Kim, Jia;Lee, Chul Won;Lee, Boo Kyun;Lee, Jang Cheon;An, Won Gun
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.28
no.3
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pp.317-321
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2014
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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v.29
no.3
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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.
The present study was done to investigate the effects of Bombusae concretio Salicea (BCS) on cultured astrocyte cell system and lipid peroxidation in $A{\beta}25-35$ treatment conditions. Cell killing was significantly enhanced by addition of increasing concentrations of $A{\beta}25-35$. Pretreatment of BCS attenuated in cell killing enhanced by increasing concentrations of $A{\beta}25-35$. MDA level induced by $A{\beta}25-35$ treatment was significantly increased and the level was slightly reduced by pretreatment of BCS. The present study showed that $A{\beta}25-35$ strongly increased MDA level and the level was enhanced by addition of increasing concentrations of In conclusion, it was shown that $A{\beta}25-35$ is not only potent lipid peroxide inducer, but also cause protection of neurodegeneration induced by $A{\beta}25-35$. It can be concluded that the activation of antioxidative enzymes may be related to the inhibition of lipid peroxidative reactions. We cannot fully explain to effects of BCS at present; however, the ability of BCS to reduce cell killing and MDA level induced by $A{\beta}25-35$ suggest that BCS may be a protective agent for free radical generating compounds such as $A{\beta}25-35$.
Yang, Seung-Ju;Kim, Jiae;Lee, Sang Eun;Ahn, Jee-Yin;Choi, Soo Young;Cho, Sung-Woo
BMB Reports
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v.50
no.12
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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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