Kim, Jia;Lee, Chul Won;Lee, Boo Kyun;Lee, Jang Cheon;An, Won Gun
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.28
no.3
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pp.317-321
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2014
Amyloid-${\beta}$ protein ($A{\beta}$) is a pathological component of Alzheimer's disease (AD) by participating in the senile plaque formation in the patient's brain. Although the exact mechanism of $A{\beta}$ toxicity is not fully elucidated, it is considered to be closely related to its fibrillation process. For prevention of AD, recent studies have suggested various small molecules which inhibit $A{\beta}$ fibrillation. In this report, ${\beta}$-asarone found in acorus plant has been investigated as an anti-amyloid molecule. ${\beta}$-Asarone was demonstrated to prevent in vitro fibrillation of $A{\beta}$ by inducing the oligomer formation that obviously decreased cytotoxicity. Therefore, ${\beta}$-asarone could be suggested as an inhibitory agent of $A{\beta}$ fibrillation and toxicity, which would help us not only to understand underlying principle of amyloidogenesis mechanism but also to develop a controlling strategy toward AD.
Progressive memory impairment such as that associated with depression, stroke, and Alzheimer's disease (AD) can interfere with daily life. In particular, AD, which is a progressive neurodegenerative disorder, prominently features a memory and learning impairment that is related to changes in acetylcholine and abnormal ${\beta}$-amyloid ($A{\beta}$) deposition in the brain. In the present study, we investigated the effects of dehydroevodiamine HCl (DHED) on cognitive improvement and the related mechanism in memory-impaired rat models, namely, a scopolamine-induced amnesia model and a $A{\beta}_{1-42}$-infused model. The cognitive effects of DHED were measured using a water maze test and a passive avoidance test in the memory-impaired rat models. The results demonstrate that DHED (10 mg/kg, p.o.) and Donepezil (1 mg/kg, p.o.) ameliorated the spatial memory impairment in the scopolamine-induced amnestic rats. Moreover, DHED significantly improved learning and memory in the $A{\beta}_{1-42}$-infused rat model. Furthermore, the mechanism of these behavioral effects of DHED was investigated using a cell viability assay, reactive oxygen species (ROS) measurement, and intracellular calcium measurement in primary cortical neurons. DHED reduced neurotoxicity and the production of $A{\beta}$-induced ROS in primary cortical neurons. In addition, similar to the effect of MK801, DHED decreased intracellular calcium levels in primary cortical neurons. Our results suggest that DHED has strong protective effects against cognitive impairments through its antioxidant activity and inhibition of neurotoxicity and intracellular calcium. Thus, DHED may be an important therapeutic agent for memory-impaired symptoms.
Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by neuronal loss and extracellular senile plaques containing $\beta$-amyloid peptide (A$\beta$). The deposition of the A$\beta$ peptide following proteolytic processing of amyloid precursor protein (APP) by $\beta$-secretase (BACE1) and $\gamma$-secretase is a critical feature in the progression of AD. Among the plant extracts tested, the ethanol extract of Petasites japonicus leaves showed novel protective effect on B103 neuroblastoma cells against neurotoxicity induced by A$\beta$, as well as a strong suppressive effect on BACE1 activity. Ethanol extracts of P. japonicus leaves were sequentially extracted with methylene chloride, ethyl acetate and butanol and evaluated for potential to inhibit BACE1, as well as to suppress A$\beta$-induced neurotoxicity. Exposure to A$\beta$ significantly reduced cell viability and increased apoptotic cell death. However, pretreatment with ethyl acetate fraction of P. japonicus leaves prior to A$\beta$ (50 ${\mu}M$) significantly increased cell viability (p<0.01). In parallel, cell apoptosis triggered by A$\beta$ was also dramatically inhibited by ethyl acetate fraction of P. japonicus leaves. Moreover, the ethyl acetate fraction suppressed caspase-3 activity to the basal level at 30 ppm. Taken together, these results demonstrated that P. japonicus leaves appear to be a useful source for the inhibition and/or prevention of AD by suppression of BACE1 activity and attenuation of A$\beta$ induced neurocytotoxicity.
Alzheimer's disease is a neurodegenerative disorder associated with progressive loss of cognitive function and memory. Amyloid beta peptide ($A{\beta}$) is the major component of senile plaques and is known to exert its cytotoxic effect mainly by producing $H_2O_2$. Vascular endothelial growth factor (VEGF) is elevated in the cerebrospinal fluid (CSF) and brain of AD patients, and $H_2O_2$ is one of the factors that induce VEGF. Therefore, we tested whether $A{\beta}$ might be responsible for the increased VEGF synthesis. We found that $A{\beta}$ induced the production of $H_2O_2$ in vitro. Comparison of the amount of $H_2O_2$ required to induce VEGF synthesis in HN33 cells and the amount of $H_2O_2$ produced by $10{\mu}M\;A{\beta}_{1-42}$ in vitro suggested that a toxic concentration of $A{\beta}$ might induce VEGF synthesis in these cells. However, toxic concentrations of $A{\beta}$ failed to induce VEGF synthesis in several cell systems. They also had no effect on antioxidant enzymes such as glutathione peroxidase, catalase, and peroxiredoxin in HN33 cells. $Cu^{2+}$, $Zn^{2+}$ and $Fe^{3+}$ are known to accumulate in the brains of AD patients and promote aggregation of $A{\beta}$, and $Cu^{2+}$ by itself induces synthesis of VEGF. However, there was no synergistic effect between $Cu^{2+}$ and $A{\beta}_{1-42}$ in the induction of VEGF synthesis and $Zn^{2+}$ and $Fe^{3+}$ also had no effect on the synthesis of VEGF, alone or in combination with $A{\beta}$.
Neuronal cell death is a common characteristic feature of a variety of neurodegenerative disorders including Alzheimer's disease and Parkinson's disease. However, there have been no effective drugs to successfully prevent neuronal death in those diseases. In the present study, docosyl cafferate (DC), a derivative of caffeic acid, was isolated from Rhus verniciflua and its protective effects on tBHP-induced neuronal cell death were examined in SH-SY5Y human neuroblastoma cells. Pretreatment of DC significantly attenuated tBHP-induced neuronal cell death in a concentration-dependent manner. DC also significantly suppressed tBHP-induced caspase-3 activation. In addition, DC restored tBHP-induced depletion of intracellular Bcl-2, an anti-apoptotic member of the Bcl-2 family. Furthermore, DC significantly suppressed tBHP-induced degradation of IKB, which retains $NF-{\kappa}B$ in the cytoplasm, resulting in the suppression of nuclear translocation of $NF-{\kappa}B$ and its subsequent activation. Taken together, the results clearly demonstrate that DC exerts its neuroprotective activity against tBHP-induced oxidative stress through the suppression of nuclear translocation of $NF-{\kappa}B$.
Journal of mucopolysaccharidosis and rare diseases
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v.4
no.1
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pp.26-36
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2018
Mucopolysaccharidosis IIIA is a heritable neurodegenerative disorder resulting from the dysfunction of the lysosomal hydrolase sulphamidase. This leads to the primary accumulation of the complex carbohydrate heparan sulphate in a wide range of tissues and CNS degeneration. Characterization of animal model is the beginning point of the therapeutic clinical trial. Mouse model has a limitation in that it is not a human and does not have all of the disease phenotypes. Therefore, delineate of the phenotypic characteristics of MPS IIIA mouse model prerequisite for the enzyme replace treatment for the diseases. We designed 6-month duration of phenotypic characterization of MPS IIIA mouse biochemically, behaviorally and histologically. We compared height and weight of MPS IIIA mouse with wild type from 4 weeks to 6 months in both male and female. At 6 months, we measured GAG storage in urine kidney, heart, liver, lung and spleen. The brain GAG storage is presented with Alcian blue staining, immunohistochemistry, and electron-microscopy. The neurologic phenotype is evaluated by brain MRI and behavioral study including open field test, fear conditioning, T-maze test and Y-maze test. Especially behavioral tests were done serially at 4month and 6month. This study will show the result of the MPS IIIA mouse model phenotypic characterization. The MPS IIIA mouse provides an excellent model for evaluating pathogenic mechanisms of disease and for testing treatment strategies, including enzyme or cell replacement and gene therapy.
Alzheimer's disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder of insidious onset that causes gradual loss of memory and cognitive function, and it is the most common form of dementia in the elderly. AD is characterized by neuritic plaques and neurofibrillary tangles in the brain, together with loss of neuronal cells. The major neuropathological hallmark of AD is the accumulation of extracellular neurotoxic ${\beta}-amyloid$ ($A{\beta}$) peptides, such as $A{\beta}1-42$, in the brain. In the present study, we investigated the effect of sargachromenol (SCM), sargaquinoic acid (SQA) and sargahydroquinoic acid (SHQA) isolated from Sargassum serratifoilum ethanol extract (SSE) on $A{\beta}$ production in vitro using APP751-transfected Chinese hamster ovary cells (CHO-751). CHO-751 cells were treated with various concentrations of SSE, SCM, SQA and SHQA, and the level of extracellular $A{\beta}1-42$ was evaluated by enzyme-linked immunosorbent assay. SSE and SHQA reduced the production of $A{\beta}1-42$ in CHO-751 cells. Therefore, SHQA isolated from S. serratifolium has potential as an inhibitor of neurotoxic $A{\beta}$ peptide production.
Mitochondria diseases have been reported to involve structural and functional defects of complex I-V. Especially, many of these diseases are known to be related to dysfunction of mitochondrial proton-translocating NADH-ubiquinone oxidoreductase (complex I). The dysfunction of mitochondria complex I is associated with neurodegenerative disorders, such as Parkinson's disease, Huntington's disease, and Leber's hereditary optic neuropathy (LHON). Mammalian mitochondrial proton-translocating NADH-quinone oxidoreductase (complex I) is largest and consists of at least 46 different subunits. In contrast, the NDI1 gene of Saccharomyces cerevisiae is a single subunit rotenone-insensitive NADH-quinone oxidoreductase that is located on the matrix side of the inner mitochondrial membrane. The Saccharomyces cerevisiae NDI1 gene using a recombinant adeno-associated virus vector (rAAV-NDI1) was successfully expressed in AML12 mouse liver hepatocytes and the NDI1-transduced cells were able to grow in media containing rotenone. In contrast, control cells that did not receive the NDI1 gene failed to survive. The expressed Ndi1 enzyme was recognized to be localized in mitochondria by confocal immunofluorescence microscopic analyses and immunoblotting. Using digitonin-permeabilized cells, it was shown that the NADH oxidase activity of the NDI1-transduced cells was not affected by rotenone which is inhibitor of complex I, but was inhibited by antimycin A. Furthermore, these results indicate that Ndi1 can be functionally expressed in the AML12 mouse liver hepatocytes. It is conceivable that the NDI1 gene is powerful tool for gene therapy of mitochondrial diseases caused by complex I deficiency. In the future, we will attempt to functionally express the NDI1 gene in mouse embryonic stem (mES) cell.
Parkinson's disease (PD), one of common neurodegenerative diseases, is caused by the death of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta. The loss of dopaminergic neurons in PD is associated with oxidative stress and mitochondrial dysfunction. Hyperoside (quercetin 3-O-${\beta}$-D-galactopyranoside) was reported to have protective properties against oxidative stress by reducing intracellular reactive oxygen species (ROS) and increasing antioxidant enzyme activity. In this study, we examined the neuroprotective effect of hyperoside against 1-methyl-4-phenyl pyridinium ($MPP^+$)-induced cell model of PD and the underlying molecular mechanisms. Hyperoside significantly decreased $MPP^+$-induced cell death, accompanied by a reduction in poly ADP-ribose polymerase (PARP) cleavage. Furthermore, it attenuated $MPP^+$-induced intracellular ROS and disruption of mitochondrial membrane potential (MMP), with the reduction of Bax/Bcl-2 ratio. Moreover, hyperoside significantly increased the phosphorylation of Akt, but it has no effects on $GSK3{\beta}$ and MAPKs. Pharmacological inhibitor of PI3K/Akt abolished the cytoprotective effects of hyperoside against $MPP^+$. Taken together, these results demonstrate that hyperoside significantly attenuates $MPP^+$-induced neurotoxicity through PI3K/Akt signaling pathways in SH-SY5Y cells. Our findings suggest that hyperoside might be one of the potential candidates for the treatment of PD.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.7
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pp.621-627
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2017
The understanding of the mechanical properties of amyloid fibers, which induce various neurodegenerative diseases, is directly related to the amyloid growth mechanism. Diverse studies have been performed on amyloid fibers from the viewpoint of disease epidemiology. Recently, attempts have been made to use amyloid fibers as new materials because of their notable mechanical properties and self-aggregation abilities. In this study, the mechanical properties of transthyretin (TTR105-115), which induces cardiovascular disease, were evaluated using a molecular dynamics (MD) simulation. In particular, the effect of the end-terminal capping on the structural stability of TTR105-115 was evaluated. The mechanical behavior and properties of TTR105-115 were measured by steered molecular dynamics (SMD). We clarified the factors affecting the mechanical properties of these materials and suggested the possibility of utilizing them as nature inspired materials.
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