Ischemic damage in the selectively vulnerable populations of neurons is thought to be caused by an abnormal accumulation of intracellular calcium. It has been reported that the neurons, expressing specific calcium binding proteins, might effectively control intracellular calcium concentrations because of a high capacity to buffer intracellular calcium in the brain ischemic condition. It is uncertain that parvalbumin, one of the calcium binding proteins, can protect the neurons from the cerebral ischemic damage. Recently, treatment of kappa opioid agonists increased survival rate, improved neurological function, and decreased tissue damage under the cerebral ischemic condition. Many evidences indicate that these therapeutic effects might result from regulation of calcium concentration. This study was designed to analyze the changes of number in parvalbumin-positive neurons after cerebral ischemic damage according to timepoints after cerebral ischemic induction. In addition, we evaluated the effect of GR89696 (kappa opioid agonist) or naltrexone(non selective opioid antagonist) on the changes of number in parvalbumin expressing neurons under ischemic condition. Cerebral ischemia was induced by occluding the common carotid artery of experimental animals. The hippocampal areas were morphometrically analyzed at different time point after ischemic induction(1, 3, 5 days) by using immuno-histochemical technique and imaging analysis system. The number of parvalbumin-positive neurons in hippocampus was significantly reduced at 1 day after ischemia(p<0.05). Furthermore, the number of parvalbumin-immunoreactive neurons was dramatically reduced at 3 and 5 days after cerebral ischemic induction(p<0.05) as compared to 1 day group after ischemia, as well as sham control group. Significant reduction of parvalbumin positive neurons in CA1 region of hippocampus was observed at 1 day after cerebral ischemic induction. However, significant loss of MAP2 immunoreactivity was observed at 3 day after cerebral ischemia. The loss of parvalbumin-positive neurons and MAP2 immunoreactivity in CA1 region was prevented by pre-administration of GR89696 compared to that of saline-treated ischemic group. Furthermore, protective effect of GR89696 partially reversed by pre-treatment of naltrexone. These data indicate that parvalbumin-positive neurons more sensitively responded to cerebral ischemic damage than MAP2 protein. Moreover, this loss of parvalbumin-positive neurons was effectively prevented by the pretreatment of kappa opioid agonist. It was also suggested that the changes of number in parvalbumin-positive neurons could be used as the specific marker to analyze the degree of ischemic neuronal damage.
Brain ischemia leads to overstimulation of N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors, referred as excitotoxicity, which mediates neuronal cell death. However, less attention has been paid to changes in synaptic activity and morphology that could have an important impact on cell function and survival following ischemic insult. In this study, we investigated the effects of reperfusion after oxygen/glucose deprivation (OGD) not only upon neuronal cell death, but also on ultrastructural and biochemical characteristics of postsynaptic density (PSD) protein, in the stratum lucidum of the CA3 area in organotypic hippocampal slice cultures. After OGD/reperfusion, neurons were found to be damaged; the organelles such as mitochondria, endoplasmic reticulum, dendrites, and synaptic terminals were swollen; and the PSD became thicker and irregular. Ethanolic phosphotungstic acid staining showed that the density of PSD was significantly decreased, and the thickness and length of the PSD were significantly increased in the OGD/reperfusion group compared to the control. The levels of PSD proteins, including PSD-95, NMDA receptor 1, NMDA receptor 2B, and calcium/calmodulin-dependent protein kinase II, were significantly decreased following OGD/reperfusion. These results suggest that OGD/reperfusion induces significant modifications to PSDs in the CA3 area of organotypic hippocampal slice cultures, both morphologically and biochemically, and this may contribute to neuronal cell death and synaptic dysfunction after OGD/reperfusion.
This study was conducted to determine the effect of Gagamjeongji-hwan (JJH)(Jiajiandingzhi-wan) and Evoidae Fructus (EF) on learning and memory disturbance and neuronal damage induced by focal ischemia in the rat. Rats were used for testing in the following three. Morris Water Maze, Cholineacetyltransferase (ChAT) immunohistochemistry, acetylcholine esterase (AchE) histochemistry. JJH+ISCH group (ischemia-induced rats pretreated with JJH) and EF+ISCH group (ischemia-induced rats pretreated with EF) significantly reduced the latency of swimming time, compared with those of ISCH group (ischemia-induced rats) in morris water maze acquisition test. JJH+ISCH group attenuated ischemia.induced learning and memory damage in morris water maze retention test. The density of ChAT neurons of the JJH+ISCH and EF+ISCH group in the hippocampal CA1 area was increased, compared to that of SAL+ISCH group (ischemia-induced rats pretreated with SAL). The density of AchE neurons of the JJH+ISCH and EF+ISCH group in the hippocampal CA1 and CA3 area was increased, compared to that of SAL+ISCH group. These results suggest that Gagamjeongji-hwan (JJH) and Evodiae Fructus (EF) may have significant protective effects on ischemia-induced brain damage and memory impairments.
This study was carried out to investigate the direct neurotoxicity of alcohol on CNS and the effects of piracetam or vitamins on ultrastructural changes of the rat cerebellar and hippocampal neurons during long-term alcohol treatment. To evaluate the results, quantitative analysis were done for light and electronic microscopic findings. On the light microscopy, red degeneration of pyramidal cells and Purkinje cells was found more apparently in the alcohol only treated group than in the control group. On the electron microscopy, increased lipofuscin pigments were found in cerebellum and hippocampus. In quantitative analysis, vitamins significantly reduced red degeneration in both hippocampus and cerebellum. However, piracetam significantly reduced red degeneration in cerebellum but not in hippocampus. Lipofuscin pigments in Purkinje cells and pyramidal cells were significantly reduced in the alcohol with piracetam treated group than the alcohol only treated group. However, vitamins had no significant reducing effect of lipofuscin pigments in Purkinje cells and pyramidal cells. According to the results, it is concluded that vitamins deficiency might cause red degeneration of pyramidal cell after long-term alcohol treatment, but increment of lipofuscin pigments in pyramidal and Purkinje cell may be caused by alcohol itself or its metabolite rather than vitamins deficiency. Piracetam seems to improve cognitive function impairment caused by alcohol consumption.
Orthostatic hypotension (OH) is defined by a 20-mm Hg difference of systolic blood pressure (dtSBP) and/or a 10-mm Hg difference of diastolic blood pressure (dtDBP) between supine and standing, and OH is associated with a failure of the cardiovascular reflex to maintain blood pressure on standing from a supine position. To understand the underlying genetic factors for OH traits (OH, dtSBP, and dtDBP), genome-wide association studies (GWASs) using 333,651 single nucleotide polymorphisms (SNPs) were conducted separately for two population-based cohorts, Ansung (n = 3,173) and Ansan (n = 3,255). We identified 8 SNPs (5 SNPs for dtSBP and 3 SNPs for dtDBP) that were repeatedly associated in both the Ansung and Ansan cohorts and had p-values of < $1{\times}10^{-5}$ in the meta-analysis. Unfortunately, the SNPs of the OH case control GWAS did not pass our p-value criteria. Four of 8 SNPs were located in the intergenic region of chromosome 2, and the nearest gene (CTNNA2) was located at 1 Mb of distance. CTNNA2 is a linker between cadherin adhesion receptors and the actin cytoskeleton and is essential for stabilizing dendritic spines in rodent hippocampal neurons. Although there is no report about the function in blood pressure regulation, hippocampal neurons interact primarily with the autonomic nervous system and might be related to OH. The remaining SNPs, rs7098785 of dtSBP trait and rs6892553, rs16887217, and rs4959677 of dtDBP trait were located in the PIK3AP1 intron, ACTBL2-3' flanking, STAR intron, and intergenic region, respectively, but there was no clear functional link to blood pressure regulation.
Background and Objectives: Menkes disease (MNK) is a rare X-linked recessive disease, caused by mutations in the copper transporting ATP7A gene that is required for copper homeostasis. MNK patients experience various clinical symptoms including neurological defects that are closely related to the prognosis of MNK patients. Neural stem cells (NSCs) in the hippocampal dentate gyrus (DG) produce new neurons throughout life, and defects in DG neurogenesis are often correlated with cognitive and behavioral problems. However, neurodevelopmental defects in the DG during postnatal period in MNK have not been understood yet. Methods and Results: Mottled-brindled (MoBr/y) mice (MNK mice) and littermate controls were used in this study. In vivo microCT imaging and immunohistochemistry results demonstrate that blood vasculatures in hippocampus are abnormally decreased in MNK mice. Furthermore, postnatal establishment of NSC population and their neurogenesis are severely compromised in the DG of MNK mice. In addition, in vitro analyses using hippocampal neurosphere culture followed by immunocytochemistry and immunoblotting suggest that neurogenesis from MNK NSCs is also significantly compromised, corresponding to defective neurogenic gene expression in MNK derived neurons. Conclusions: Our study is the first reports demonstrating that improper expansion of the postnatal NSC population followed by significant reduction of neurogenesis may contribute to neurodevelopmental symptoms in MNK. In conclusion, our results provide new insight into early neurodevelopmental defects in MNK and emphasize the needs for early diagnosis and new therapeutic strategies in the postnatal central nerve system damage of MNK patients.
Backgroud: Sleep deprivation (SD) impairs learning and memory by inhibiting hippocampal functioning at molecular and cellular levels. Abnormal autophagy and apoptosis are closely associated with neurodegeneration in the central nervous system. This study is aimed to explore the alleviative effect and the underlying molecular mechanism of stem-leaf saponins of Panax notoginseng (SLSP) on the abnormal neuronal autophagy and apoptosis in hippocampus of mice with impaired learning and memory induced by SD. Methods: Mouse spatial learning and memory were assessed by Morris water maze test. Neuronal morphological changes were observed by Nissl staining. Autophagosome formation was examined by transmission electron microscopy, immunofluorescent staining, acridine orange staining, and transient transfection of the tf-LC3 plasmid. Apoptotic event was analyzed by flow cytometry after PI/annexin V staining. The expression or activation of autophagy and apoptosis-related proteins were detected by Western blotting assay. Results: SLSP was shown to improve the spatial learning and memory of mice after SD for 48 h, accomanied with restrained excessive autophage and apoptosis, whereas enhanced activation of phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B/mammalian target of rapamycin signaling pathway in hippocampal neurons. Meanwhile, it improved the aberrant autophagy and apoptosis induced by rapamycin and re-activated phosphoinositide 3-kinase/Akt/mammalian target of rapamycin signaling transduction in HT-22 cells, a hippocampal neuronal cell line. Conclusion: SLSP could alleviate cognitive impairment induced by SD, which was achieved probably through suppressing the abnormal autophagy and apoptosis of hippocampal neurons. The findings may contribute to the clinical application of SLSP in the prevention or therapy of neurological disorders associated with SD.
가바성 억제 신경세포는 해마의 정상적인 기능을 조절하는데 중요한 역할을 하며 해마 병변을 유발하는 중요한 요소이다. 본 연구는 in vivo 실험법을 사용하여 해마 CA1 영역에서의 전기 생리학적 반응을 측정함으로써 가바성 신경세포의 기능을 분석하고 이를 슬라이스 실험법과 비교하고자 하였다. Fimbria-fonix 전기자극시 전형적인 population spike가 나타났고 $10{\sim}M$ bicuculline 존재하에서는 전기자극에 의해 burst 형태의 population spike가 나타났다. Population spike의 크기는 자극 강도에 비례하였으며 그 숫자도 bicuculline 전극사용시와 같이 동일한 양상을 보였다. CA1 영역의 흥분성 수준을 측정하기 위해 paired-pulse 자극을 하였는데 짧은 자극 간격에서 억제성 반응을 보였고 burst형태의 afterdischarge를 나타내었다. CA1 영역에서 in vivo실험법을 사용한 가바성 신경세포반응의 결과는 추체세포의 흥분성 조절을 효과적으로 분석할 수 있으며 in vitro 실험법에 비해 기능적 평가가 더욱 이상적임을 알 수 있다.
Objectives : Atractylodis rhizoma Alba has been traditionally used as a medicinal resource that is used for enhancing Qi (氣) in traditional medicine in Korea, China, and Japan. This study investigated the protective effects of Atractylodis rhizoma Alba extract (ARE) against trimethyltin (TMT), a neurotoxin that causes selective hippocampal injury, using both in vitro and in vivo models. Methods : We investigated the effects of ARE on TMT- (5mM) induced cytotoxicity in primary cultures of mouse hippocampal cells (7 days in vitro ) and on hippocampal injury in C57BL/6 mice injected with TMT (2.6 mg/kg). Results : We observed that ARE treatment (0 - 50 ㎍/mL) significantly reduced TMT-induced cytotoxicity in cultured hippocampal neurons in a dose-dependent manner, based on results of lactate dehydrogenase and 3-4,5-dimethylthiazol-2-yl-2,5-diphenyltetrazolium bromide assays. Additionally, this study showed that orally administered ARE (5 mg/kg; between -6 and 0 days before TMT injection) significantly attenuated seizures in adult mice. Furthermore, quantitative analysis of allograft inflammatory factor-1 (Iba-1)- and glial fibrillary acidic protein (GFAP)- positive cells showed significantly reduced levels of Iba-1- and GFAP-positive cell bodies in the dentate gyrus of mice treated with ARE prior to TMT injection. These findings indicate the significant protective effects of ARE against the TMT-induced massive activation of microglia and astrocytes in the hippocampus. Conclusions : We conclude that ARE minimizes the detrimental effects of TMT-induced hippocampal neurotoxicity, both in vitro and in vivo . Our findings may serve as useful guidelines to support ARE administration as a promising pharmacotherapeutic approach to hippocampal degeneration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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