Actin filament is a major cytoskeleton in synapses and highly enriched in the presynaptic and postsynaptic compartments. Their roles in synaptic vesicle recycling and synaptogenesis have been extensively studied but functional evidence whether actin filaments are involved in these processes is as yet lacking. Dysfunction in synaptic vesicle recycling causes various diseases such as Alzheimer's disease, Schizophrenia, Bipolar disease, depression etc.
Alzheimer's disease(AD) is the most common neurodegenerative disorder and constitutes about two thirds of dementia. Despite a lot of effort to find drugs for AD worldwide, an efficient medicine that can cure AD has not come yet, which is due to the complicated pathogenic pathways and progressively degenerative properties of AD. In its early clinical phase, it is important to find the subtle alterations in synapses responsible for memory because symptoms of AD patients characteristically start with pure impairment of memory. Attempts to find the target synaptic proteins and their pathogenic pathways will be the most powerful alternative strategy for developing AD medicine. Here we review recent progress in deciphering the role of target synaptic proteins related to AD in hippocampal glutamatergic synapses.
Leukocyte common antigen-related protein tyrosine phosphatases (LAR-RPTPs) are cellular receptors of heparan sulfate (HS) and chondroitin sulfate (CS) proteoglycans that regulate neurite outgrowth and neuronal regeneration. LAR-RPTPs have also received particular attention as the major presynaptic hubs for synapse organization through selective binding to numerous postsynaptic adhesion partners. Recent structural studies on LAR-RPTP-mediated trans-synaptic adhesion complexes have provided significant insight into the molecular basis of their specific interactions, the key codes for their selective binding, as well as the higher-order clustering of LAR-RPTPs necessary for synaptogenic activity. In this review, we summarize the structures of LAR-RPTPs in complex with various postsynaptic adhesion partners and discuss the molecular mechanisms underlying LAR-RPTP-mediated synaptogenesis.
The loss of neurons and synaptic contacts following cerebral ischemia may lead to a synaptic plastic modification, which may contribute to the functional recovery after a brain lesion. Using synapsin I and GAP-43 as markers, we investigated the neuronal cell death and the synaptic plastic modification in the rat hippocampus of a middle cerebral artery occlusion (MCAO) model. Cresyl violet staining revealed that neuronal cell damage occurred after 2 h of MCAO, which progressed during reperfusion for 2 weeks. The immunoreactivity of synapsin I and GAP-43 was increased in the stratum lucidum in the CA3 subfield as well as in the inner and outer molecular layers of dentate gyrus in the hippocampus at reperfusion for 2 weeks. The immunoreactivity of phosphosynapsin was increased in the stratum lucidum in the CA3 subfield during reperfusion for 1 week. Our data suggest that the increase in the synapsin I and GAP-43 immunoreactivity probably mediates either the functional adaptation of the neurons through reactive synaptogenesis from the pre-existing presynaptic nerve terminals or the structural remodeling of their axonal connections in the areas with ischemic loss of target cells. Furthermore, phosphosynapsin may play some role in the synaptic plastic adaptations before or during reactive synaptogenesis after the MCAO.
Han, Jae Yoon;Joo, Yeon;Kim, Yoon Sook;Lee, Young Ki;Kim, Hyun Joon;Cho, Gyeong Jae;Choi, Wan Sung;Kang, Sang Soo
Molecules and Cells
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제20권2호
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pp.189-195
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2005
Ethanol has long been implicated in triggering apoptotic neurodegeneration. We examined the effects of ethanol on the rat brain during synaptogenesis when a spurt in brain growth occurs. This period corresponds to the first 2 postnatal weeks in rats and is very sensitive to ethanol exposure. Ethanol was administered subcutaneously to 7-day- postnatal rat pups by a dosing regimen of 3 g/kg at 0 h and again at 2 h. Blood ethanol levels peaked ($677{\pm}16.4mg/dl$) at 4 h after the first ethanol administration. The cerebral cortexes of the ethanol-treated group showed several typical symptoms of apoptosis such as chromosome condensation and disintegration of cell bodies. Activated caspase-3 positive cells were found in the cortex within 2 h of the first injection, and reached a peak at 12 h. In addition, TUNEL staining revealed DNA fragmentation in the same regions. These results demonstrate that acute ethanol administration causes neuronal cell death via a caspase-3-dependent pathway within 24 h, suggesting that activation of caspase-3 is a marker of the developmental neurotoxicity of ethanol.
Synaptic adhesion molecules mediate synapse formation, maturation and maintenance. These proteins are localized at synaptic sites in neuronal axons and dendrites. These proteins function as a bridge of synaptic cleft via interaction with another synaptic adhesion molecules in the opposite side. They can interact with scaffold proteins via intracellular domain and recruit many synaptic proteins, signaling proteins and synaptic vesicles. Scaffold proteins function as a platform in dendritic spines or axonal terminals. Recently, many genetic studies have revealed that synaptic adhesion molecules and scaffold proteins are important in neurodevelopmental disorders, psychotic disorders, mood disorders and anxiety disorders. In this review, fundamental mechanisms of synapse formation and maturation related with synaptic adhesion molecules and scaffold proteins are introduced and their psychiatric implications addressed.
These studies were performed to observe the morphological changes of synapses in the visual cortex of rat during early postnatal development. Specimens of the visual cortex were taken from rats (Sprague Dawley) at 1, 3, 7, 14 and 21 days of age, and prepared for silver impregnation and electron microscopy. The number of synapse and the length of postsynaptic thickening were increased progressively with age, especially 14 and 21 days. The number of dendritic spine was increased conspicuously on postnatal days 14-21. And asymmetic, curved and axo-spinous synapses were increased markedly at the same ages. The present findings suggest that spurt of synaptogenesis in the rat visual cortex occurs during early postnatal development, especially in second to 3rd week period and asymmetric and/or curved axo-spinous synapse is a matured form of synapse with advanced age.
글루코코르티코이드는 해마 조직에서 대사, 스냅신 형성, apoptosis, 신경세포 생성과 세포에 있어서 수지상의 형태에 영향을 준다. 글루코코르티코이드 호르몬에 의한 해마조직의 생리학적 조절을 이해하기 위하여, CA3와 DG (dentate gyrus)에서 유전자 발현에 대하여 조사하였다. Lewis 쥐에 9.5mg의 코르티코스테론 알약 또는 플라시보 알약을 20일 동안 처리한 후에 올리고머 유전자 칩을 이용하여 유전자 발현을 조사 하였다 (Rat Neurobiology U34 Arrays, Affymetrix). 플라시보 알약을 처리한 쥐에서 32 유전자들이 DG보다 CA3에서 발현이 높았으며, 3개 유전자는 CA3보다 DG에서 높은 발현을 보였다. 코르티코스테론 호르몬 처리에 의한 해마조직의 유전자 발현 형태는 해부학적 구조의 차이를 보였다. 특히, CA3에서 6개의 유전자와 DG에서 41 개의 유전자가 호르몬에 의하여 조절 받았으며, 이중 43개의 유전자가 상승 발현하였으며, 4개의 유전자가 하강 발현 하였다. 이들 유전자를 기능에 의해 분류하면, 13개의 신경전달물질관련 유전자, 5개의 이온채널,4개의 전사인자, 3개의 neurotrophic인자, 1개의 각 사이토카인과 apoptosis관련 유전자, 그리고 5개의 스냅신형성관련 유전자가 해마조직에서 발현의 변화를 보였다. 특히, 스트레스 호르몬에 의하여 CA3에서 BDNF의 감소를 볼 수 있었다. 이러한 결과는 호르몬에 의하여 해마구조의 생리학적인 다양성을 내포 하고 있다.
Purpose: The purpose of this study was to investigate the effects of taro extract on brain resilience in in vitro Parkinson's disease model induced by 6-hydroxydopamine (6-OHDA). Methods: To induce a neuroinflammatory reaction and the in vitro Parkinson's disease model, SH-SY5Y cells were stimulated with lipopolysaccharide (LPS) and 6-OHDA, respectively. After that, cells were treated with at various concentrations (1, 5, and 10 mg/mL) of taro extract. Then nitric oxide (NO) production, inducible nitric oxide synthase (iNOS), interleukin (IL)-6, synaptophysin (SYP) and growth associated protein (GAP)-43 messenger ribonucleic acid (mRNA) expression level were measured. Results: Taro extract significantly suppressed LPS-induced NO production. Meanwhile, iNOS and IL-6 mRNA expression decreased in a dose-dependent manner. In addition, taro increased the mRNA expression of SYP and GAP-43 mRNA. Conclusion: These findings indicate that taro played an important role in brain resilience by inhibiting neuronal cell death and promoting neurite outgrowth, synaptogenesis, and neural plasticity. The results of this study suggest that taro may contribute to the prevention of neurodegenerative disease and become a new and safe therapeutic strategy for Parkinson's disease.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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