• Journal of Ginseng Research
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• 제45권4호
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• pp.473-481
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• 2021

Background: Mitochondrial dysfunction is one of the significant reasons for Alzheimer's disease (AD). Ginsenosides, natural molecules extracted from Panax ginseng, have been demonstrated to exert essential neuroprotective functions, which can ascribe to its anti-oxidative effect, enhancing central metabolism and improving mitochondrial function. However, a comprehensive analysis of cellular mitochondrial bioenergetics after ginsenoside treatment under Aβ-oxidative stress is missing. Methods: The antioxidant activities of ginsenoside Rb₁, Rd, Re, Rg₁ were compared by measuring the cell survival and reactive oxygen species (ROS) formation. Next, the protective effects of ginsenosides of mitochondrial bioenergetics were examined by measuring oxygen consumption rate (OCR) in PC12 cells under Aβ-oxidative stress with an extracellular flux analyzer. Meanwhile, mitochondrial membrane potential (MMP) and mitochondrial dynamics were evaluated by confocal laser scanning microscopy. Results: Ginsenoside Rg₁ possessed the strongest anti-oxidative property, and which therefore provided the best protective function to PC12 cells under the Aβ oxidative stress by increasing ATP production to 3 folds, spare capacity to 2 folds, maximal respiration to 2 folds and non-mitochondrial respiration to 1.5 folds, as compared to Aβ cell model. Furthermore, ginsenoside Rg1 enhanced MMP and mitochondrial interconnectivity, and simultaneously reduced mitochondrial circularity. Conclusion: In the present study, these results demonstrated that ginsenoside Rg₁ could be the best natural compound, as compared with other ginsenosides, by modulating the OCR of cultured PC12 cells during oxidative phosphorylation, in regulating MMP and in improving mitochondria dynamics under Aβ-induced oxidative stress.

• 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.

• Biomolecules & Therapeutics
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• 제31권1호
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• pp.127-138
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• 2023

Glycogen synthase kinase-3β (GSK-3β) is an important serine/threonine kinase that implicates in multiple cellular processes and links with the neurodegenerative diseases including Alzheimer's disease (AD). In this study, structure-based virtual screening was performed to search database for compounds targeting GSK-3β from Enamine's screening collection. Of the top-ranked compounds, 7 primary hits underwent a luminescent kinase assay and a cell assay using human neuroblastoma SH-SY5Y cells expressing Tau repeat domain (Tau_RD) with pro-aggregant mutation ΔK280. In the kinase assay for these 7 compounds, residual GSK-3β activities ranged from 36.1% to 90.0% were detected at the IC₅₀ of SB-216763. In the cell assay, only compounds VB-030 and VB-037 reduced Tau aggregation in SH-SY5Y cells expressing ΔK280 Tau_RD-DsRed folding reporter. In SH-SY5Y cells expressing ΔK280 Tau_RD, neither VB-030 nor VB-037 increased expression of GSK-3α Ser21 or GSK-3β Ser9. Among extracellular signal-regulated kinase (ERK), AKT serine/threonine kinase 1 (AKT), mitogen-activated protein kinase 14 (P38) and mitogenactivated protein kinase 8 (JNK) which modulate Tau phosphorylation, VB-037 attenuated active phosphorylation of P38 Thr180/ Tyr182, whereas VB-030 had no effect on the phosphorylation status of ERK, AKT, P38 or JNK. However, both VB-030 and VB-037 reduced endogenous Tau phosphorylation at Ser202, Thr231, Ser396 and Ser404 in neuronally differentiated SH-SY5Y expressing ΔK280 Tau_RD. In addition, VB-030 and VB-037 further improved neuronal survival and/or neurite length and branch in mouse hippocampal primary culture under Tau cytotoxicity. Overall, through inhibiting GSK-3β kinase activity and/or p-P38 (Thr180/Tyr182), both compounds may serve as promising candidates to reduce Tau aggregation/cytotoxicity for AD treatment.

• 생명과학회지
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• 제23권6호
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• pp.812-824
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• 2013

Reserpine은 항고혈압제로서 알츠하이머질병의 증상을 나타내는 Caenorhabditis elegans에서 세포독성을 감소시켜 마비를 억제하고 수명을 연장시키는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 이러한 reserpine의 효능을 포유동물에서 확인하기 위하여, 알츠하이머질병의 병리적 특성과 연관된 주요인자의 변화를 30일 동안 reserpine을 투여한 Tg2576 마우스에서 관찰하였다. 그 결과, 공격행동(aggressive behavior)은 vehicle 투여 그룹에 비하여 reserpine 투여 그룹에서 유의적으로 감소하였으나 사회적 접촉(social contact)은 유의적인 변화가 없었다. 뇌의 해마부분에서 알츠하이머질병의 원인 중 하나인 $A{\beta}$-42의 축적은 reserpine 투여 그룹에서 유의적으로 감소하였고, $A{\beta}$-42의 농도도 대조군에 비하여 reserpine 투여 그룹에서 감소하였다. 더불어, ${\gamma}$-secretase의 구성단백질 중에서 PS-2, Pen-2, APH-1의 발현은 대조군에 비하여 reserpine 투여군에서 유의적으로 감소하였으나 NCT 발현은 변화가 없었다. 혈청에서 NGF의 농도는 Tg2576 마우스에서 감소하였다가 reserpine 투여한 그룹에서 유의적으로 증가하였으며, high affinity receptor의 신호전달과정에 포함된 단백질 중에서 reserpine 투여 그룹은 TrkA의 인산화가 증가하고 ERK 인산화는 감소되었다. 한편 low affinity receptor의 신호전달과정에서, $p75^{NTR}$과 Bcl-2의 발현은 vehicle 그룹에 비하여 reserpine 투여 그룹에서 유의적으로 발현이 증가하였으나 RhoA의 발현은 reserpine 투여 그룹에서 감소하였다. 따라서 이러한 결과는 reserpine은 포유동물 치매모델인 Tg2576 마우스에서 행동학적 변화, $A{\beta}$-42의 축적, NGF의 농도, NGF신호전달의 변화 등을 유도하며, 향후 치매치료제로서 가능성을 제시하고 있다.

• Journal of Applied Biological Chemistry
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• 제62권4호
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• pp.327-332
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• 2019

알츠하이머 질환(Alzheimer's disease)은 대표적인 신경퇴행성 질환이며, 뇌 내 amyloid beta (Aβ) 축적에 의한 산화적 스트레스 및 염증반응은 대표적인 AD의 원인으로 알려져 있다. 본 연구에서는 kaempferol (K), kaempferol-3-O-glucoside (KG), quercetin (Q) 및 quercetin-3-β-ᴅ-glucoside (QG)와 같은 4가지 flavonoids의 C6 신경교세포에서 Aβ로 인한 신경독성으로부터의 보호 효능을 살펴보고자 하였다. C6 신경교세포에 Aβ를 처리하였을 때 세포 생존율이 감소한 반면, 4가지 flavonoids 중에서 Q와 QG의 처리 시 세포 생존율 증가를 통해 신경교세포 보호 효과를 확인하였다. 또한, Aβ를 처리한 control군의 경우 reactive oxygen species (ROS) 생성을 유도한 반면, flavonoids의 처리 시 ROS 생성이 감소하였다. 특히 Aβ를 처리한 control군은 133.39%의 ROS 생성을 나타내었으며, 1 μM의 KG와 QG를 각각 처리시 107.44, 113.10%의 수치를 나타내어 ROS 생성 감소를 확인하였다. Flavonoids의 Aβ에 대한 신경교세포 보호 기전을 확인하기 위해 염증 관련 단백질 발현을 측정하였다. Aβ로 신경독성이 유도된 control군은 염증 관련 단백질 발현이 증가하였다. 그러나, flavonoids를 처리한 군의 경우 염증 매개 인자인 inducible nitric oxide synthase, cyclooxygenase-2 and interleukin-1β의 발현 감소를 확인하였다. 특히, KG와 QG를 처리한 군은 aglycone 형태인 K와 Q를 처리한 군에 비해 효과적으로 염증 매개 인자 발현을 감소시켰다. 본 연구는 flavonoids의 일종인 K, Q와 그 배당체인 KG, QG의 Aβ로 신경독성이 유도된 신경교세포에서 산화적 스트레스 및 염증반응 조절을 통한 보호 효과를 나타냄을 알 수 있었으며, 이들 생리활성성분은 AD 예방 및 치료 소재로써의 가능성이 있을 것으로 사료된다.

• 생명과학회지
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• 제20권3호
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• pp.444-452
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• 2010

본 연구의 목적은 PS-2 (N141I) 알츠하이머 형질전환 모델 생쥐를 대상으로 트레드밀 운동이 뇌의 세포질과 미토콘드리아의 $A{\beta}$-42, cytochrome c, SOD-1, 2 and Sirt-3 단백질 발현에 미치는 효과를 알아보는데 있다. 우선 알츠하이머 형질전환 생쥐를 Non-Tg-sedentary (n=5), Non-Tg-treadmill exercise (n=5) 집단과 Tg-sedentary (n=5), Tg-treadmill exercise (n=5) 집단으로 구분하고 트레드밀 운동을 통한 신경보호 효과를 검증하기 위해 Tg와 Non-Tg집단에 12주간 트레드밀 운동을 수행한 후 인지능력을 살펴보고 뇌의 세포질과 미토콘드리아의 $A{\beta}$-42, cytochrome c, anti-oxidant enzymes (SOD-1, SOD-2)와 Sirt-3 단백질을 분석하였다. 먼저 트레드밀운동은 Tg 집단에서 인지능력의 개선을 나타냈으며 미토콘드리아의 $A{\beta}$-42와 세포질의 cytochrome c 단백질의 감소와 항산화 효소인 SOD-1, SOD-2를 유의하게 증가시켰다. 게다가 트레드밀 운동은 모든 집단에서 Sirt-3 단백질의 발현을 증가시켰다. 따라서 트레드밀 운동은 인지능력의 향상과 세포 내 스트레스를 유발하는 $A{\beta}$-42를 억제시켜 알츠하이머 질환을 개선시킬 수 있는 효과적인 방법이라고 생각된다.

• Investigative Magnetic Resonance Imaging
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• 제14권2호
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• pp.103-114
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• 2010

목적 : 자기공명영상을 이용한 치매연구에서 삼차원 T1강조 뇌 구조 영상으로 뇌기능을 분석할 경우 복셀 기반 형태분석 방법이 이용 된다. 그러나 일반적으로 The Montreal Neurological Institute (MNI) 152 라는 젊은 서양성인 뇌로 만들어진 표준판에 정규화되고 이는 분석오차가 생길 수 있어 한국 노인 및 치매환자의 뇌를 분석할 경우 부정확한 결과를 초래한다. 따라서, 본 연구의 목적은 뇌 분석을 최적화 하기 위해 한국 노인 및 치매 환자의 뇌 구조 영상의 표준판을 개발하는데 있다. 대상 및 방법 : 검사장비는 3테슬러를 이용하였으며 8채널 SENSE (sensitivity encoding) 머리코일을 이용하였다. 펄스열은 삼차원 T1 강조 터보 경사자장 타입으로 뇌의 해부학 영상을 획득하였다. 신경심리 검사 점수결과에 따라 정상 노인 43명, 경도인지장애 환자 44명, 알츠하이머성 치매 환자 36명 의 세 그룹으로 나누었다. 일반 선형 모델 방정식을 사용하여 나이와 성별 및 질환간의 차이에 의한 인자를 고려 하였으며, 평가된 인자는 쌍일치 접근 방법으로 한국 노인과 치매 환자의 뇌 표준판을 만들었다. 두 표준판의 Talairach 기준 점에 따른 평균거리와 뇌실의 거리를 계산하였다. 또한 뇌 전체 영역에서 회백질과 백질을 확률이 50% 이상인 복셀 개수를 세어 회백질과 백질의 영역을 계산하였다. 결과 : 최종 뇌 표준판은 MNI152뇌 표준판과 비교했을 경우 공간 분해능이 높았고, 평균거리와 뇌실의 크기에서 차이가 있었다. 회백질 및 백질의 영역은 본 연구에서 개발한 뇌 표준판의 회백질과 백질 모두에서 더 적었고, 백질보다 회백질에서 더 많은 차이가 있었다. 결론 : 본 연구에서 개발한 한국 뇌 표준판은 앞으로 한국 노인과 치매환자의 질환을 분석하는 연구에 유용할 것으로 생각된다.

• Biomolecules & Therapeutics
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• 제28권3호
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• pp.259-266
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• 2020

The present research work primarily investigated whether spinosin has the potential of improving the pathogenesis of Alzheimer's disease (AD) driven by β-amyloid (Aβ) overproduction through impacting the procession of amyloid precursor protein (APP). Wild type mouse Neuro-2a cells (N2a/WT) and N2a stably expressing human APP695 (N2a/APP695) cells were treated with spinosin for 24 h. The levels of APP protein and secreted enzymes closely related to APP procession were examined by western blot analysis. Oxidative stress related proteins, such as nuclear factor-erythroid 2-related factor 2 (Nrf2), and heme oxygenase-1 (HO-1) were detected by immunofluorescence assay and western blot analysis, respectively. The intracellular reactive oxygen species (ROS) level was analyzed by flow cytometry, the levels of Aβ_1-42 were determined by ELISA kit, and Thioflavin T (ThT) assay was used to detect the effect of spinosin on Aβ_1-42 aggregation. The results showed that ROS induced the expression of ADAM10 and reduced the expression of BACE1, while spinosin inhibited ROS production by activating Nrf2 and up-regulating the expression of HO-1. Additionally, spinosin reduced Aβ_1-42 production by impacting the procession of APP. In addition, spinosin inhibited the aggregation of Aβ_1-42. In conclusion, spinosin reduced Aβ_1-42 production by activating the Nrf2/HO-1 pathway in N2a/WT and N2a/APP695 cells. Therefore, spinosin is expected to be a promising treatment of AD.

• 대한한의학회지
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• 제30권3호
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• pp.1-14
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• 2009

Objectives : Alzheimer's disease (AD) is characterized by neuronal loss and extracellular senile plaque. Moreover, the cellular actions of ${\beta}$-amyloid (A${\beta}$ play a causative role in the pathogenesis of AD. This study was designed to determine whether Woo-Gui-Um, a commonly used Korean herbal medicine, has the ability to protect cortical and hippocampal neurons against A${\beta}_{25-35}$ neurotoxicity Methods : In the present study, the authors investigated the preventative effects of the water extract of Woo-Gui-Um in a mouse model of AD. Memory impairment was induced by intraventricularly (i.c.v.) injecting A${\beta}_{25-35}$ peptides into mice. Woo-Gui-Um extract was then administered orally (p.o.) for 14 days. In addition, A${\beta}_{25-35}$ toxicity on the hippocampus was assessed immunohistochemically, by staining for Tau, MAP2, TUNEL, and Bax, and by performing an in vitro study in PC12 cells. Results : Woo-Gui-Um extract had an effect to improve learning ability and memory score in the water maze task. Woo-Gui-Um extract had significant neuroprotective effects in vivo against oxidative damage and apoptotic cell death of hippocampal neurons caused by i.c.v. A${\beta}_{25-35}$. In addition, Woo-Gui-Um extract was found to have a protective effect on A${\beta}_{25-35}$-induced apoptosis, and to promote neurite outgrowth of nerve growth factor (NGF)-differentiated PC12 cells. Conclusions : These results suggest that Woo-Gui-Um extract reduces memory impairment and Alzheimer's dementia via an anti-apoptotic effect and by regulating Tau and MAP2 in the hippocampus.

• Biomolecules & Therapeutics
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• 제19권3호
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• pp.288-295
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• 2011

Amyloid beta ($A{\beta}$)-induced neurotoxicity is a major pathological mechanism of Alzheimer's disease (AD). In this study, we investigated the inhibitory effect of L-theanine, a component of green tea (Camellia sinensis) on $A{\beta}_{1-42}$-induced neurotoxicity and oxidative damages of macromolecules. L-theanine inhibited $A{\beta}_{1-42}$-induced generation of reactive oxygen species, and activation of extracellular signal-regulated kinase and p38 mitogenic activated protein kinase as well as the activity of nuclear factor kappa-B. L-theanine also signifi cantly reduced oxidative protein and lipid damage, and elevated glutathione level. Consistent with the reduced neurotoxic signals, L-theanine (10-50 ${\mu}g$/ml) concomitantly attenuated $A{\beta}_{1-42}$ (5 ${\mu}M$)-induced neurotoxicity in SK-N-MC and SK-N-SH human neuroblastoma cells. These data indicate that L-theanine on $A{\beta}$-induced neurotoxicity prevented oxidative damages of neuronal cells, and may be useful in the prevention and treatment of neurodegenerative disease like AD.