C. elegans has two functional peroxidasins (PXN), PXN-1 and PXN-2. PXN-2 is essential to consolidate the extracellular matrix during development and is suggested to interact with PXN-1 antagonistically. pxn-1 is involved in neuronal development and possibly maintenance; therefore, we investigated the relationship between pxn-1 and pxn-2 in neuronal development and in aging. During neuronal development, defects caused by pxn-1 overexpression were suppressed by overexpression of both pxn-1 and pxn-2. In neuronal aging process, pxn-1 mutants showed less age-related neuronal defects, such as neuronal outgrowth, neuronal wavy processes, and enhanced short-term memory performance. In addition, pxn-2 overexpressing animals retained an intact neuronal morphology when compared with age-matched controls. Consistent with these results, overexpression of both pxn-1 and pxn-2 restored the severe neuronal defects present with pxn-1 overexpression. These results implied that there is a negative relationship between pxn-1 and pxn-2 via pxn-1 regulating pxn-2. Therefore, pxn-1 may function in neuronal development and age-related neuronal maintenance through pxn-2.
PTPRT/RPTPρ is the most recently isolated member of the type IIB receptor-type protein tyrosine phosphatase family and its expression is restricted to the nervous system. PTPRT plays a critical role in regulation of synaptic formation and neuronal development. When PTPRT was overexpressed in hippocampal neurons, synaptic formation and dendritic arborization were induced. On the other hand, knockdown of PTPRT decreased neuronal transmission and attenuated neuronal development. PTPRT strengthened neuronal synapses by forming homophilic trans dimers with each other and heterophilic cis complexes with neuronal adhesion molecules. Fyn tyrosine kinase regulated PTPRT activity through phosphorylation of tyrosine 912 within the membrane-proximal catalytic domain of PTPRT. Phosphorylation induced homophilic cis dimerization of PTPRT and resulted in the inhibition of phosphatase activity. BCR-Rac1 GAP and Syntaxin-binding protein were found as new endogenous substrates of PTPRT in rat brain. PTPRT induced polymerization of actin cytoskeleton that determined the morphologies of dendrites and spines by inhibiting BCR-Rac1 GAP activity. Additionally, PTPRT appeared to regulate neurotransmitter release through reinforcement of interactions between Syntaxin-binding protein and Syntaxin, a SNARE protein. In conclusion, PTPRT regulates synaptic function and neuronal development through interactions with neuronal adhesion molecules and the dephosphorylation of synaptic molecules. [BMB Reports 2015; 48(5): 249-255]
Kim, Han Rae;Kim, Dong Hee;An, Ji Young;Kang, Dasol;Park, Jeong Woo;Hwang, Eun Mi;Seo, Eun Jin;Jang, Il Ho;Ha, Chang Man;Lee, Byung Ju
Molecules and Cells
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제43권6호
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pp.581-589
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2020
Neurons have multiple dendrites and single axon. This neuronal polarity is gradually established during early processes of neuronal differentiation: generation of multiple neurites (stages 1-2); differentiation (stage 3) and maturation (stages 4-5) of an axon and dendrites. In this study, we demonstrated that the neuron-specific n-glycosylated protein NELL2 is important for neuronal polarization and axon growth using cultured rat embryonic hippocampal neurons. Endogenous NELL2 expression was gradually increased in parallel with the progression of developmental stages of hippocampal neurons, and overexpression of NELL2 stimulated neuronal polarization and axon growth. In line with these results, knockdown of NELL2 expression resulted in deterioration of neuronal development, including inhibition of neuronal development progression, decreased axon growth and increased axon branching. Inhibitor against extracellular signal-regulated kinase (ERK) dramatically inhibited NELL2-induced progression of neuronal development and axon growth. These results suggest that NELL2 is an important regulator for the morphological development for neuronal polarization and axon growth.
Mitochondria are ubiquitous and multi-functional organelles involved in diverse metabolic processes, namely energy production and biomolecule synthesis. The intracellular mitochondrial morphology and distribution change dynamically, which reflect the metabolic state of a given cell type. A dramatic change of the mitochondrial dynamics has been observed in early development that led to further investigations on the relationship between mitochondria and the process of development. A significant developmental process to focus on, in this review, is a differentiation of neural progenitor cells into neurons. Information on how mitochondria-regulated cellular energetics is linked to neuronal development will be discussed, followed by functions of mitochondria and associated diseases in neuronal development. Lastly, the potential use of mitochondrial features in analyzing various neurodevelopmental diseases will be addressed.
Injury to brain transforms resting astrocytes to their reactive form, the hallmark of which is an increase in glial fibrillary acidic protein (GFAP), the major intermediate filament protein of their cell type. The overall glial response after brain injury is referred to as reactive gliosis. Glial-neuronal interaction is important for neuronal migration, neurite outgrowth and axonal guidance during ontogenic development. Although much attention has been given to glial regulation of neuronal development and regeneration, evidences also suggest a neuronal influence on glial cell differentiation, maturation and function. The aim of the present study was to analyze the effects of glial-hippocampal neuronal co-culture on GFAP expression in the co-cultured astrocytes. The following antibodies were used for double immunostaining chemistry; mouse monoclonal antibodies for confirm neuronal cells, rabbit anti GFAP antibodies for confirm astrocytes. Primary cultured astrocytes showed the typical flat polygonal morphology in culture and expressed strong GFAP and vimentin. Co-cultured hippocampal neurons on astrocytes had phase bright cell body and well branched neurites. About half of co-cultured astrocytes expressed negative or weak GFAP and vimentin. After 2 hour glutamate (0.5 mM) exposure of glial-neuronal co-culture, neuronal cells lost their neurites and most of astrocytes expressed strong CFAE and vimentin. In Western blot analysis, total GFAP and vimentin contents in co-cultured astrocytes were lower than those of primary cultured astrocytes. After glutamate exposure of glial-neuronal co-culture, GFAP and vimentin contents in astrocytes were increased to the level of primary cultured astrocytes. These results suggest that neuronal cell decrease GFAP expression in co-cultured astrocytes and hippocampal neuronal-glial co-culture can be used as a reactive gliosis model in vitro for studying GFAP expression of astrocytes.
Accumulating evidence indicates many brain functions are mediated by epigenetic regulation of neural genes, and their dysregulations result in neuronal disorders. Experiences such as learning and recall, as well as physical exercise, induce neuronal activation through epigenetic modifications and by changing the noncoding RNA profiles. Animal models, brain samples from patients, and the development of diverse analytical methods have broadened our understanding of epigenetic regulation in the brain. Diverse and specific epigenetic changes are suggested to correlate with neuronal development, learning and memory, aging and age-related neuronal diseases. Although the results show some discrepancies, a careful comparison of the data (including methods, regions and conditions examined) would clarify the problems confronted in understanding epigenetic regulation in the brain.
The amphetamine derivative 3,4-methylenedioxymethamphetamine (MDMA) is a potent monoaminergic neurotoxin with the potential to cause serotonergic neurotoxicity, but has become a popular recreational drug. Little has been known about the cellular effects induced by MDMA. This report shows that MDMA inhibits neuronal cell growth and differentiation. MDMA suppressed neuronal cell growth. The results of quantitative real-time PCR analysis showed that Egr-1 expression is elevated in mouse embryo and neuroblastoma cells after MDMA treatment. Transiently transfected Egr-1 interfered with the neuronal differentiation of neuroblastoma cells such as SH-SY5Y and PC12 cells. These findings provide evidence that the abuse of MDMA during pregnancy may impair neuronal development via an induction of Egr-1 over-expression.
The neuronal cytoskeleton is essential for establishment of neuronal polarity, but mechanisms controlling generation of polarity in the cytoskeleton are poorly understood. The nonreceptor tyrosine kinase, Fer, has been shown to bind to microtubules and to interact with several actin-regulatory proteins. Furthermore, Fer binds p120 catenin and has been shown to regulate cadherin function by modulating cadherin-${\beta}$-catenin interaction. Here we show involvement of Fer in neuronal polarization and neurite development. Fer is concentrated in growth cones together with cadherin, ${\beta}$-catenin, and cortactin in stage 2 hippocampal neurons. Inhibition of Fer-p120 catenin interaction with a cell-permeable inhibitory peptide (FerP) increases neurite branching. In addition, the peptide significantly delays conversion of one of several dendrites into an axon in early stage hippocampal neurons. FerP-treated growth cones also exhibit modified localization of the microtubule and actin cytoskeleton. Together, this indicates that the Fer-p120 interaction is required for normal neuronal polarization and neurite development.
Kim, Mun-Ki;Lee, Si-Joon;Vasudevan, Anju;Won, Chung-Kil
Korean Journal of Veterinary Research
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제59권4호
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pp.201-205
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2019
This study presents neurogenesis and neuronal migration patterns of gamma-aminobutyric acid-ergic (GABAergic) neurons during mesencephalic development of mouse. After neurons from embryonic day (E) 10-16 were labelled by a single injection of 5-bromo-2'-deoxyuridine (BrdU), immunohistochemistry was performed. Neurogenesis were mainly generated in the mesencephalic region at E10 to E13. After E14, BrdU positive cells were observed only in the dorsal mesencephalon. GABAergic neurons were mainly originated in the ventrolateral region of the mesencephalon at the early embryonic stage, especially at E11 to E13. E10-labeled cells showed positive for GABAergic neuron in the basal plate of the mesencephalon at E13. At E15, GABAergic neurons were observed in the entire basal plate and some regions of the ventral and dorsal mesencephalon. They were present in the whole basal plate, the ventral and dorsal mesencephalon of E17, spreading more outward of the mesencephalon at P0. Our study demonstrates that major neurogenesis of GABAergic neurons occurs at E11 to E13. However, neuronal migration continues until neonatal period during mesencephalic development.
Kim, Mun-ki;Lee, Si-Joon;Vasudevan, Anju;Won, Chungkil
Journal of Biomedical and Translational Research
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제19권4호
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pp.125-129
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2018
Dopaminergic neurons are one of the major neuronal components in the brain. Mesencephalon dopamine (DA) neurogenesis takes place in the ventricular zone of the floor plate, when DA progenitors divide to generate postmitotic cells. These cells migrate through the intermediate zone while they differentiate and become DA neurons on reaching the mantle zone. However, neurogenesis and neuronal migration on dopaminergic neurons remain largely unexplored in the mesencephalon development. This study presents neurogenesis and neuronal migration patterns of dopaminergic neurons during mesencephalic development of the mouse. Neurons from embryonic day (E) 10-14 were labelled by a single injection of 5-bromodeoxyuridine and immunohistochemistry was performed. The neurogenesis occurred mainly at the E10 and E11, which was uniformly distributed in the mesencephalic region, but neurons after E13 were observed only in the dorsal mesencephalon. At the postnatal day 0 (P0), E10 generated neurons were spread out uniformly in the whole mesencephalon whereas E11-originated neurons were clearly depleted in the red nucleus region. DA neurons mainly originated in the ventromedial mesencephalon at the early embryonic stage especially E10 to E11. DA neurons after E12 were only observed in the ventral mesencephalon. At E17, E10 labelled neurons were only observed in the substantia nigra (SN) region. Our study demonstrated that major neurogenesis occurred at E10 and E11. However, neuronal migration continued until neonatal period during mesencephalic development.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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