This study was performed to clarify the neurotoxic mechanism of nerve cells damage by brain ischemia. The cytotoxic effect of ischemia was determined by XTT assay, NR assay, superoxide dismutase(SOD) activity, amount of malondialdehyde(MDA), lactate dehydrogenase(LDH) activity, protein synthesis and tumor necrosis factor(TNF)-α activities after cerebral neurons derived from mouse were exposed to ischemia for 1∼30 minutes. In addition, the protective effect of extract of Daejo-whan(DJW) on ischemia-induced neurotoxicity was examined in these cultures. 1. Ischemia decreased cell number and viability by XTT assay or NR assay when cultured cerebral neurons were exposed to 95% N2/5% CO₂ for 1∼20 minutes in these cultures. 2. Ischemia decreased SOD and protein syntheses, but it increased amount of MDA and, LDH and TNF-α activities in these cultures. 3. In the neuroprotective effect of DJW extracts on cerebral neurons damaged by ischemia, DJW extracts increased SOD activity and protein synthesis. While, it decreased amount of MDA and, LDH and TNF-α activities after cerebral neurons preincubated with herb extracts. It suggests that brain ischemia has neurotoxicity on cultured mouse cerebral neurons, and the herb extract such as DJW was very effective in blocking the neurotoxicity induced by ischemia in cultured mouse cerebral neurons.
To elucidate the neuroprotective effect of Yeoldahanso-tang(YHT) on nerve cells damaged by hypoxia, the cytotoxic effects of exposure to hypoxia were determined by XTT(SODIUM3,3'-{I-[(PHENYLAMINO) CARBONYL]-3,4-TETRAZOLIUM}- BIS (4-METHOXY-6-NITRO) BENZENE SULFONIC ACID HYDRATE), NR(Neutral red), MTT(3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) and SRB(Sulforhodamin B) asssay. The activity of catalase and SOD(Superoxide dismutase) was measured by spectrophometry, and $TNF-{\alpha}$(Tumor cell necrosis $fector-{\alpha}$) and PKC(Protein kinase C) activity was measured after exposure to hypoxia and treatment of YHTWE. Also the neuroprotective effect of YHTWE was researched for the elucidatioion of neuroprotective mechanism. The results were as follows; 1. Hypoxia decreased cell viability measured by XTT, NR assay when cultured cerebral neurons were exposed to 95% N2/5% CO2 for $2{\sim}26$ minutes in these cultures and YHTWE inhibited the decrease of cell viability. 2. H2O2 treatment decreased cell viability measured by MTT, and SRB assay when cultured cerebral neurons were exposed to 1-80 ${\mu}M$ for 6 hours, but YHTWE inhibited the decrease of cell viability. 3. Hypoxia decreased catalase and SOD activity, and also $TNF-{\alpha}$ and PKC activity in these cultured cerebral neurons, but YHTWE inhibited the decrease of the catalase and SOD activity in these cultures. 4. Hypoxia triggered the apoptosis via caspase activation and internucleosomal DNA fragmentation. Also hypoxia stimulate the release of cytochrome c forom mitochondria. YHTWE inhibited the apoptosis via caspase activation induced by hypoxia. From these results, it can be suggested that brain ischemia model induced hypoxia showed neurotoxicity on cultured mouse cerebral neurons, and the YHTWE has the neuroprotective effect in blocking the neurotoxicity induced by hypoxia in cultured mouse cerebral neurons.
To elucidate the neuroprotective effect of Kamijihwang-hwan(KSH) on nerve cells damaged by hypoxia, the cytotoxic effects of exposure to hypoxia were determined by XTT, NR, MTT and SRB asssay. The activity of catalase and SOD was measured by spectrophometry, and TNF-α and PKC activity was measured after exposure to hypoxia and treatment of Kamijihwang-hwan(KSH) water extract(KJHWE). Also the neuroprotective effect of KJHWE was researched for the elucidation of neuroprotective mechanism. The results were as follows ; Hypoxia decreased cell viability measured by XTT, NR assay when cultured cerebral neurons were exposed to 95% N2/5% CO₂ for 2~26 minutes in these cultures and KJHWE inhibited the decrease of cell viability. H₂O₂ treatment decreased cell viability measured by MTT, and SRB assay when cultured cerebral neurons were exposed to 1-80 uM for 6 hours, but KJHWE inhibited the decrease of cell viability. Hypoxia decreased catalase and SOD activity, and also TNF-α and PKC activity in these cultured cerebral neurons, but KJHWE inhibited the decrease of the catalase and SOD activity in these cultures. Hypoxia triggered the apoptosis via caspase activation and internucleosomal DNA fragmentation. Also hypoxia stimulate the release of cytochrome c form mitochondria. KJHWE inhibited the apoptosis via caspase activation induced by hypoxia. From these results, it can be suggested that brain ischemia model induced hypoxia showed neurotoxity on cultured mouse cerebral neurons, and the KJHWE has the neuroprotective effect in blocking the neurotoxity induced by hypoxia in cultured mouse cerebral neurons.
In brain hypoxic-ischemia, an excess release of glutamate and a marked production of reactive oxygen species (ROS) occur in neuronal and non-neuronal cells. The present study investigated the effect of the biological antioxidants dihydrolipoic acid (DHLA) and lipoic acid (LA) on N-methyl-D-aspartate (NMDA)- and ROS-induced neurotoxicity in cultured rat cortical neurons. DHLA enhanced NMDA-evoked rises in intracellular calcium concentration ($[Ca^{2+}]_i$). In contrast, LA did not alter the NMDA-evoked calcium responses but decreased after a brief treatment of dithiothreitol (DTT), which possesses a strong reducing potential. Despite the modulation of NMDA receptor-mediated rises in $[Ca^{2+}]_i$, neither DHLA nor LA altered the NMDA receptor-mediated neurotoxicity, as assessed by measuring the amount of lactate dehydrogenase released from dead or injured cells. DHLA, but not LA, prevented the neurotoxicity induced by xanthine/xanthine oxidase-generated superoxide radicals. Both DHLA and LA decreased the glutathione depletion-induced neurotoxicity. The present data may indicate that biological antioxidants DHLA and LA protect neurons from ischemic injuries via scavenging oxygen free radicals rather than modulating the redox modulatory site(s) of NMDA receptor.
Neuronal excitotoxicity induces mitochondrial dysfunction and the release of proapoptotic proteins. Excitotoxicity, the process by which the overactivation of excitatory neurotransmitter receptors leads to neuronal cell death. Neuronal death by excitotoxicity was related to neuronal degenerative disorders and hypoxia, results from excessive exposure to excitatory neurotransmitters, such as glutamate. Glutamate acts at NMDA receptors in cultured neurons to increase the intracellular free calcium concentration. Therefore endogenous glutamate may be a key factor to regulate neuronal cell death via activating $Ca^{2+}$ signaling. For this issue, we tested some conditions to alter intracellular $Ca^{2+}$ level in dissociated hippocampal neurons of rats. Cultured hippocampal neuron were treated by KCl (20 mM), $CaCl_2$ (3.8 mM) and glutamate ($5{\mu}M$) for 24 hrs. Interestingly, The Optical Density of hippocampal neurons was increased by high KCl application in MTT assay data. This enhanced response by high KCl was dependent on synaptic $Ca^{2+}$ influx but not on intracellular $Ca^{2+}$ level. However, the number of neurons seemed to be not changed in Hoechst 33342 staining data. These results suggest that enhancement of synaptic activity plays a key role to increase mitochondrial signaling in hippocampal neurons.
It has been demonstrated that multipotent neuronal progenitor cells can be isolated from the developing or adult CNS and proliferated in vitro in response to epidermal growth factor. The present study was undertaken to investigate the differentiation of neuronal progenitor cells after transplantation into the neonatal rat forebrain striatum. Primary cultured progenitor cells were labeled with 3,3'-dioctadecycloxacarbonyl- amine perchlorate (DiO). DiO labeled progenitor cells were implanted into neonatal rat striatum. Implanted DiO labeled progenitor cells were differentiated into astrocytes and GABAergic neurons. These results suggest that implanted progenitor cells can be differentiated into neurons in host forebrain striatum. In addition, our data show that DiO labeling is a useful technique for tracing implanted progenitor cells.
Objectives : Cord blood stem cells have been widely used as donor cells for bone marrow transplantation recently. These cells can give rise to a variety of hematopoietic lineages to repopulate the blood. Recent observations reveal that some bone marrow cells and bone marrow stromal cells(MSCs) can grow to become either neurons or glial cells. It is, however, unclear whether or not there exists stems cells which can differentiate into neurons in the blood during the early stages of postnatal life. Methods : Human cord blood stem cells were prepared from human placenta after full term delivery. To induce neuronal differentiation of stem cells, ${\beta}$-mercaptoethanol was treated. To confirm the neuro-glial characteristics of differentiated stem cells, immunocytochemical stain for NeuN, neurofilament, glial fibrillary acidic protein(GFAP), microtubule associated protein2(MAP2) was performed. RT-PCR was performed for detecting nestin mRNA and MAP2 mRNA. Results : We showed in this experiment that neuro-glial markers(NeuN, neurofilament, MAP2, GFAP) were expressed and axon-like cytoplasmic processes are elaborated in the cultured human cord blood stem cells prepared from new born placenta after full term delivery. Nestin mRNA was also detected in fresh cord blood monocytes. Conclusions : These results suggest that human cord blood derived stem cells may be potential sources of neurons in early postnatal life.
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.
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.
Epilepsy or the occurrence of spontaneous recurrent epileptiform discharges (SREDs, seizures) is one of the most common neurological disorders. Shift in the balance of brain between excitatory and inhibitory functions due to different types of structural or functional alterations may cause epileptiform discharges. N-Methyl-D-aspartate (NMDA) receptor dysfunctions have been implicated in modulating seizure activities. Seizures and epilepsy are clearly dependent on elevated intracellular calcium concentration ([C $a^{2+}$]$_{i}$ ) by NMDA receptor activation and can be prevented by NMDA antagonists. This perturbed [C $a^{2+}$]$_{i}$ levels is forerunner of neuronal death. However, therapeutic tools of elevated [C $a^{2+}$]$_{i}$ level during status epilepticus (SE) and SREDs have not been discovered yet. Our previous study showed fast inhibition of ginseng total saponins and ginsenoside R $g_3$ on NMDA receptor-mediated [C $a^{2+}$]$_{i}$ in cultured hippocampal neurons. We, therefore, examined the direct modulation of ginseng on hippocampal neuronal culture model of epilepsy using fura-2-based digital $Ca^{2+}$ imaging and neuronal viability assays. We found that ginseng total saponins and ginsenoside R $g_3$ inhibited $Mg^{2+}$ free-induced increase of [C $a^{2+}$]$_{i}$ and spontaneous [C $a^{2+}$]$_{i}$ oscillations in cultured rat hippocampal neurons. These results suggest that ginseng may playa neuroprotective role in perturbed homeostasis of [C $a^{2+}$]$_{i}$ and neuronal cell death via the inhibition of NMDA receptor-induced SE or SREDs.d SE or SREDs..
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[게시일 2004년 10월 1일]
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