Regulator of calcineurin 1 (RCAN1) can be induced by an intracellular calcium increase and oxidative stress, which are characteristic features of temporal lobe epilepsy. Thus, we investigated the spatiotemporal expression and cellular localization of RCAN1 protein and mRNA in the mouse hippocampus after pilocarpine-induced status epilepticus (SE). Male C57BL/6 mice were given pilocarpine hydrochloride (280 mg/kg, i.p.) and allowed to develop 2 h of SE. Then the animals were given diazepam (10 mg/kg, i.p.) to stop the seizures and sacrificed at 1, 3, 7, 14, or 28 day after SE. Cresyl violet staining showed that pilocarpine-induced SE resulted in cell death in the CA1 and CA3 subfields of the hippocampus from 3 day after SE. RCAN1 immunoreactivity showed that RCAN1 was mainly expressed in neurons in the shammanipulated hippocampi. At 1 day after SE, RCAN1 expression became detected in hippocampal neuropils. However, RCAN1 signals were markedly enhanced in cells with stellate morphology at 3 and 7 day after SE, which were confirmed to be reactive astrocytes, but not microglia by double immunofluorescence. In addition, realtime reverse transcriptase-polymerase chain reaction showed a significant upregulation of RCAN1 isoform 4 (RCAN1-4) mRNA in the SE-induced hippocampi. Finally, in situ hybridization with immunohistochemistry revealed astrocytic expression of RCAN1-4 after SE. These results demonstrate astrocytic upregulation of RCAN1 and RCAN1-4 in the mouse hippocampus in the acute and subacute phases of epileptogenesis, providing foundational information for the potential role of RCAN1 in reactive astrocytes during epileptogenesis.
Photorhabdus temperata (PT), a gram-negative bacterium, lives symbiotically within entomopathogenic nematodes. The insecticidal compounds derived from Photorhabdus are used as biopesticides in agriculture. However, the physiological properties are not well characterized. In the course of our screening for neuroprotective and anti-neuroinflammatory substances from natural products, the culture broth of PT showed considerable activities. By activity-guided purification, five anthraquinones, namely, 3-methoxychrysazine (1), 1,3-dimethoxy-8-hydroxy-9,10-anthraquinone (2), 1,3,8-trihydroxy-9,10-anthraquinone (3), 3,8-dihydroxy-1-methoxy-9,10-anthraquinone (4), and 1,3,4-trimethoxy-8-hydroxy-9,10-anthraquinone (5), were isolated from the ethyl acetate fraction of the PT culture broth. Among the isolated compounds, $75{\mu}M$ 3 significantly protected mouse hippocampal neuronal cells (HT22) against 5 mM glutamate-induced cell death via the inhibition of reactive oxygen species production, $Ca^{2+}$ influx, and lipid peroxidation. Additionally, 3 and 4 effectively suppressed the interferon-${\gamma}$-induced neuroinflammation of mouse-derived microglial cells (BV2) at 10 ng/ml, via the reduction of nitric oxide, interleukin-6, and tumor necrosis factor-${\alpha}$. Anthraquinones 3 and 4 derived from the PT culture broth are a potential starting point to discover neuroprotective and anti-neuroinflammatory drug leads. The novel compound 5 is reported for the first time in this study.
This work aimed to study whether rice bran extract fermented with Lactobacillus plantarum (LW) promotes functional recovery and reduces cognitive impairment after ischemic brain injury. Ischemic brain injury was induced by middle cerebral artery occlusion (MCAO) in rats. Four groups were studied, namely the (1) sham, (2) vehicle, (3) donepezil, and (4) LW groups. Animals were injected with LW once a day for 7 days after middle cerebral artery occlusion. LW group showed significantly improved neurological function as compared to the vehicle group, as well as enhanced learning and memory in the Morris water maze. The LW group showed the greatest functional recovery. Moreover, the LW group showed an enhanced more survival cells anti-apoptotic effect in the cortex and neural cell densities in the hippocampal DG and CA1. In addition, this group showed enhanced expression of neurotrophic factors, antioxidant genes, and the acetylcholine receptor gene, as well as synaptophysin (SYP), Fox-3 (NeuN), doublecortin (DCX), and choline acetyltransferase (ChAT) proteins. Our findings indicate that LW treatment showed the largest effects in functional recovery and cognitive improvement after ischemic brain injury through stimulation of the acetylcholine receptor, antioxidant genes, neurotrophic factors, and expression of NeuN, SYP, DCX, and ChAT.
Electrophysiological phenomena of pyramidal cells in the CA1 area of the dorsal hippocampus were recorded from and filled with neurobiotin in anesthetized rats. The electropharmacological properties of membrane as well as the cellular-synaptic generation of rhythmic slow activity (theta) were examined. The intracellular response characteristics of these pyramidal cells were distinctly different from responses of interneurons. Pyramidal cells had a high resting membrane potential, a low input resistance, and a large amplitude action potential. A afterhyperpolarization was followed a single action potential. Most of pyramidal cells did not display a spontaneous firing. Pyramidal cells displayed weak inward rectification and anodal break excitation. The slope of the frequency-current relation was 53.4 Hz/nA for the first interspike interval and 15.9 Hz/nA for the last intervals, suggesting the presence of spike frequency adaptation. Neurobiotin-filled neurons showed pyramidal morphology. Cells were generally bipolar dendritc processes ramifying in stratum lacunosum-moleculare, radiatum, and oriens. Commissural stimulation discharged pyramidal cells, followed by excitatory and inhibitory postsynaptic potentials (EPSPs and IPSPs). The frequency of theta-related membrane potential oscillation was voltage-independent in pyramidal neurons. At strong depolarization levels (less than 30 mV) pyramidal cells emitted sodium spike oscillation, phase-locked to theta. The observations provide direct evidence that theta-related rhythmic hyperpolarization of principal cells is brought by the rhythmically discharging interneurons. Furthermore, the findings in which interneurons were also paced by rhythmic inhibitory postsynaptic potentials during theta suggest that they were periodically hyperpolarized by their GABAergic septal afferents.
Objectives : This study investigated the protective effects of the water extracts of Chongmyung-tang, Polygalae Radix, and Acori Graminei Rhizoma in an in vivo Alzheimer's disease (AD) mouse model. Methods : Memory impairment was induced by an intraventricular injection of $A{\beta}25-35$ peptides and subsequently Chongmyung-tang, Polygalae Radix, or Acori Graminei Rhizoma extract were administered orally for 14days. Results : In the water maze task, Chongmyung-tang, Polygalae Radix, and Acori Graminei Rhizoma extracts improved learning ability during the acquisition period and significantly increased memory scores during the retention period versus $A{\beta}-injected$ controls. Furthermore, the toxicity of $A{\beta}25-35$ on hippocampus was assessed immunohistochemically (Tau, MAP2, TUNEL, Bax) and by in vitro study. Chongmyung-tang, Polygalae Radix, and Acori Graminei Rhizoma demonstrated significant neuroprotective effects against oxidative damage and apoptotic cell death of hippocampal neurons damaged by $A{\beta}25-35$. Conclusions : These results suggested that Chongmyung-tang, Polygalae Radix and Acori Graminei Rhizoma extract improve memory impairment and reduce Alzheimer's dementia via anti-apoptotic effects and by modulating the expressions of Tau and MAP2 protein in the hippocampus.
Lee, Kang Pa;Choi, Nan Hee;Kim, Hyun-Soo;Ahn, Sanghyun;Park, In-Sik;Lee, Dea Won
Nutrition Research and Practice
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제12권1호
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pp.13-19
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2018
BACKGROUND/OBJECTIVES: One of the mechanisms considered to be prevalent in the development of Alzheimer's disease (AD) is hyper-stimulation of microglia. Black chokeberry (Aronia melanocapa L.) is widely used to treat diabetes and atherosclerosis, and is known to exert anti-oxidant and anti-inflammatory effects; however, its neuroprotective effects have not been elucidated thus far. MATERIALS/METHODS: We undertook to assess the anti-inflammatory effect of the ethanolic extract of black chokeberry friut (BCE) in BV2 cells, and evaluate its neuroprotective effect in the lipopolysaccharide (LPS)-induced mouse model of AD. RESULTS: Following stimulation of BV2 cells by LPS, exposure to BCE significantly reduced the generation of nitric oxide as well as mRNA levels of numerous inflammatory factors such as inducible nitric oxide synthase (iNOS), cyclooxygenase 2 (COX-2), interleukin 1 beta ($IL-1{\beta}$), and tumor necrosis factor alpha ($TNF-{\alpha}$). In addition, AD was induced in a mouse model by intraperitoneal injection of LPS ($250{\mu}g/kg$), subsequent to which we investigated the neuroprotective effects of BCE (50 mg/kg) on brain damage. We observed that BCE significantly reduced tissue damage in the hippocampus by downregulating iNOS, COX-2, and $TNF-{\alpha}$ levels. We further identified the quinic acids in BCE using liquid chromatography-mass spectrometry (LCMS). Furthermore, we confirmed the neuroprotective effect of BCE and quinic acid on amyloid beta-induced cell death in rat hippocampal primary neurons. CONCLUSIONS: Our findings suggest that black chokeberry has protective effects against the development of AD.
Recently, pluripotency induction or cellular reprogramming by introducing critical transcription factors has been extensively studied, but has been demonstrated only in vitro. Based on reports that Oct4 is critically involved in transforming neural stem cells into pluripotent cells, we used the lentiviral vector to introduce the Oct4 gene into the hippocampal dentate gyrus (DG) of adult mice. We examined whether this manipulation led to cellular or behavioral changes, possibly through processes involving the transformation of NS cells into pluripotent cells. The Oct4 lentivirus-infused group and the green fluorescent protein lentivirus-infused group showed a similar thickness of the DG and a comparable level of synaptophysin expression in the DG. Furthermore, our behavioral analyses did not show any differences between the groups concerning exploratory activity, anxiety, or memory abilities. This first trial for pluripotency induction in vivo, despite negative results, provides implications and information for future studies on in vivo cellular reprogramming.
Epilepsy constitutes a significant public health problem, and even the newest drugs and neurosurgical techniques have proven unable to cure the disease. In order to select a group of isolates which could generate an active compound with neuroprotective or antiepileptic properties, we isolated 517 actinomycete strains from soil samples taken from Jeju Island, in South Korea. We then screened these strains for possible anti-apoptotic effects against serum deprivation-induced hippocampal cell death, using the 3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)2,5-diphenyl-tetrazolium bromide (MTT) assay as an in vitro test. The excitotoxic glutamate analog, kainic acid (KA), was used to induce seizures in experimental mice in our in vivo tests. As a result of this testing, we located one strain which exhibited profound neuroprotective activity. This strain was identified as a Streptomyces species, and exhibited the rifampinresistant genotype, Asn$(AAC)^$442, according to the results of 16S rRNA and rpoB gene analyses
The effects of crude saponin (SAP) and alkaloid (ALK) fractions of Panax ginseng C.A. Meyer on the detrimental effects of electroconvulsive shock (ECS) and scopolamine on passive avoidance response (PAR) were studied in male Sprague-Dawley rats, referring their effects on the neuronal injury and plasticity of hippocampus in response to electrolytic lesion of left entorhinal cortex (ECL). The detrimental ECS effect on PAR was attenuated by pre- and post-treatments with SAP and ALK, respectively, or by pretreatment with aminoguanidine (AG), an inhibitor of diamine oxidase and NO synthase. And the detrimental scopolamine effect on PAR was also inhibited by pre-treatment with ALK or AG, and by post- treatment with SAP or ALK, respectively. On the 7th day after ECL, the brain sections stained by cresyl violet and by acetylcholinesterase (AChE) histochemistry, respectively, showed the chromatolysis and numeral decrease of neurons and the reduction of AChE reactivity in the hippocampus CA1 area and to a lesser extent, in the dentate gyrus. The neuronal cell death of the CA1 area was significantly reduced by SAP, ALK, or AG, and the reduction of AChE reactivity was significantly attenuated by SAP or ALK and to a lesser extent by AG. These results suggests that the protective effect of ginseng SAP and ALK fractions on ECS- or scopolamine-induced impairment of PAR may be ascribed in part to preservation of hippocampal neurons, particularly cholinergic neurons.
Objective : The goal of the present study was to investigate the protective effect of Gamiheechum-tang (Jiaweixiqian-tang; GHCT) on brain tissue damage from chemical or ischemic insults. Methods : Levels of cultured cortical neuron death caused by toxic chemicals were measured by LDH release assay. Neuroprotective effects of GHCT on brain tissues were examined in vivo by ischemic model of middle cerebral artery (MCA) occlusion. Results : Animal groups treated with GBCT showed significantly decreased hypertension, and reduced levels of aldosterone, dopamine, and epinephrine in the plasma. GHCT treatments ($l0-200\mu\textrm{g}/ml$) significantly decreased cultured cortical neuron death mediated by AMPA, kainate, BSO, or Fe2+ when measured by LDH release assay. Yet, cell death mediated by NMDA was effectively protected by GHCT at the highest concentration examined ($200\mu\textrm{g}/ml$). In the in vivo experiment examining brain damage by MCA occlusion, affected brain areas by ischemic damage and edema were significantly less in animal groups administered with GHCT compared to the non-treated control group. Neurological examinations of forelimbs and hindlimbs showed that GHCT treatment improved animals' recovery from ischemic injury. Moreover, the extent of injury in cortical and hippocampal pyramidal neurons in ischemic rats was much reduced by GHCT, whose morphological features were similarly observed in non-ischemic animals. Conclusion : The present data suggest that GBCT may play an important role in protecting brain tissues from chemical or ischemic injuries.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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