Administration of dopamine agonist, apomorphine (2 mg/kg, s.c.), produces cage climbing behavior in mice that exhibit typical dopaminergic stimulation. The present study investigated the pCREB expression level in several brain regions following apomorphine treatment in order to determine whether the increased the dopaminergic activation produced by apomorphine accompanies the changes in pCREB immunoreactivity. A mouse brain was removed at 0min, 10 min, 30 min, 1 h, 2 h, 7 h, and 24 h after apomorphine treatment. The brain tissue was fixed by an intracardiac perfusion with ice-cold 4% paraformaldehyde in PBS. Immunohistochemical study was conducted using the ABC-DAB method. The data showed that the immunoreactivity of pCREB increased in the striatum, nucleus-accumbens, piriform cortex and the dentate gyrus of the hippocampus of a mouse brain 30 min after the apomorphine treatment. Increased immunoreactivity began to diminish 2 h after the apomorphine treatment in all the brain regions measured. The time course for the pCREB immunoreactivity was similar to the behavioral response induced by the apomorphine treatment. These results suggest that activation of the dopamine receptor is accompanied by an increase in pCREB expression in the mouse brain.
Microglial priming is the process of microglial proliferation and activation in response to neurodegeneration and abnormal protein accumulation. Priming makes microglia susceptible to secondary inflammatory stimuli and causes exaggerated inflammatory responses. In the present study, we established a microglial priming model in mice by administering a single injection of 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP, 20 mg/kg). MPTP induced microglial activation without dopaminergic degeneration; however, subsequent treatment with a sub-toxic dose of lipopolysaccharides (LPS) induced an amplified inflammatory response and caused nigrostriatal dopaminergic degeneration. These pathological and inflammatory changes, including microglial activation and dopaminergic cell loss in the substantia nigra (SN) area were reversed by papaverine (PAP) administration. In addition, MPTP/LPS enhanced interleukin-1β (IL-1β) expression and processing via nod-like receptor protein 3 (NLRP3) inflammasome activation in the SN region of mice. However, PAP treatment suppressed inflammasome activation and subsequent IL-1β maturation. Moreover, PAP inhibited nuclear factor-κB (NF-κB) and enhanced cAMP-response element binding protein (CREB) activity in the SN of MPTP/LPS mice. These results suggest that PAP inhibits the activation of NLRP3 inflammasome by modulating NF-κB and CREB signaling pathways, which results in reduced microglial activation and neuronal cell death. Thus, PAP may be a potential candidate for the treatment of Parkinsons's disease, which is aggravated by systemic inflammation.
Magnesium($Mg^{2+}$) is one of the most abundant intracellular divalent cation. Although recent studies demonstrate that adrenergic receptor stimulation evokes marked changes in $Mg^{2+}$ homeostasis, the regulation of $Mg^{2+}$ by dopaminergic receptor stimulation is not yet known. In this work, we used dopaminergic agents to identify which type(s) of receptors were involved in the mobilization of $Mg^{2+}$ by dopaminergic receptor stimulation in the perfused rat hearts, isolated myocytes and circulating blood. The $Mg^{2+}$ content was measured by atomic absorbance spectrophotometry. Dopamine(DA), apomorphine(APO) and pergolide stimulated $Mg^{2+}$ efflux in the perfused rat hearts and these effects were inhibited by haloperidol or fluphenazine, nonselective dopaminergic antagonists. SKF38393, a selective doparminergic agonist, increased $Mg^{2+}$ efflux from the perfused hearts in dose dependant manners and SKF38393-induced $Mg^{2+}$ efflux was blocked by haloperidol. However, dopaminergic agonists-induced $Mg^{2+}$ efflux was potentiated in the presence of sulpiride or eticlopride, $D_2$-selective antagonist, from the perfused hearts. This increase of $Mg^{2+}$ efflux was blocked by haloperidol or imipramine. DA or pergolide increased in circulating $Mg^{2+}$ from blood. By contrast, PPHT stimulated $Mg^{2+}$ influx(a decrease in efflux) from the perfused hearts and circulating blood. PPHT-induced $Mg^{2+}$ influx was blocked by fluphenazine in the perfused hearts. DA-stimulated $Mg^{2+}$ efflux was inhibited by dopaminergic antagoinst in the isolated myocytes. In conclusion, the flux of $Mg^{2+}$ is modulated by DA receptor activation in the rat hearts. The efflux of $Mg^{2+}$ can be increased by $D_1$-receptor stimulation and decreased by $D_2$-receptor stimulation, respectively.
The present study examined the hypothesis that NMDA, AMPA/Kainate, and metabotropic (mGlu) glutamate receptors contribute to a behavioral stimulation induced by activation of dopamine receptors by comparing responses in apomorphine-induced cage climbing behaviors in mice. MK-801, CNQX, and MCPG were served as the NMDA receptor, AMPA/Kainate receptor, and mGlu receptor antagonist, respectively, to elucidate the glutamatergic modulation in apomorphine-induced eopaminergic activation in mice. Drugs were administered intracerebroventricularly (i.c.v.) into the mouse brain 15 min before the apomorphine treatment (2 mg/kg, s.c.). 1.c.v. injection of MK-801 inhibited the apomorphine-induced cage climbing behavior dose-dependently. However, treatments with CNQX and MCPG did not any significant change in apomorphine-induced cage climbing behavior in mice. These results suggest that stimulation of NMDA type of glutamate receptors could contribute to the dopaminergic sti mutation, but not AMPA/Kainate and mGlu type glutamate receptors.
This study sought to evaluate the effects of Asiatic acid in LPS-induced BV2 microglia cells and 1-methyl-4-phenyl-pyridine ($MPP^+$)-induced SH-SY5Y cells, to investigate the potential anti-inflammatory mechanisms of Asiatic acid in Parkinson's disease (PD). SH-SY5Y cells were induced using $MPP^+$ to establish as an in vitro model of PD, so that the effects of Asiatic acid on dopaminergic neurons could be examined. The NLRP3 inflammasome was activated in BV2 microglia cells to explore potential mechanisms for the neuroprotective effects of Asiatic acid. We showed that Asiatic acid reduced intracellular production of mitochondrial reactive oxygen species and altered the mitochondrial membrane potential to regulate mitochondrial dysfunction, and suppressed the NLRP3 inflammasome in microglia cells. We additionally found that treatment with Asiatic acid directly improved SH-SY5Y cell viability and mitochondrial dysfunction induced by $MPP^+$. These data demonstrate that Asiatic acid both inhibits the activation of the NLRP3 inflammasome by downregulating mitochondrial reactive oxygen species directly to protect dopaminergic neurons from, and improves mitochondrial dysfunction in SH-SY5Y cells, which were established as a model of Parkinson's disease. Our finding reveals that Asiatic acid protects dopaminergic neurons from neuroinflammation by suppressing NLRP3 inflammasome activation in microglia cells as well as protecting dopaminergic neurons directly. This suggests a promising clinical use of Asiatic acid for PD therapy.
Lee, Yunjong;Kang, Ho Chul;Lee, Byoung Dae;Lee, Yun-Il;Kim, Young Pil;Shin, Joo-Ho
BMB Reports
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제47권8호
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pp.424-432
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2014
The defining feature of Parkinson's disease is a progressive and selective demise of dopaminergic neurons. A recent report on Parkinson's disease animal model demonstrates that poly (ADP-ribose) (PAR) dependent cell death, also named parthanatos, is accountable for selective dopaminergic neuronal loss. Parthanatos is a programmed necrotic cell death, characterized by PARP1 activation, apoptosis inducing factor (AIF) nuclear translocation, and large scale DNA fragmentation. Besides cell death regulation via interaction with AIF, PAR molecule mediates diverse cellular processes including genomic stability, cell division, transcription, epigenetic regulation, and stress granule formation. In this review, we will discuss the roles of PARP1 activation and PAR molecules in the pathological processes of Parkinson's disease. Potential interaction between PAR molecule and Parkinson's disease protein interactome are briefly introduced. Finally, we suggest promising points of therapeutic intervention in the pathological PAR signaling cascade to halt progression in Parkinson's disease.
Parkinson's Disease (PD) is a chronic neurodegenerative disorder caused by the progressive loss of dopaminergic neurons, leading to decreased dopamine levels in the midbrain. Although the specific etiology of PD is not yet known, oxidative stress, inflammation, and subsequent apoptosis have been proposed to be closely related to PD pathophysiology. Cera Flava (CF) is a natural extract obtained from beehives and is isolated through the heating, compression, filtration, and purification of beehives. CF has been used in traditional medicines for its various clinical and pharmacological effects. However, its effects on neurodegenerative diseases are unknown. Therefore, we investigated the effects of CF against 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP)-induced PD in mice and explored the underlying mechanism of action. In MPTP-induced PC12 cells, CF protected NADH dehydrogenase activity and inhibited lactate dehydrogenase. In the mouse model, CF promoted recovery from movement impairments, prevented dopamine depletion, and protected against MPTP-induced dopaminergic neuronal degradation. Moreover, CF downregulated glial and microglial activation. Taken together, our results suggest that CF improves behavioral impairments and protects against dopamine depletion in MPTP-induced toxicity by inhibiting glial and microglial activation.
Objectives : The aim of this study was to investigate the neuroprotective effects and mechanisms of Cyperi Rhizoma extracts (CRE) using in vitro and in vivo models of Parkinson's disease (PD). Methods : We evaluated the neuroprotective effect of CRE against 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+) toxicity using tyrosine hydroxylase immunohistochemistry (IHC) in primary rat mesencephalic dopaminergic neurons. In addition, the effect of CRE was evaluated in mice PD model induced by 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP). For evaluations, C57bl/6 mice were orally treated with CRE 50 mg/kg for 5 days and were injected intraperitoneally with MPTP (20 mg/kg) at 2 h intervals on the last day. To identify the CRE affects on MPTP-induced neuronal loss of dopaminergic neurons in substantia nigra pars compacta (SNpc) and striatum of mice, the behavioral tests and IHC analysis were carried out. Also, we conducted nitric oxide (NO) and tumor necrosis factor-alpha (TNF-${\alpha}$) assay in dopaminergic neurons and IHC using glial markers in SNpc of mice to assess the anti-inflammation effects. Results : In primary mesencephalic culture system, CRE protected dopaminergic cells against $10{\mu}M$ MPP+-induced toxicity at 0.2 and $1.0{\mu}g/mL$. In the behavior tests, CRE treated group showed improved motor deteriorations than those in the MPTP only treated group. CRE significantly protected striatal dopaminergic damage from MPTP-induced neurotoxicity in mice. Moreover, CRE inhibited productions of NO and TNF-${\alpha}$ in dopaminergic culture system and activation of astrocyte and microglia in SNpc of the mice. Conclusion : We concluded that CRE shows anti-parkinsonian effect by protecting dopaminergic neurons against MPP+/MPTP toxicities through anti-inflammatory actions.
Park, Won-Seok;Eom, Dae-Seok;Han, Baek-S.;Oh, Young-J.
Proceedings of the PSK Conference
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대한약학회 2003년도 Proceedings of the Convention of the Pharmaceutical Society of Korea Vol.2-1
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pp.108-111
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2003
Parkinson's disease (PD) is a common neurodegenerative disorder characterized by a progressive loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra. While its precise etiology is unknown, such factors as oxidative stress, impairment of mitochondrial respiration, excitotoxicity and inflammation may play roles in its pathogenesis. Although the role of apoptosis in the process of dopaminergic neuronal death has been highlighted in studies using postmortem brains and experimental models of PD, other evidence implicates both apoptosis and non-apoptotic death in PD. (omitted)
Nicotine, primary component of tobaco produces craving and withdrawal effect both in humans and animals. Nicotine shows a close resemblance to other addictive drugs in molecular, neuroanatomical and pharmacological, particularly the drugs which enhances the cognitive functions. Nicotine mainly shows its action through specific nicotinic acetylcholine receptors located in brain. It stimulates presynaptic acetylcholine receptors thereby enhancing Ach release and metabolism. Dopaminergic system is also stimulated by it, thus increasing the concentration of dopamine in nuclear accumbens. This property of nicotine according to various researchers is responsible for reinforcing behavioral change and dependence of nicotine. Various researchers have also depicted that some non dopaminergic systems are also involved for rewarding effect of nicotinic withdrawal. Neurological systems such as GABAergic, serotonergic, noradrenergic, and brain stem cholinergic may also be involved to mediate the actions of nicotine. Further, the neurobiological pathway to nicotine dependence might perhaps be appropriate to the attachment of nicotine to nicotinic acetylcholine receptors, peruse by stimulation of dopaminergic system and activation of general pharmacological changes that might be responsible for nicotine addiction. It is also suggested that MAO A and B both are restrained by nicotine. This enzyme helps in degradation dopamine, which is mainly responsible for nicotinic actions and dependence. Various questions remain uninsurable to nicotine mechanism and require more research. Also, various genetic methods united with modern instrumental analysis might result for more authentic information for nicotine addiction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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