Kim, Jung-Hee;Lee, Tae-Young;Yoo, Kyung-Hyun;Lee, Hyo-Soo;Cho, Sun-A;Park, Jong-Hoon
BMB Reports
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제41권2호
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pp.146-152
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2008
In the presence of NGF, PC12 cells extend neuronal processes, cease cell division, become electrically excitable, and undergo several biochemical changes that are detectable in developing sympathetic neurons. We investigated the expression pattern of the apoptosis-related genes at each stage of neuronal differentiation using a cDNA microarray containing 320 apoptosis-related rat genes. By comparing the expression patterns through time-series analysis, we identified candidate genes that appear to regulate neuronal differentiation. Among the candidate genes, HO2 was selected by real-time PCR and Western blot analysis. To identify the roles of selected genes in the stages of neuronal differentiation, transfection of HO2 siRNA in PC12 cells was performed. Down-regulation of HO2 expression causes a reduction in neuronal differentiation in PC12 cells. Our results suggest that the HO2 gene could be related to the regulation of neuronal differentiation levels.
Neuronal ischemia is a pathological process caused by a lack of oxygen (anoxia) and glucose (hypoglycemia), resulting in neuronal death. It is believed that apoptosis is one of the mechanisms involved in ischemic cell death. Neuronal apoptosis is a process characterized by nuclear DNA fragmentation, changes of plasma membrane organization. To elucidate the mechanism of neuronal death following ischemic insult and to develop neuroprotective effects of Daebowonjeon(DBWJ) against ischemic damage, in vitro models are used. In vitro models of cell death have been devloped with pheochromocytoma (PC12) cell, which have become widely used as neuronal models of oxidative stress, trophic factor, serum deprivation and chemical hypoxia. Using a special ischemic device and PC12 cultures, we investigated an in vitro model of ischemia based on combined Oxygen and Glucose Deprivation (OGD) insult, followed by reoxygenation, mimicking the pathological conditions of ischemia. In this study, Daebowonjeon rescued PC12 cells from Oxygen-Glucose Deprivation (OGD)-induced cell death in a dose-dependent manner The nuclear staining of PC12 cells clearly showed that DBWJ attenuated nuclear condensation and fragmentation which represent typical neuronal apoptotic characteristics. DBWJ also prevents the LDH release and induction of Hypoxia Inducing Factor (HIF)-1 by OGD-exposed PC12 cells. Furthermore, DBWJ reduced the activation of polyADP-ribose polymerase (PARP) by OGO-exposed PC12 cells. These results suggest that apoptosis is an important characteristic of OGD-induced neuronal death and that oriental medicine, such as DBWJ, may prevent PC12 cell from OG D-induced neuronal death by inhibiting the apoptotic process.
Berberine, an isoquinoline alkaloid found in Coptidis Rhizoma(goldenthread) extract, has multiple pharmacological effects such as anti-inflammatory, antimicrobial and anti-ischemic effects. In the present study, we examined the effects of berberine on neuronal survival and differentiation in a hippocampal precursor cell line and in the memory deficient rat model. Berberine increased in a dose dependent manner the survival of hippocampal precursor cells as well as differentiated cells. In addition, berberine promoted neuronal differentiation of hippocampal precursor cells. In the memory deficient rat model induced by stereotaxic injection of ibotenic acid into entorhinal cortex(Ibo model), hippocampal cells were increased about 2.7 fold in the pyramidal layer of CA1 region and about 2 fold in the dentate gyrus by administration of berberine after 2 weeks of ibotenic acid injection. Furthermore, neuronal cells immunoreactive to calbindin were increased in the hippocampus and entorhinal cortex area by administration of berberine. Taken together, these results suggest that berberine has neuroprotective effect in the Ibo model rat brain by promoting the neuronal survival and differentiation.
Microglial cells function as major immune cells in the brain, playing an important role in the protection and damage of neurons. BV2 microglia, activated by drug stimulation, secrete inflammatory cytokines by activating the nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of the activated B cells pathway and are involved in neuroinflammatory and immune responses. The overactivation of microglia by stimuli can cause neuronal damage, leading to brain disease. Noni, a natural product, reduces the activity of microglia to prevent neuronal damage and is a potential natural medicine because it exerts excellent regeneration and anti-inflammatory effects on damaged cells. In this study, when noni was used to treat BV2 cells stimulated by the anti-cancer drug doxorubicin, it reduced the release of pro-inflammatory cytokines from BV2. On the other hand, neuronal damage is a side effect of doxorubicin. Therefore, the cytokines released from doxorubicin-stimulated BV2 cells treated with noni had a positive effect on the neuronal viability compared to those released from doxorubicin-stimulated BV2 cells not treated with Noni. Thus, Noni increases neuronal viability. These results suggest that noni inhibits the release of cytokines by regulating the nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of the activated B cells pathway of BV2, thereby inhibiting neuronal damage.
Cells assemble stress granules (SGs) to protect their RNAs from exposure to harmful chemical reactions induced by environmental stress. These SGs release RNAs, which resume translation once the stress is relieved. During stem cell differentiation, gene expression is altered to allow cells to adopt various functional and morphological features necessary to differentiate. This process induces stress within a cell, and cells that cannot overcome this stress die. Here, we investigated the role of SGs in the progression of stem cell differentiation. SGs aggregated during the neuronal differentiation of human bone marrow-mesenchymal stem cells, and not in cell lines that could not undergo differentiation. SGs were observed between one and three hours post-induction; RNA translation was restrained at the same time. Immediately after disassembly of SGs, the expression of the neuronal marker neurofilament-M (NF-M) gradually increased. Assembled SGs that persisted in cells were exposed to salubrinal, which inhibited the dephosphorylation of eukaryotic translation initiation factor 2 subunit 1 (eIF2α), and in eIF2α/S51D mutant cells. When eIF2α/S51A mutant cells differentiated, SGs were not assembled. In all experiments, the disruption of SGs was accompanied by delayed NF-M expression and the number of neuronally differentiated cells was decreased. Decreased differentiation was accompanied by decreased cell viability, indicating the necessity of SGs for preventing cell death during neuronal differentiation. Collectively, these results demonstrate the essential role of SGs during the neuronal differentiation of stem cells.
Bee venom (BV), which is extracted from honeybees, has been used in traditional Korean medical therapy. Glutamate-mediated excitotoxicity contributes to neuronal death in neurodegenerative diseases such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS) or Alzheimer's disease (AD). This study is to investigate the effect of BV on glutamate-induced neurotoxicity on NSC-34 motor neuron cells. To determine the viability of motor neuronal cells, we performed with MTT assays in glutamate-treated NSC-34 cell with BV or without. For the measurement of oxidative stress, DCF assay was used in glutamate-treated NSC-34 motor neuronal cells with BV or without. To investigate the molecular mechanism of BV against glutamate-mediated neurotoxicity in NSC-34 cells, western blot analysis was used. Glutamate significantly decreased cell viability by glutamate dose- or treatment time-dependent manner in NSC-34 cells. However, BV pre-treatment dramatically inhibited glutamate-induced neuronal cell death. Furthermore, we found that BV increased the expression of Bcl-2 protein that is anti-apoptotic protein and reduced the generation of oxidative stress. BV has a neuroprotective role against glutamate neurotoxicity by an increase of anti-apoptotic protein. It suggests that BV may be useful for the reduction of neuronal cell death in neuronal disease models.
The purpose of present study was to compare the effects of somatostatin (SOM) and morphine (Mor) on the responses of wide dynamic range (WDR) cells to peripheral noxious stimulation. Single neuronal activity was recorded with a carbon-filament electrode at the lumbosacral enlargement of cat spinal cord. After identifying WDR cells, their responses to peripheral noxious mechanical or thermal stimuli were characterized and the effects of SOM and Mor, applied either iontophoretically or intrathecally, were studied. In most cells SOM and Mor suppressed noxious stimulus-evoked WDR neuronal activity, though a few WDR neurons showed no change or were excited by SOM and Mor. Systemically applied naloxone, a non-specific opioid antagonist, always reversed the Mor induced suppression of neuronal activity evoked by noxious mechanical stimuli, but did not always reverse the suppression of neuronal activity elicited by SOM. The suppressive effect of Mor on thermal stimulus-evoked neuronal activity was partially reversed by naloxone, while that of SOM were not reversed at all. The above results suggest that both Mor and SOM exert an inhibitory effect on thermal and mechanical stimulus-evoked WDR neuronal activity in cat spinal dorsal horn, but the mechanisms are dependent upon the functional populations of dorsal horn nociceptive neurons.
This study was designed to investigate the effects of nitric oxide on the neuronal activity of rat cerebellar Purkinje cells. Sprague-Dawley rats aged 14 to 16 days were decapitated under ether anesthesia. After treatment with pronase and thermolysin, the dissociated Purkinje cells were transferred into a chamber on an inverted microscope. Spontaneous action potentials and potassium current were recorded by standard patch-clamp techniques under current and voltage-clamp modes respectively. 15 Purkinje cells revealed excitatory responses to $20\;{\mu}M$ of sodium nitroprusside (SNP) and 4 neurons (20%) did not respond to SNP. Whole potassium currents of Purkinje cells were decreased by SNP (n=10). Whole potassium currents of Purkinje cells were also decreased by L-arginine, substrate of nitric oxide (n=10). These experimental results suggest that nitric oxide increases the neuronal activity of Purkinje cells by altering the resting membrane potential and after hyperpolarization.
It has been reported that ganglioside GT1b is expressed during neuronal cell differentiation from undifferentiated mouse embryonic stem cells (mESCs), which suggests that ganglioside GT1b has a direct effect on neuronal cell differentiation. Therefore, this study was conducted to evaluate the effect of exogenous addition of ganglioside GT1b to an in vitro model of neuronal cell differentiation from undifferentiated mESCs. The results revealed that a significant increase in the expression of ganglioside GT1b occurred during neuronal differentiation of undifferentiated mESCs. Next, we evaluated the effect of retinoic acid (RA) on GT1b-treated undifferentiated mESCs, which was found to lead to increased neuronal differentiation. Taken together, the results of this study suggest that ganglioside GT1b plays a crucial role in neuronal differentiation of mESCs.
인간 중간엽 줄기세포(hMSCs)는 신경세포(neuron-like cells)를 포함한 다양한 세포로 분화할 수 있는 능력을 지닌 성체 줄기세포(adult stem cells)이다. 본 연구에서는 인간의 골수유래-중간엽 줄기세포(bone marrow-mesenchymal stem cells; hBM-MSCs)를 이용한 신경분화에서 신경세포 표지자(neuronal marker)인 NF-M, Tuj-1 뿐만 아니라 성상세포 표지자(glial marker)인 GFAP의 발현 역시 의미 있게 증가함을 real-time PCR, Western blot, and immunocytochemical staining법을 통하여 관찰하였다. 이를 개선하기 위하여, 신경분화에 중요한 신호전달자(signal intermediator)인 PDE4를 억제한 후 신경분화를 유도하였다. PDE4 억제자인 rolipram 혹은 resveratrol를 각각 처리하여 신경분화한 줄기세포(Roli- or RSV-dMSCs)에서 NF-M, Tuj-1의 발현이 증가하였고 반면, GFAP의 발현은 감소함을 real-time PCR, Western blot, and immunocytochemical staining법을 통하여 관찰하였다. 본 연구를 통하여, PDE4를 조절하며 줄기세포의 신경분화를 개선할 수 있음을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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