Objectives: Anti-oxidants are known to prevent neuronal diseases with pathological and physiological changes such as the brain atrophy and cognitive impairment. This study was designed to investigate the protective effects of Korean ginseng on the oxidative stress induced pathologic changes, and develop new animal model for the brain atrophy. Korean ginseng has anti-oxidant, anti-aging, and protective effects on the brain ischemia. Methods : The intracerebroventricular (ICV) hydrogen peroxide ($H_2O_2$) injection into mice was conducted to generate oxidative stress. Results : The ICV $H_2O_2$ (1 M, $5\;{\mu}l$ injection did not induce either convulsion or death in the acute phase. At the end of second week, cognitive impairment and pathologic change of the brain were observed. The massive brain atrophy was found in the $H_2O_2-injected$ mice, especially in the hippocampus and thalamus. Treatment with Korean ginseng showed a protective effect against the brain atrophy. The $H_2O_2$ injected mice revealed cognitive impairment in the passive avoidance test, and Korean ginseng alleviated cognitive impairment. Conclusion : The results indicate that Korean ginseng has a protective effect on the oxidative stress-induced neuronal damages.
The molecular mechanism underlying autophagy impairment in the retinal pigment epithelium (RPE) in dry age-related macular degeneration (AMD) is not yet clear. Based on the causative role of poly(ADP-ribose) polymerase 1 (PARP1) in RPE necrosis, this study examined whether PARP1 is involved in the autophagy impairment observed during dry AMD pathogenesis. We found that autophagy was downregulated following H2O2-induced PARP1 activation in ARPE-19 cells and olaparib, PARP1 inhibitor, preserved the autophagy process upon H2O2 exposure in ARPE-19 cells. These findings imply that PARP1 participates in the autophagy impairment upon oxidative stress in ARPE-19 cells. Furthermore, PARP1 inhibited autolysosome formation but did not affect autophagosome formation in H2O2-exposed ARPE-19 cells, demonstrating that PARP1 is responsible for impairment of late-stage autophagy in particular. Because PARP1 consumes NAD+ while exerting its catalytic activity, we investigated whether PARP1 impedes autophagy mediated by sirtuin1 (SIRT1), which uses NAD+ as its cofactor. A NAD+ precursor restored autophagy and protected mitochondria in ARPE-19 cells by preserving SIRT1 activity upon H2O2. Moreover, olaparib failed to restore autophagy in SIRT1-depleted ARPE-19 cells, indicating that PARP1 inhibits autophagy through SIRT1 inhibition. Next, we further examined whether PARP1-induced autophagy impairment occurs in the retinas of dry AMD model mice. Histological analyses revealed that olaparib treatment protected mouse retinas against sodium iodate (SI) insult, but not in retinas cotreated with SI and wortmannin, an autophagy inhibitor. Collectively, our data demonstrate that PARP1-dependent inhibition of SIRT1 activity impedes autophagic survival of RPE cells, leading to retinal degeneration during dry AMD pathogenesis.
The present study was undertaken to explore the potential of erythropoietin in memory deficits of mice. Memory impairment was produced by scopolamine (0.5 mg/kg, $i.p.$) and intracerebroventricular streptozotocin (i.c.v STZ, 3 mg/kg, $10{\mu}l$, $1^{st}$ and $3^{rd}$ day) in separate groups of animals. Morris water-maze test was employed to assess learning and memory. The levels of brain thio-barbituric acid reactive species (TBARS) and reduced glutathione (GSH) were estimated to assess degree of oxidative stress. Brain acetylcholinesterase enzyme (AChE) activity was also measured. Scopolamine/streptozotocin administration induced significant impairment of learning and memory in mice as indicated by marked decrease in Morris water-maze performance. Scopolamine/streptozotocin administration also produced a significant enhancement of brain AChE activity and brain oxidative stress (an increase in TBARS and a decrease in GSH) levels. Treatment of erythropoietin (500 and 1,000 IU/Kg i.p.) significantly reversed scopolamine- as well as streptozotocin-induced learning and memory deficits along with attenuation of those-induced rise in brain AChE activity and brain oxidative stress levels. It may be concluded that erythropoietin exerts a beneficial effect in memory deficits of mice possibly through its multiple actions including potential anti-oxidative effect.
Kwon, Yu Ri;Kim, Ji-Hyun;Lee, Sanghyun;Kim, Hyun Young;Cho, Eun Ju
Nutrition Research and Practice
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제16권2호
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pp.173-193
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2022
BACKGROUND/OBJECTIVES: Alzheimer's disease (AD) is one of the most representative neurodegenerative disease mainly caused by the excessive production of amyloid beta (Aβ). Several studies on the antioxidant activity and protective effects of Populus tomentiglandulosa (PT) against cerebral ischemia-induced neuronal damage have been reported. Based on this background, the present study investigated the protective effects of PT against cognitive impairment in AD. MATERIALS/METHODS: We orally administered PT (50 and 100 mg/kg/day) for 14 days in an Aβ25-35-induced mouse model and conducted behavioral experiments to test cognitive ability. In addition, we evaluated the levels of aspartate aminotransferase (AST) and alanine aminotransferase (ALT) in serum and measured the production of lipid peroxide, nitric oxide (NO), and reactive oxygen species (ROS) in tissues. RESULTS: PT treatment improved the space perceptive ability in the T-maze test, object cognitive ability in the novel object recognition test, and spatial learning/long-term memory in the Morris water-maze test. Moreover, the levels of AST and ALT were not significantly different among the groups, indicating that PT did not show liver toxicity. Furthermore, administration of PT significantly inhibited the production of lipid peroxide, NO, and ROS in the brain, liver, and kidney, suggesting that PT protected against oxidative stress. CONCLUSIONS: Our study demonstrated that administration of PT improved Aβ25-35-induced cognitive impairment by regulating oxidative stress. Therefore, we propose that PT could be used as a natural agent for AD improvement.
Autophagy dysfunction is associated with human diseases and conditions including neurodegenerative diseases, metabolic issues, and chronic infections. Additionally, the decline in autophagic activity contributes to tissue and organ dysfunction and aging-related diseases. Several factors, such as down-regulation of autophagy components and activators, oxidative damage, microinflammation, and impaired autophagy flux, are linked to autophagy decline. An autophagy flux impairment (AFI) has been implicated in neurological disorders and in certain other pathological conditions. Here, to enhance our understanding of AFI, we conducted a comprehensive literature review of findings derived from two well-studied cellular stress models: glucose deprivation and replicative senescence. Glucose deprivation is a condition in which cells heavily rely on oxidative phosphorylation for ATP generation. Autophagy is activated, but its flux is hindered at the autolysis step, primarily due to an impairment of lysosomal acidity. Cells undergoing replicative senescence also experience AFI, which is also known to be caused by lysosomal acidity failure. Both glucose deprivation and replicative senescence elevate levels of reactive oxygen species (ROS), affecting lysosomal acidification. Mitochondrial alterations play a crucial role in elevating ROS generation and reducing lysosomal acidity, highlighting their association with autophagy dysfunction and disease conditions. This paper delves into the underlying molecular and cellular pathways of AFI in glucose-deprived cells, providing insights into potential strategies for managing AFI that is driven by lysosomal acidity failure. Furthermore, the investigation on the roles of mitochondrial dysfunction sheds light on the potential effectiveness of modulating mitochondrial function to overcome AFI, offering new possibilities for therapeutic interventions.
Yongun Park;Yunn Me Me Paing;Namki Cho;Changyoun Kim;Jiho Yoo;Ji Woong Choi;Sung Hoon Lee
Biomolecules & Therapeutics
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제32권3호
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pp.309-318
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2024
Compared to other organs, the brain has limited antioxidant defenses. In particular, the hippocampus is the central region for learning and memory and is highly susceptible to oxidative stress. Glial cells are the most abundant cells in the brain, and sustained glial cell activation is critical to the neuroinflammation that aggravates neuropathology and neurotoxicity. Therefore, regulating glial cell activation is a promising neurotherapeutic treatment. Quinic acid (QA) and its derivatives possess anti-oxidant and anti-inflammatory properties. Although previous studies have evidenced QA's benefit on the brain, in vivo and in vitro analyses of its anti-oxidant and anti-inflammatory properties in glial cells have yet to be established. This study investigated QA's rescue effect in lipopolysaccharide (LPS)-induced behavior impairment. Orally administering QA restored social impairment and LPS-induced spatial and fear memory. In addition, QA inhibited proinflammatory mediator, oxidative stress marker, and mitogen-activated protein kinase (MAPK) activation in the LPS-injected hippocampus. QA inhibited nitrite release and extracellular signal-regulated kinase (ERK) phosphorylation in LPS-stimulated astrocytes. Collectively, QA restored impaired neuroinflammation-induced behavior by regulating proinflammatory mediator and ERK activation in astrocytes, demonstrating its potential as a therapeutic agent for neuroinflammation-induced brain disease treatments.
Caloric restriction (CR) has been associated with health benefits and these effects have been attributed, in part, to modulation of oxidative status by CR; however, data are still controversial. Here, we investigate the effects of seventeen weeks of chronic CR on parameters of oxidative damage/modification of proteins and on antioxidant enzyme activities in cardiac and kidney tissues. Our results demonstrate that CR induced an increase in protein carbonylation in the heart without changing the content of sulfhydryl groups or the activities of superoxide dismutase and catalase (CAT). Moreover, CR caused an increase in CAT activity in kidney, without changing other parameters. Protein carbonylation has been associated with oxidative damage and functional impairment; however, we cannot exclude the possibility that, under our conditions, this alteration indicates a different functional meaning in the heart tissue. In addition, we reinforce the idea that CR can increase CAT activity in the kidney. Moreover, CR caused an increase in CAT activity in kidney, without changing other parameters. Protein carbonylation has been associated with oxidative damage and functional impairment; however, we cannot exclude the possibility that, under our conditions, this alteration indicates a different functional meaning in the heart tissue. In addition, we reinforce the idea that CR can increase CAT activity in the kidney.
Hemmati, Ali Asghar;Alboghobeish, Soheila;Ahangarpour, Akram
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제22권3호
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pp.257-267
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2018
The present study aimed to evaluate the cinnamic acid effect on memory impairment, oxidative stress, and cholinergic dysfunction in streptozotocin (STZ)-induced diabetic model in mice. In this experimental study, 48 male Naval Medical Research Institute (NMRI) mice (30-35 g) were chosen and were randomly divided into six groups: control, cinnamic acid (20 mg/kg day, i.p.), diabetic, and cinnamic acid-treated diabetic (10, 20 and 40 mg/kg day, i.p.). Memory was impaired by administering an intraperitoneal STZ injection of 50 mg/kg. Cinnamic acid was injected for 40 days starting from the 21st day after confirming STZ-induced dementia to observe its therapeutic effect. Memory function was assessed using cross-arm maze, morris water maze and passive avoidance test. After the administration, biochemical parameters of oxidative stress and cholinergic function were estimated in the brain. Present data indicated that inducing STZ caused significant memory impairment, whereas administration of cinnamic acid caused significant and dose-dependent memory improvement. Assessment of brain homogenates indicated cholinergic dysfunction, increase in lipid peroxidation and reactive oxygen species (ROS) levels, and decrease in glutathione (GSH), superoxide dismutase (SOD), and catalase (CAT) activities in the diabetic group compared to the control animals, whereas cinnamic acid administration ameliorated these indices in the diabetic mice. The present study demonstrated that cinnamic acid improves memory by reducing the oxidative stress and cholinergic dysfunction in the brain of diabetic mice.
The present study was undertaken to investigate the protective role of taurine (2-aminoethanesulfonic acid) against cadmium (Cd) induced oxidative stress in murine erythrocytes. Cadmium chloride ($CdCl_2$) was chosen as the source of Cd. Experimental animals were treated with either $CdCl_2$ alone or taurine, followed by Cd exposure. Cd intoxication reduced hemoglobin content and the intracellular Ferric Reducing/Antioxidant Power of erythrocytes, along with the activities of antioxidant enzymes, glutathione content, and total thiols. Conversely, intracellular Cd content, lipid peroxidation, protein carbonylation, and glutathione disulphides were significantly enhanced in these cells. Treatment with taurine before Cd intoxication prevented the toxin-induced oxidative impairments in the erythrocytes of the experimental animals. Overall, the results suggest that Cd could cause oxidative damage in murine erythrocytes and that taurine may play a protective role in reducing the toxic effects of this particular metal.
The impact of mobile phone (MP) radiation on the brain is of specific interest to the scientific community and warrants investigations, as MP is held close to the head. Studies on humans and rodents revealed hazards MP radiation associated such as brain tumors, impairment in cognition, hearing etc. Melatonin (MT) is an important modulator of CNS functioning and is a neural antioxidant hormone. Zebrafish has emerged as a popular model organism for CNS studies. Herein, we evaluated the impact of GSM900MP (GSM900MP) radiation exposure daily for 1 hr for 14 days with the SAR of 1.34W/Kg on neurobehavioral and oxidative stress parameters in zebrafish. Our study revealed that, GSM900MP radiation exposure, significantly decreased time spent near social stimulus zone and increased total distance travelled, in social interaction test. In the novel tank dive test, the GSM900MP radiation exposure elicited anxiety as revealed by significantly increased time spent in bottom half; freezing bouts and duration and decreased distance travelled, average velocity, and number of entries to upper half of the tank. Exposed zebrafish spent less time in the novel arm of the Y-Maze, corroborating significant impairment in learning as compared to the control group. Exposure decreased superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) activities whereas, increased levels of reduced glutathione (GSH) and lipid peroxidation (LPO) was encountered showing compromised antioxidant defense. Treatment with MT significantly reversed the above neurobehavioral and oxidative derangements induced by GSM900MP radiation exposure. This study traced GSM900MP radiation exposure induced neurobehavioral aberrations and alterations in brain oxidative status. Furthermore, MT proved to be a promising therapeutic candidate in ameliorating such outcomes in zebrafish.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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