Kim, Soo-Jeong;Lee, Jun-Ho;Chung, Hwan-Suck;Song, Joo-Hyun;Ha, Joohun;Bae, Hyunsu
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.17
no.4
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pp.331-338
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2013
AMP-activated protein kinase (AMPK), an important regulator of energy metabolism, is activated in response to cellular stress when intracellular levels of AMP increase. We investigated the neuroprotective effects of AMPK against scopolamine-induced memory impairment in vivo and glutamate-induced cytotoxicity in vitro. An adenovirus expressing AMPK wild type alpha subunit (WT) or a dominant negative form (DN) was injected into the hippocampus of rats using a stereotaxic apparatus. The AMPK WT-injected rats showed significant reversal of the scopolamine induced cognitive deficit as evaluated by escape latency in the Morris water maze. In addition, they showed enhanced acetylcholinesterase (AChE)-reactive neurons in the hippocampus, implying increased cholinergic activity in response to AMPK. We also studied the cellular mechanism by which AMPK protects against glutamate-induced cell death in primary cultured rat hippocampal neurons. We further demonstrated that AMPK WT-infected cells increased cell viability and reduced Annexin V positive hippocampal neurons. Western blot analysis indicated that AMPK WT-infected cells reduced the expression of Bax and had no effects on Bcl-2, which resulted in a decreased Bax/Bcl-2 ratio. These data suggest that AMPK is a useful cognitive impairment treatment target, and that its beneficial effects are mediated via the protective capacity of hippocampal neurons.
The leaves and stems of Dendropanax morbiferus were separated from organic solvents with methanol. The organic solvent fractions were fractionated with dichloromethane, ethyl acetate and butanol according to the systematic fractionation method. Oxidation in the body induces aging, and antioxidant activity has attracted the attention of many people as a preventive component to suppress negative reactions in the body. To investigate the antioxidant activity of Dendropanax morbiferus were subjected to DPPH free radical assay. In addition, acetyl cholinesterase inhibitions were performed for Alzheimer's disease as an aging neurological disease. As a result, it was confirmed that the antioxidant effect of DPPH was generally good in the antioxidant test. The ethyl acetate fractions of Dendropanax morbiferus stems and leaves were $IC_{50}=30{\mu}g/m{\ell}$. Acetyl cholinesterase inhibition experiments were carried out at a concentration of $250{\mu}g/m{\ell}$. Dendropanax morbiferus stems fractions showed dichloromethane fraction of 57.68%, which significantly inhibited the activity of acetyl cholinesterase.
Lee, Jihye;Kim, Hye-Jeong;Jang, Gwi Yeong;Seo, Kyung Hye;Kim, Mi Ryeo;Choi, Yun Hee;Jung, Ji Wook
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.34
no.2
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pp.81-87
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2020
Cognitive impairment is symptoms of dementia, a degenerative brain disease that is drawing attention in a rapidly aging society. This study was conducted to investigate the improvement of cognitive function of Leonurus japonicus on scopolamine-induced memory impairment in mice and the effect and mechanism of memory recovery. In vivo studies were conducted on mice orally pretreated with L. japonicus in doses of 50, 100 and 200 mg/kg (p.o.) and scopolamine (1 mg/kg, i.p.) were injected 30 min before the behavioral task. Antioxidant activity was assessed by 2,2-diphenyl-1-picryl hydrazyl (DPPH) assay and 2,2-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS) assay, and acetylcholinesterase (AChE) inhibition activity evaluated by Ellman's method. In behavior studies showed that L. japonicus has an improved the memory of scopolamine-treated mice in Y-maze, passive avoidance and Morris water maze test. In addition, L. japonicus was also exerted free radical scavenging activity and inhibited acetyl cholinesterase activity. These results suggest that L. japonicus improves short-term and long-term memory in scopolamine-induced memory decline model and prevents scopolamine-induced memory impairments through in reduced oxidative stress and acetyl cholinesterase inhibition effect. Thus, L. japonicus is related to functional medicinal materials for prevention and treatment of human dementia patients.
Sexually mature male and female rats were orally intubated with the organophosphorus insecticide, Pestban at a daily dosage of 7.45 or 3.72 mg/kg bwt, equivalent to 1/20 and 1/40 $LD_{50}$, respectively. Male rats were exposed for 70 days, while the female rats were exposed for 14 days, premating, during mating and throughout the whole length of gestation and lactation periods till weaning. The results showed depressed acetylcholinesterase(AChE) activity in the brain of parents, fetuses and their placentae in a dose-dependent manner. The fertility was significantly reduced with increasing the dose in both treated groups, with more pronounced suppressive effects in the male treated group. The number of implantation sites and viable fetuses were significantly reduced in pregnant females of both treated groups. However, the number of resorptions, dead fetuses, and pre-and postimplantation losses were significantly increased. The incidence of resorptions was more pronounced in treated female compared to male group and was dose dependant. The behavioral responses as well as fetal survival and viability indices were altered in both treated groups during the lactation period. The incidence of these effects was more pronounced in the treated female group and occurred in a dose-related manner. The recorded morphological, visceral, and skeletal anomalies were significantly increased with increasing the dose in fetuses of both treated groups, with more pronounced effects on fetuses of treated females. In conclusion, the exposure of adult male and female rats to Pestban would cause adverse effects on fertility and reproduction.
Eucommia ulmoides Oliv. Bark (EUE) is commonly used for the treatment of hypertension, rheumatoid arthritis, lumbago, and ischialgia as well as to promote longevity. In this study, we tested the effects of EUE aqueous extract in graded doses to protect and enhance cognition in scopolamine-induced learning and memory impairments in mice. EUE significantly improved the impairment of short-term or working memory induced by scopolamine in the Y-maze and significantly reversed learning and memory deficits in mice as measured by the passive avoidance and Morris water maze tests. One day after the last trial session of the Morris water maze test (probe trial session), EUE dramatically increased the latency time in the target quadrant in a dose-dependent manner. Furthermore, EUE significantly inhibited acetylcholinesterase (AChE) and thiobarbituric acid reactive substance (TBARS) activities in the hippocampus and frontal cortex in a dose-dependent manner. EUE also markedly increased brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and phosphorylation of cAMP element binding protein (CREB) in the hippocampus of scopolamine-induced mice. Based on these findings, we suggest that EUE may be useful for the treatment of cognitive deficits, and that the beneficial effects of EUE are mediated, in part, by cholinergic signaling enhancement and/or protection.
In order to determine acetylcholine and choline in the biological samples, the specific enzymes of acetylcholinesterase (AChE) and choline oxidase (ChO), which utilize acetylcholine and choline as substrates, were employed to convert substrates to $H_2O_2$. The produced $H_2O_2$ was coupled to 4-aminoantipyrine/phenol with peroxidase (PO) yielding quinoneimine dye which was measured at 508 nm. In the present enzymatic spectrophotometric analysis the product at the equilibrium state was measured considering accuracy, precision, time and cost of the analysis. The developed analytical method yielded good linearity (calibration curve; $A_{508}$=9534[acetylcholine]+0.009, correlation coefficient ($R^2$); 0.999) with detection limit of $1.11{\times}10^{-7}M$, reasonable precision (relative standard deviation; 0.10~1.62% at $2.5{\times}10^{-6}M{\sim}1.25{\times}10^{-4}M$) and accuracy (relative error; -0.24~0.97% at $4.13{\times}10^{-6}M{\sim}1.01{\times}10^{-4}M$) for acetylcholine chloride standard solution. The concentrations of acetylcholine and choline in human serum were found as $3.20{\times}10^{-5}M$ and $1.14{\times}10^{-4}M$, respectively. The brain tissues of Sprague-Dawley strain rat contained 9.82${\mu}g/g$ of acetylcholine and 6.53 ${\mu}g/g$ of choline in the cerebrum, while 7.37 ${\mu}g/g$ of acetylcholine and 5.34 ${\mu}g/g$ of choline in the cerebellum.
Kim, Ja-Hyun;Yeom, Dong-Hyuk;Kim, Joon-Ha;An, Kwang-Guk
Animal cells and systems
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v.16
no.4
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pp.329-336
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2012
This study evaluated ecological health, using various biomarkers and bioindicators, of pale chub (Zacco platypus) as a sentinel species, in Daejeon Stream, South Korea, during AprilMay 2011. The biomarkers and bioindicators were compared among three sites of control: Reference ($C_z$), transition ($T_z$), and the urban zones ($U_z$); and the 7-Ethoxyresorufin-O-deethylase (EROD) activity, DNA damage, acetylcholinesterase (AChE) activity, and vitellogenin (VTG) concentrations were more significantly increased in the $U_z$ than in the $C_z$. Also, physiological markers such as condition factor, liver somatic index, visceral somatic index, and gonad somatic index were significantly increased in the $U_z$ than in the $C_z$. For the health assessments, three categorized parameters of blood chemistry, molecular biomarkers, and physiological bioindicators were standardized and calculated as a star-plot, representing values of Integrated Health Response (IHR). Values of IHR had more significant (P<0.05) increases in the $U_z$ than any other zones, indicating an impairment of ecological health by organic matter, nutrients (N, P), and toxic chemicals. This study is based on low levels of biological organization approach of molecular and physiological biomarkers and bioindicators, so further study of high-levels of biological organization approach such as community and population is required for overall range of health assessments. The approach of IHR values, however, may be useful in providing early warning of future impacts on ecological health.
Lee, Jihye;Kim, Hye-Jeong;Lee, Chanhee;Park, Sang Hyeok;Jung, Chul Jong;Beik, Gyung Yun;Shin, Jin Gi;Jung, Ji Wook
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.32
no.6
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pp.375-383
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2018
This study was conducted to investigate the cognitive improvement and memory recovery effects of Korean and Chinese Crataegus pinnatifida ethanolic extracts on scopolamine-induced memory impairment in mice. In vivo studies were carried out with mice treated with Korean Crataegus pinnatifida extracts (KCF) and Chinese Crataegus pinnatifida extracts (CCF) in doses of 5 and 50 mg/kg (p.o.) and scopolamine was injected 30 min before the behavioral testing. Antioxidant activity was assessed by 2,2-diphenyl-1-picryl hydrazyl (DPPH) assay and 2,2-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS) assay, and acetylcholinesterase inhibition by Ellman's modified method. The chlorogenic acid and hyperoside as marker compounds of KCF and CCF was quantified by ultra-performance liquid chromatography analysis (UPLC). Results showed that KCF was more contained high content of chlorogenic acid and hyperoside than CCF. In addition, KCF was more exerted free radical (DPPH and ABTS) scavenging activity and blocked AChE activity than CCF. In vivo studies also showed that KCF administration has a further improved the memory of scopolamine-treated mice than CCF in Y-maze test, passive avoidance test and Morris water maze test. These results revealed that KCF more prevents scopolamine-induced memory impairments through antioxidant and acethylcholinesterase inhibition effect compared CCF.
One of the serious modern environmental problems is pollution caused by highly toxic pesticides. Only small amounts of applied pesticides reach their target, and the rest ends up in soil and water. Chlorpyrifos is a toxic, broad-spectrum organophosphate insecticide. In humans, chlorpyrifos inhibits acetylcholinesterase (AChE) in the peripheral and central nervous system, and particularly in children, small amounts of this pesticide cause neurotoxic damage. As the toxic effects of chlorpyrifos and its persistence in the environment require its removal from contaminated sites, it is essential to study the biological diversity of chlorpyrifos-degrading microorganisms. In this study, we sought to determine the chlorpyrifos-degrading ability of the bacterial strain Ochrobactrum intermedium PDB-3. This strain was isolated from soil contaminated with various pesticides and identified as PDB-3 based on morpho-cultural characteristics, MALDI-TOF MS, and 16S rRNA. Studies were conducted for 30 days in sterile soils containing initial concentrations of 50, 75, 100, and 125 mg/kg of chlorpyrifos. To determine the degradation of chlorpyrifos, a liquid culture of the strain was added to the soil at three optical densities: 0, and after 24 and 48 h (OD = 0.03, 0.2 and 0.32). Using GX-MS, we determined that chlorpyrifos was converted to 3,5,6-trichloro-2-pyridinol (TCP). We also found that with increasing optical density, rapid degradation of the initial concentration of chlorpyrifos occurred. Sterile soil without strain PDB-3 was used as a control sample.
Park, Seon Kyeong;Lee, Uk;Kang, Jin Yong;Kim, Jong Min;Shin, Eun Jin;Heo, Ho Jin
Korean Journal of Food Science and Technology
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v.52
no.3
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pp.263-273
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2020
In this study, in order to confirm the ameliorative effects of onion (Allium cepa L.) flesh and peel on amyloidbeta (Aβ)-induced cognitive dysfunction, we evaluated their in vitro neuroprotection and in vivo cognitive functions. As the result of in vitro neuroprotection, the protective effect of the ethyl acetate fraction of onion flesh (EOF) on Aβ-induced cytotoxicity was similar to that of the ethyl acetate fraction of onion peel (EOP). In the behavioral tests, the EOF and EOP effectively improved the Aβ-induced learning and memory impairments. For this reason, it could be concluded that the EOF and EOP improved the antioxidant activities (superoxide dismutase, oxidized glutathione/total glutathione, and malondialdehyde) in brain tissue. In addition, the EOF and EOP effectively activated mitochondrial functions by protecting the mitochondrial membrane potential, ATP, mitochondria-mediated protein (BAX and cytochrome c), and caspase 3/7 activities. The EOF and EOP also improved the cholinergic system (acetylcholinesterase and acetylcholine). Therefore, we suggest that onion could be used for management of Aβ-induced cognitive dysfunction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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