Polyglutamine extension in the coding sequence of mutant huntingtin causes neuronal degeneration associated with the formation of insoluble polyglutamine aggregates in Huntington's disease (HD). Mutant huntingtin can form aggregates within the nucleus and processes of neurons possibly due to misfolding of the proteins. To better understand the mechanism by which an elongated polyglutamine causes aggregates, we have developed an in vitro binding assay system of polyglutamine tract from truncated huntingtin. We made GST-HD exon1 fusion proteins which have expanded polyglutamine epitopes (e.g., 17, 23, 32, 46, 60, 78, 81, and 94 CAG repeats). In the present emergence of new study adjusted nanotechnology on protein chip such as surface plasmon resonance strategy which used to determine the substance which protein binds in drug discovery platform is worth to understand better neurodegenerative diseases (i.e., Alzheimer disease, Parkinson disease and Huntington disease) and its pathogenesis along with development of therapeutic measures. Hence, we used strengths of surface plasmon resonance (SPR) technology which is enabled to examine binding specificity and explore targeted molecular epitope using its electron charged wave pattern in HD pathogenesis utilize conjugated mutant epitope of HD protein and its interaction whether wild type GST-HD interacts with mutant GST-HD with maximum binding affinity at pH 6.85. We found that the maximum binding affinity of GST-HD17 with GST-HD81 was higher than the binding affinities of GST-HD17 with other mutant GST-HD constructs. Furthermore, our finding illustrated that the mutant form of GST-HD60 showed a stronger binding to GST-HD23 or GST-HD17 than GST-HD60 or GST-HD81. These results indicate that the binding affinity of mutant huntingtin does not correlate with the length of polyglutamine. It suggests that the aggregation of an expanded polyglutamine might have easily occurred in the presence of wild type form of huntingtin.
Background: Huntington's disease (HD) is a neurodegenerative disorder caused by the expansion of trinucleotide CAG repeat in the Huntingtin (Htt) gene. The major pathogenic pathways underlying HD involve the impairment of cellular energy homeostasis and DNA damage in the brain. The protein kinase ataxia-telangiectasia mutated (ATM) is an important regulator of the DNA damage response. ATM is involved in the phosphorylation of AMP-activated protein kinase (AMPK), suggesting that AMPK plays a critical role in response to DNA damage. Herein, we demonstrated that expression of polyQ-expanded mutant Htt (mHtt) enhanced the phosphorylation of ATM. Ginsenoside is the main and most effective component of Panax ginseng. However, the protective effect of a ginsenoside (compound K, CK) in HD remains unclear and warrants further investigation. Methods: This study used the R6/2 transgenic mouse model of HD and performed behavioral tests, survival rate, histological analyses, and immunoblot assays. Results: The systematic administration of CK into R6/2 mice suppressed the activation of ATM/AMPK and reduced neuronal toxicity and mHTT aggregation. Most importantly, CK increased neuronal density and lifespan and improved motor dysfunction in R6/2 mice. Conversely, CK enhanced the expression of Bcl2 protected striatal cells from the toxicity induced by the overactivation of mHtt and AMPK. Conclusions: Thus, the oral administration of CK reduced the disease progression and markedly enhanced lifespan in the transgenic mouse model (R6/2) of HD.
Huntington's disease (HD) is a hereditary condition considered by the progressive degeneration of nerve cells in the brain, resultant in motor dysfunction and cognitive impairment. Despite current treatment modalities including pharmaceuticals and various therapies, a definitive cure remains elusive. Therefore, this study investigates the therapeutic potential effect of Apelin-13 in HD management. Thirty male Wistar rats were allocated into three groups: a control group, a group with HD, and a group with both HD and administered Apelin-13. Apelin-13 was administered continuously over a 28-day period at a dosage of around 30 mg/kg to mitigate inflammation in rats subjected to 3-NP injection within an experimental HD model. Behavioral tests, such as rotarod, electromyography (EMG), elevated plus maze, and open field assessments, demonstrated that Apelin-13 improved motor function and coordination in rats injected with 3-NP. Apelin-13 treatment significantly increased neuronal density and decreased glial cell counts compared to the control group. Immunohistochemistry analysis revealed reduced gliosis and expression of inflammatory factors in the treatment group. Moreover, Apelin-13 administration led to elevated levels of glutathione and reduced reactive oxygen species (ROS) level in the treated group. Apelin-13 demonstrates neuroprotective effects, leading to improved movement and reduced inflammatory and fibrotic factors in the HD model.
Complexins play a critical role in the control of fast synchronous neurotransmitter release. They operate by binding to trimeric SNARE complexes consisting of the vesicle protein Synaptobrevin and the plasma membrane proteins Syntaxin and SNAP-25, which are key executors of membrane fusion reactions. SNARE complex binding by Complexins is thought to stabilize and clamp the SNARE complex in a highly fusogenic state, thereby providing a pool of readily releasable synaptic vesicles that can be released quickly and synchronously in response to an action potential and the concomitant increase in intra-synaptic $Ca^{2+}$ levels. Genetic elimination of Complexins from mammalian neurons causes a strong reduction in evoked neurotransmitter release, and altered Complexin expression levels with consequent deficits in synaptic transmission were suggested to contribute to the etiology or pathogenesis of schizophrenia, Huntington's disease, depression, bipolar disorder, Parkinson's disease, Alzheimer's disease, traumatic brain injury, Wernicke's encephalopathy, and fetal alcohol syndrome. In the present review I provide a summary of available data on the role of altered Complexin expression in brain diseases. On aggregate, the available information indicates that altered Complexin expression levels are unlikely to have a causal role in the etiology of the disorders that they have been implicated in, but that they may contribute to the corresponding symptoms.
Formation of toxic protein aggregates is a common feature and mainly contributes to the pathogenesis of neurodegenerative diseases (NDDs), which include amyotrophic lateral sclerosis (ALS), Alzheimer's, Parkinson's, Huntington's, and prion diseases. The transglutaminase 2 (TG2) gene encodes a multifunctional enzyme, displaying four types of activity, such as transamidation, GTPase, protein disulfide isomerase, and protein kinase activities. Many studies demonstrated that the calcium-dependent transamidation activity of TG2 affects the formation of insoluble and toxic amyloid aggregates that mainly consisted of NDD-related proteins. So far, many important and NDD-related substrates of TG2 have been identified, including $amlyoid-{\beta}$, tau, ${\alpha}-synuclein$, mutant huntingtin, and ALS-linked trans-activation response (TAR) DNA-binding protein 43. Recently, the formation of toxic inclusions mediated by several TG2 substrates were efficiently inhibited by TG2 inhibitors. Therefore, the development of highly specific TG2 inhibitors would be an important tool in alleviating the progression of TG2-related brain disorders. In this review, the authors discuss recent advances in TG2 biochemistry, several mechanisms of molecular regulation and pleotropic signaling functions, and the presumed role of TG2 in the progression of many NDDs.
Minjoong Joo;Jeong-Hun Mok;Van-An Duong;Jong-Moon Park;Hookeun Lee
Mass Spectrometry Letters
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v.15
no.2
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pp.69 -78
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2024
The advancement of high-throughput omics technologies and systems biology is essential for understanding complex biological mechanisms and diseases. The integration of proteomics and metabolomics provides comprehensive insights into cellular functions and disease pathology, driven by developments in mass spectrometry (MS) technologies, including electrospray ionization (ESI). These advancements are crucial for interpreting biological systems effectively. However, integrating these technologies poses challenges. Compared to genomic, proteomics and metabolomics have limitations in throughput, and data integration. This review examines developments in MS equipped electrospray ionization (ESI), and their importance in the effective interpretation of biological mechanisms. The review also discusses developments in sample preparation, such as Simultaneous Metabolite, Protein, Lipid Extraction (SIMPLEX), analytical techniques, and data analysis, highlighting the application of these technologies in the study of cancer or Huntington's disease, underscoring the potential for personalized medicine and diagnostic accuracy. Efforts by the Clinical Proteomic Tumor Analysis Consortium (CPTAC) and integrative data analysis methods such as O2PLS and OnPLS extract statistical similarities between metabolomic and proteomic data. System modeling techniques that mathematically explain and predict system responses are also covered. This practical application also shows significant improvements in cancer research, diagnostic accuracy and therapeutic targeting for diseases like pancreatic ductal adenocarcinoma, non-small cell lung cancer, and Huntington's disease. These approaches enable researchers to develop standardized protocols, and interoperable software and databases, expanding multi-omics research application in clinical practice.
Minocycline is known to protect neurons from microglia-mediated cell death in many experimental models of brain diseases including ischemic stroke, Huntington's disease (HD), amyotrophic lateral sclerosis (ALS), traumatic brain injury, multiple sclerosis, and Parkinson's disease. Activation of caspase-2, 3, 8, and 9 was evident within 2-8 hr following oxidative insult with 0.5 mM hydrogen peroxide in PC12 cells. Minocycline significantly attenuated activation of these caspases up to 18 hr, resulting a significant increase in cell viability as assessed by MTT assay. (omitted)
Caffeic acid phenethyl ester (CAPE), derived from honeybee hives, is a bioactive compound with strong antioxidant activity. This study was designed to test the neuroprotective effect of CAPE in 3-nitropropionic acid (3NP)-induced striatal neurotoxicity, a chemical model of Huntington's disease (HD). Initially, to test CAPE's antioxidant activity, a 2,2'-azino-bis-3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid (ABTS) antioxidant assay was employed, and CAPE showed a strong direct radical-scavenging effect. In addition, CAPE provided protection from 3NP-induced neuronal cell death in cultured striatal neurons. Based on these observations, the in vivo therapeutic potential of CAPE in 3NP-induced HD was tested. For this purpose, male C57BL/6 mice were repeatedly given 3NP to induce HD-like pathogenesis, and 30 mg/kg of CAPE or vehicle (5% dimethyl sulfoxide and 95% peanut oil) was administered daily. CAPE did not cause changes in body weight, but it reduced mortality by 29%. In addition, compared to the vehicle-treated group, robustly reduced striatal damage was observed in the CAPE-treated animals, and the 3NP-induced behavioral deficits on the rotarod test were significantly rescued after the CAPE treatment. Furthermore, immunohistochemical data showed that immunoreactivity to glial fibrillary acidic protein (GFAP) and CD45, markers for astrocyte and microglia activation, respectively, were strikingly reduced. Combined, these data unequivocally indicate that CAPE has a strong antioxidant effect and can be used as a potential therapeutic agent against HD.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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