Amyloid-${\beta}$ protein ($A{\beta}$) is a pathological component of Alzheimer's disease (AD) by participating in the senile plaque formation in the patient's brain. Although the exact mechanism of $A{\beta}$ toxicity is not fully elucidated, it is considered to be closely related to its fibrillation process. For prevention of AD, recent studies have suggested various small molecules which inhibit $A{\beta}$ fibrillation. In this report, ${\beta}$-asarone found in acorus plant has been investigated as an anti-amyloid molecule. ${\beta}$-Asarone was demonstrated to prevent in vitro fibrillation of $A{\beta}$ by inducing the oligomer formation that obviously decreased cytotoxicity. Therefore, ${\beta}$-asarone could be suggested as an inhibitory agent of $A{\beta}$ fibrillation and toxicity, which would help us not only to understand underlying principle of amyloidogenesis mechanism but also to develop a controlling strategy toward AD.
Polymerization of monomeric amyloid-${\beta}$ peptides ($A{\beta}$) into soluble oligomers and insoluble fibrils is one of the major pathways triggering the pathogenesis of Alzheimer's disease (AD). Using small molecules to prevent the polymerization of $A{\beta}$ peptides can, therefore, be an effective therapeutic strategy for AD. In this study, we investigated the effects of mono- and bi-flavonoids on $A{\beta}42$ toxicity and fibrillogenesis and found that the bi-flavonoid, taiwaniaflavone (TF) effectively and specifically inhibits $A{\beta}$ toxicity and fibrillogenesis. Compared to TF, the mono-flavonoid apigenin (AP) is less effective and less specific. Our data showed that differential effects of the mono- and bi-flavonoids on $A{\beta}$ fibrillogenesis correlate with their varying cytoprotective efficacies. We also found that other bi-flavonoids, namely 2',8"-biapigenin, amentoflavone, and sumaflavone, can also effectively inhibit $A{\beta}$ toxicity and fibrillogenesis, implying that the participation of two mono-flavonoids in a single bi-flavonoid molecule enhanced their activity. Bi-flavonoids, while strongly inhibited $A{\beta}$ fibrillogenesis, accumulated nontoxic $A{\beta}$ oligomeric structures, suggesting that these are off-pathway-oligomers. Moreover, TF abrogated the toxicity of preformed $A{\beta}$ oligomers and fibrils, indicating that TF and other bi-flavonoids may also reduce the toxicity of toxic $A{\beta}$ species. Altogether, our data clearly show that bi-flavonoids, possibly due to the possession of two $A{\beta}$ binders separated by an appropriate size linker, are likely to be promising therapeutics to suppress $A{\beta}$ toxicity.
Both synthetic and endogenous $A{\beta}$ are degraded by peptidase G. Both $A{\beta}40$ and 42 are cleaved by peptidase G. Peptidase G cleaves $A{\beta}40$ into small fragments ($A{\beta}18$) which lacks aggregation property and are not toxic to neuron. Peptidase G seems to degrade multimeric $A{\beta}$ more efficiently than monomeric $A{\beta}$. Peptidase G protects neurons from toxicity induced by $A{\beta}$ by cleaving it into smaller fragments. Thus, dis-regulation of peptidase G could contribute amyloid deposit found in AD brain.
Amyloid plaque is a product of aggregation of ${\beta}$-amyloid peptide ($A{\beta}$) and is an important factor in the pathogenesis of Alzheimer's Disease (AD). $A{\beta}$ is a major component of amyloid plaque and vascular deposits in the AD brain. The enzyme ${\beta}$-secretase is required for the production of $A{\beta}$; thus, prevention of the formation of $A{\beta}$ through the inhibition of ${\beta}$-secretase is a major focus in the study of the treatment of AD. In this study, we investigated ${\beta}$-secretase inhibitory activity of an Arctoscopus japonicus peptide. An Alcalase hydrolysate had the highest ${\beta}$-secretase inhibitory activity. A ${\beta}$-secretase inhibitory activity peptide was separated using ion exchange column chromatography (carboxy-methyl: CM, quaternary methyl ammonium: QMA) and reverse phase high performance liquid chromatography (RP-HPLC) on a C18 column. The $IC_{50}$ value of the purified peptide was $248.2{\pm}1.73{\mu}g/mL$. The ${\beta}$-secretase inhibitory peptide was identified as a six amino acid residue of Gly-Pro-Val-Gly-Ala-Pro (MW: 497.27 Da). In cell viability experiments, the final purified fraction, the carboxy-methyl ion exchange column fraction (CM-F1) showed no significant cytotoxic effect in SH-SY5Y cells at concentrations below $100{\mu}g/mL$ in 24 h. The results of this study suggest that peptides separated from Arctoscopus japonicus may be beneficial as ${\beta}$-secretase inhibitor compounds in functional foods.
Prevailing role of intracellular amyloid ${\beta}$ ($iA{\beta}$) in Alzheimer's disease (AD) initiation and progression attracts more and more attention in recent years. To address whether $iA{\beta}$ induces early alterations of electrophysiological properties in cultured human primary neurons, we delivered $iA{\beta}$ with adenovirus and measured the electrophysiological properties of infected neurons with whole-cell recordings. Our results show that $iA{\beta}$ induces an increase in neuronal resting membrane potentials, a decrease in $K^+$ currents and a hyperpolarizing shift in voltage-dependent activation of $K^+$ currents. These results suggest the electrophysiological impairments induced by $iA{\beta}$ may be responsible for its neuronal toxicity.
Alzheimer's disease is a neurodegenerative disorder associated with progressive loss of cognitive function and memory. Amyloid beta peptide ($A{\beta}$) is the major component of senile plaques and is known to exert its cytotoxic effect mainly by producing $H_2O_2$. Vascular endothelial growth factor (VEGF) is elevated in the cerebrospinal fluid (CSF) and brain of AD patients, and $H_2O_2$ is one of the factors that induce VEGF. Therefore, we tested whether $A{\beta}$ might be responsible for the increased VEGF synthesis. We found that $A{\beta}$ induced the production of $H_2O_2$ in vitro. Comparison of the amount of $H_2O_2$ required to induce VEGF synthesis in HN33 cells and the amount of $H_2O_2$ produced by $10{\mu}M\;A{\beta}_{1-42}$ in vitro suggested that a toxic concentration of $A{\beta}$ might induce VEGF synthesis in these cells. However, toxic concentrations of $A{\beta}$ failed to induce VEGF synthesis in several cell systems. They also had no effect on antioxidant enzymes such as glutathione peroxidase, catalase, and peroxiredoxin in HN33 cells. $Cu^{2+}$, $Zn^{2+}$ and $Fe^{3+}$ are known to accumulate in the brains of AD patients and promote aggregation of $A{\beta}$, and $Cu^{2+}$ by itself induces synthesis of VEGF. However, there was no synergistic effect between $Cu^{2+}$ and $A{\beta}_{1-42}$ in the induction of VEGF synthesis and $Zn^{2+}$ and $Fe^{3+}$ also had no effect on the synthesis of VEGF, alone or in combination with $A{\beta}$.
Lee, Sang-Bin;Park, Ansun;Ma, Chi Thanh;Kim, Young Ho;Yang, Hyun Ok
Biomolecules & Therapeutics
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제29권3호
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pp.290-294
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2021
Extracellular beta amyloid (Aβ) plaques are the neuropathological hallmarks of Alzheimer's disease (AD). Accordingly, reducing Aβ levels is considered a promising strategy for AD prevention. 3'-O-acetyl-24-epi-7,8-didehydrocimigenol-3-O-β-D-xylopryranoside significantly decreased the Aβ production and this effect was accompanied with reduced sAPPβ production known as a soluble ectodomain APP fragment through β-secretases in HeLa cells overexpressing amyloid precursor proteins (APPs). This compound also increased the level of sAPPα, which is a proteolytic fragment of APP by α-secretases. In addition, 3'-O-acetyl-24-epi-7,8-didehydrocimigenol-3-O-β-D-xylopryranoside decreased the protein level of β-secretases, but the protein levels of A disintegrin and metalloproteinase (ADAM) family, especially ADAM10 and ADAM17, are increased. Thus, 3'-O-acetyl-24-epi-7,8-didehydrocimigenol-3-O-β-D-xylopryranoside could be useful in the development of AD treatment in the aspect of amyloid pathology.
천축황(天竺黃)은 한의학에서 청풍열(淸風熱)과 치담(治痰)하는 효능으로 중풍과 불어증(不語症)을 치료하는데 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 천축황(天竺黃)이 실험적인 치매(Alzheimer Disease; AD)를 유발시키는 물질로 알려진 $amyloid-{\beta}\;(A{\beta}\;peptide)$를 흰쥐의 신경세포의 일종인 astrocyte에 처리하여 그 세포독성과 보호효과 및 세포막 지질의 과산화에 미치는 영향을 검토하였다. 천축황(天竺黃)은 $A{\beta}$에 의한 신경세포에 대한 손상을 억제하여 세포증식을 촉진하여 예방 및 보호효과를 나타내었다. 또한, 세포막 지질의 과산화의 지표인 malondialdehyde (MDA)생성이 $A{\beta}$처리로 크게 증가하였으나 세포막 파괴에 의한 뇌세포 파괴의 전형적인 현상이 천축황(天竺黃)의 전(前)처리와 후(後)처리로 크게 감소되었다. 그리고, 이러한 결과들은 천축황(天竺黃)이 신경세포의 하나인 astrocyte에 대한 보호효과와 세포막지질의 과산화 저해 및 $A{\beta}$처리와 같은 치매유발 독성에 대한 적응능력 향상을 통한 뇌신경의 보호효과를 주는 것으로 노인성 치매 등 임상적 응용에 그 효과가 기대된다.
Yang, Seung-Ju;Kim, Jiae;Lee, Sang Eun;Ahn, Jee-Yin;Choi, Soo Young;Cho, Sung-Woo
BMB Reports
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제50권12호
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pp.634-639
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2017
We aimed to assess the anti-inflammatory and antioxidative properties of KHG26792, a novel azetidine derivative, in amyloid ${\beta}$ ($A{\beta}$)-treated primary microglial cells. KHG26792 attenuated the $A{\beta}-induced$ production of inflammatory mediators such as IL-6, $IL-1{\beta}$, $TNF-{\alpha}$, and nitric oxide. The levels of protein oxidation, lipid peroxidation, ROS, and NADHP oxidase enhanced by $A{\beta}$ were also downregulated by KHG26792 treatment. The effects of KHG26792 against the $A{\beta}-induced$ increases in inflammatory cytokine levels and oxidative stress were achieved by increasing the phosphorylation of $Akt/GSK-3{\beta}$ signaling and by decreasing the $A{\beta}-induced$ translocation of $NF-{\kappa}B$. Our results provide novel insights into the use of KHG26792 as a potential agent against $A{\beta}$ toxicity, including its role in the reduction of inflammation and oxidative stress. Nevertheless, further investigations of cellular signaling are required to clarify the in vivo effects of KHG26792 against $A{\beta}-induced$ toxicity.
The formation of ${\beta}$-amyloid peptide ($A{\beta}$) is initiated from cleavage of amyloid precursor protein (APP) by a family of protease, ${\alpha}$-, ${\beta}$-, and ${\gamma}$-secretase. Sub W, a substrate peptide, consists of 10 amino acids, which are adjacent to the ${\beta}$-cleavage site of wild-type APP, and Sub M is Swedish mutant with double mutations on the left side of the ${\beta}$-cleavage site of APP. Sub W is a normal product of the metabolism of APP in the secretary pathway. Sub M is known to increase the efficiency of ${\beta}$-secretase activity, resulting in a more specific binding model compared to Sub W. Three-dimensional structures of Sub W and Sub M were studied by CD and NMR spectroscopy in water solution. On the basis of these structures, interaction models of ${\beta}$-secretase and substrate peptides were determined by molecular dynamics simulation. Four hydrogen bonds and one water-mediated interaction were formed in the docking models. In particular, the hydrogen bonding network of Sub M-BACE formed spread over the broad region of the active site of ${\beta}$-secretase (P5-P3'), and the side chain of P2- Asn formed a hydrogen bond specifically with the side chain of Arg235. These are more favorable to the cleavage of Sub M by ${\beta}$-secretase than Sub W. The two substrate peptides showed different tendency to bind to ${\beta}$-secretase and this information may useful for drug development to treat and prevent Alzheimer's disease.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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