spectroscopy (COSY) techniques using high field NMR spectroscopy. All NMR experiments were performed at 298K on Unity Inova 500 or 600 (Varian Inc.) equipped with a triple resonance probe head with z-shield gradient. Human brain metabolites were prepared with 10% $D_2O$. Two dimensional 2D COSY spectra were acquired with 4096 complex data points in $t_2$ and 128 or 256 increments in $t_1$ dimension. The spectral width was 9615.4 Hz and solvent suppression was achieved using presaturation using low power irradiation of the water resonance during 2s of relaxation delay. NMR data were processed using VNMRJ (Varian Instrument) software and all the chemical shifts were referenced to the methyl resonance of N-acetyl aspartate (NAA) peak at 2.0 ppm. Total 10 metabolites such as N-acetyl aspartate (NAA), creatine (Cr), choline (Cho), glutamine (Gln), glutamate (Glu), myo-inositol (Ins), lactate (Lac), taurine (Tau), ${\gamma}$-aminobutyricacid (GABA), alanine (Ala) were included for major target metabolites. Symmetrical 2D-COSY spectra were successfully acquired. Total 14 COSY cross peaks were observed even though there were parallel/orthogonal noisy peaks induced by water suppression. Except for Cr, all of human brain metabolites produced COSY cross peaks. The spectra of NAA methyl proton at 2.02 ppm and Glu methylene proton ($CH_2(3)$) at 2.11 ppm and Gln methylene proton ($CH_2(3)$) at 2.14 ppm were overlapped in the similar resonance frequency between 2.00 ppm and 2.15 ppm. The present study demonstrated that in vitro 2D-COSY represented the 3-bond connectivity of human brain metabolites by scalar coupling interaction. This study could aid in better understanding the interactions between human brain metabolites in vivo 2D-COSY study. Also it would be helpful to determine the molecular stereochemistry in vivo by using two-dimensional MR spectroscopy.
The human gastrointestinal (GI) tract houses a diverse microbial community, known as the gut microbiome comprising bacteria, viruses, fungi, and protozoa. The gut microbiome plays a crucial role in maintaining the body's equilibrium and has recently been discovered to influence the functioning of the central nervous system (CNS). The communication between the nervous system and the GI tract occurs through a two-way network called the gut-brain axis. The nervous system and the GI tract can modulate each other through activated neuronal cells, the immune system, and metabolites produced by the gut microbiome. Extensive research both in preclinical and clinical realms, has highlighted the complex relationship between the gut and diseases associated with the CNS, such as Alzheimer's disease, Parkinson's disease, and amyotrophic lateral sclerosis. This review aims to delineate receptor and target enzymes linked with gut microbiota metabolites and explore their specific roles within the brain, particularly their impact on CNS-related diseases.
A simple and sensitive method was studied for the simultaneous determination of catecholamine, indoleamine and their related metabolites by high performance liquid chromatography with electrochemical detector. Norepinephrine, dopamine, serotonin and their metabolites of 3,4-dihydroxyphenylacetic acid, homovanillic acid, 5-indoleacetic acid were resolved from rat brain tissue homogenates by separation on reversed phase $C_{18}$ column with mobile phase consisting of monochloroacetate buffer (pH2.47), 1.42mM sodium octyl sulfonate and 7% acetonitrile. Both catechols and indoles can be eluted in 15min. The sensitivities of this method are sufficient for determination of at least 100 pg of neurochemical amines in brain samples, for example, frontal cortex, olfactory bulb, striatum, septum, hippocampus, thalamus, hypothalamus, medulla & pons and cerebellum. The highest level of dopamine was observed in striatum whereas norepinephrine and serotonin were in hypothalamus.
Ku, Kyojin;Park, Inah;Kim, Doyeon;Kim, Jeongah;Jang, Sangwon;Choi, Mijung;Choe, Han Kyoung;Kim, Kyungjin
Molecules and Cells
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v.43
no.3
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pp.276-285
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2020
Circadian rhythm is an endogenous oscillation of about 24-h period in many physiological processes and behaviors. This daily oscillation is maintained by the molecular clock machinery with transcriptional-translational feedback loops mediated by clock genes including Period2 (Per2) and Bmal1. Recently, it was revealed that gut microbiome exerts a significant impact on the circadian physiology and behavior of its host; however, the mechanism through which it regulates the molecular clock has remained elusive. 3-(4-hydroxyphenyl)propionic acid (4-OH-PPA) and 3-phenylpropionic acid (PPA) are major metabolites exclusively produced by Clostridium sporogenes and may function as unique chemical messengers communicating with its host. In the present study, we examined if two C. sporogenes-derived metabolites can modulate the oscillation of mammalian molecular clock. Interestingly, 4-OH-PPA and PPA increased the amplitude of both PER2 and Bmal1 oscillation in a dose-dependent manner following their administration immediately after the nadir or the peak of their rhythm. The phase of PER2 oscillation responded differently depending on the mode of administration of the metabolites. In addition, using an organotypic slice culture ex vivo, treatment with 4-OH-PPA increased the amplitude and lengthened the period of PER2 oscillation in the suprachiasmatic nucleus and other tissues. In summary, two C. sporogenes-derived metabolites are involved in the regulation of circadian oscillation of Per2 and Bmal1 clock genes in the host's peripheral and central clock machineries.
Whereas as selective inhibitor of monoamine oxidase type B, ${\ell}-deprenyl$ (selegiline), is now widely used in the treatment of Parkinson's disease, the precise action mechanism of the drug remains elusive. In this study, to investigate protective effect of ${\ell}-deprenyl$ against the dopamine depletion induced by 6-hydroxydopamine (6-OHDA), the changes in tissue contents of dopamine, serotonine (5-HT) and their metabolites by ${\ell}-deprenyl$ were examined in intact and 6-OHDA-lesioned rat brain. In intact rats, a single intraperitoneal (i.p.) administration of ${\ell}-deprenyl$ showed a no change in striatal dopamine and its metabolites at low concentrations (0.25 and 1 mg/kg), but significantly inhibited dopamine metabolism at a higher concentration (10 mg/kg). The repeated administration of ${\ell}-deprenyl$ (0.25 and 1 mg/kg, i.p., for 21 consecutive days) reduced the contents of 3,4-dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC) and homovanilic acid (HVA) in dose-dependent manners without changes in dopamine content. Bilateral intracerebroventricular (i.c.v) infusion of 6-OHDA ($100{\;}\mu\textrm{g}/10{\;}{\mu}{\ell}/hemisphere$) depleted dopamine in striatum and septum by 81% and 90% respectively. When rats were pretreated with ${\ell}-deprenyl$ before 6-OHDA administration, the striatal and septal dopamine levels were significantly increased by about 3.0-fold and 3.4-fold, respectively, compared to the untreated 6-OHDA-lesioned rat. Pretreatment of ${\ell}-deprenyl$ also significantly enhanced the dopmaine metabolites, DOPAC, HVA and 3-methoxytyramine, in the striatum, and DOPAC in the septum. These results indicate that a ${\ell}-deprenyl$ pretreatment prevents 6-OHDA-induced depletion of striatal dopamine and its metabolites.
Park, Seokjae;Sadanala, Krishna Chaitanya;Kim, Eun-Kyoung
Molecules and Cells
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v.38
no.7
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pp.587-596
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2015
Obesity and diabetes arise from an intricate interplay between both genetic and environmental factors. It is well recognized that obesity plays an important role in the development of insulin resistance and diabetes. Yet, the exact mechanism of the connection between obesity and diabetes is still not completely understood. Metabolomics is an analytical approach that aims to detect and quantify small metabolites. Recently, there has been an increased interest in the application of metabolomics to the identification of disease biomarkers, with a number of well-known biomarkers identified. Metabolomics is a potent approach to unravel the intricate relationships between metabolism, obesity and progression to diabetes and, at the same time, has potential as a clinical tool for risk evaluation and monitoring of disease. Moreover, metabolomics applications have revealed alterations in the levels of metabolites related to obesity-associated diabetes. This review focuses on the part that metabolomics has played in elucidating the roles of metabolites in the regulation of systemic metabolism relevant to obesity and diabetes. It also explains the possible metabolic relation and association between the two diseases. The metabolites with altered profiles in individual disorders and those that are specifically and similarly altered in both disorders are classified, categorized and summarized.
Cho, Han Byul;Lee, Suji;Park, Shinwon;Kang, Ilhyang;Ma, Jiyoung;Jeong, Hyeonseok S.;Kim, Jieun E.;Yoon, Sujung;Lyoo, In Kyoon;Lim, Soo Mee;Kim, Jungyoon
Korean Journal of Biological Psychiatry
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v.24
no.1
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pp.1-9
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2017
The proton magnetic resonance spectroscopy ($^1H-MRS$) is a tool used to detect concentrations of brain metabolites such as N-acetyl aspartate, choline, creatine, glutamate, and gamma-amino butyric acid (GABA). It has been widely used because it does not require additional devices other than the conventional magnetic resonance scanner and coils. Demyelination, or the neuronal damage due to loss of myelin sheath, is one of the common pathologic processes in many diseases including multiple sclerosis, leukodystrophy, encephalomyelitis, and other forms of autoimmune diseases. Rodent models mimicking human demyelinating diseases have been induced by using virus (e.g., Theiler's murine encephalomyelitis virus) or toxins (e.g., cuprizon or lysophosphatidyl choline). This review is an overview of the MRS findings on brain metabolites in demyelination with a specific focus on rodent models.
Polyamines, putrescine, spermidine and spermine, are ubiquitous in living cells and are essential for eukaryotic cell growth. These polycations interact with negatively charged molecules such as DNA, RNA, acidic proteins and phospholipids and modulate various cellular functions including macromolecular synthesis. Dysregulation of the polyamine pathway leads to pathological conditions including cancer, inflammation, stroke, renal failure and diabetes. Increase in polyamines and polyamine synthesis enzymes is often associated with tumor growth, and urinary and plasma contents of polyamines and their metabolites have been investigated as diagnostic markers for cancers. Of these, diacetylated derivatives of spermidine and spermine are elevated in the urine of cancer patients and present potential markers for early detection. Enhanced catabolism of cellular polyamines by polyamine oxidases (PAO), spermine oxidase (SMO) or acetylpolyamine oxidase (AcPAO), increases cellular oxidative stress and generates hydrogen peroxide and a reactive toxic metabolite, acrolein, which covalently incorporates into lysine residues of cellular proteins. Levels of protein-conjuagated acrolein (PC-Acro) and polyamine oxidizing enzymes were increased in the locus of brain infarction and in plasma in a mouse model of stroke and also in the plasma of stroke patients. When the combined measurements of PC-Acro, interleukin 6 (IL-6), and C-reactive protein (CRP) were evaluated, even silent brain infarction (SBI) was detected with high sensitivity and specificity. Considering that there are no reliable biochemical markers for early stage of stroke, PC-Acro and PAOs present promising markers. Thus the polyamine metabolites in plasma or urine provide useful tools in early diagnosis of cancer and stroke.
Bang, Jeongsu;Li, Ling;Seong, Hyunbin;Kwon, Ye Won;Jeong, Eun Ji;Lee, Dong-Yup;Han, Nam Soo
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.27
no.5
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pp.939-942
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2017
The cellular composition and metabolic compounds of Leuconostoc mesenteroides ATCC 8293 were analyzed after cultivation in an anaerobic chemostat. The macromolecular composition was 24.4% polysaccharide, 29.7% protein, 7.9% lipid, 2.9% DNA, and 7.4% RNA. Its amino acid composition included large amounts of lysine, glutamic acid, alanine, and leucine. Elements were in the order of C > O > N > H > S. The metabolites in chemostat culture were lactic acid (73.34 mM), acetic acid (7.69 mM), and mannitol (9.93 mM). These data provide a first view of the cellular composition of L. mesenteroides for use in metabolic flux analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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