The deposition of the amyloid $\beta}$ ($A{\beta}$)-peptide following proteolytic processing of amyloid precursor protein (APP) by $\beta$-secretase (BACE1) and $\gamma$-secretase is critical feature in the progress of Alzheimer's disease (AD). Consequently, BACE1, a key enzyme in the production of $A{\beta}$, is a prime target for therapeutic intervention in AD. In the course of searching for BACE1 inhibitors from natural sources, the ethyl acetate fraction of Petasites japonicus showed potent inhibitory activity. Two BACE1 inhibitors quercetin (QC) and kaempferol 3-O-(6"-acetyl)-$\beta$-glucopyranoside (KAG) were isolated from P. japonicus by activity-guided purification. QC, in particular, non-competitively attenuated BACE1 activity with $IC_{50}$ value of $2.1{\times}10^{-6}\;M$ and $K_i$ value of $3.7{\times}10^{-6}\;M$. Both compounds exhibited less inhibition of $\alpha$-secreatase (TACE) and other serine proteases including chymotrypsin, trypsin, and elastase, suggesting that they ere relatively specific and selective inhibitors to BACE1. Furthermore, both compounds significantly reduced the extracellular $A{\beta}$ secretion in $APP_{695}$-transfected B103 cells.
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.
Collision-induced dissociation (CID) combined with electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS) was used to obtain structural information on rat islet amyloid polypeptide (rIAPP) monomers (M) and dimers (D) observed in the multiply charged state in the MS spectrum. MS/MS analysis indicated that the rIAPP monomers adopt distinct structures depending on the molecular ion charge state. Peptide bond dissociation between L27 and P28 was observed in the MS/MS spectra of rIAPP monomers, regardless of the monomer molecular ion charge state. MS/MS analysis of the dimers indicated that D5+ comprised M2+ and M3+ subunits, and that the peptide bond dissociation process between the L27 and P28 residues of the monomer subunit was also maintained. The observation of (M+ b27)4+ and (M+ y10)3+ fragment ions were deduced to originate from the two different D5+ complex geometries, the N-terminal and C-terminal interaction geometries, respectively. The fragmentation pattern of the [MrIAPP + MhIAPP]5+ MS/MS spectrum showed that the interaction occurred between the two N-terminal regions of MrIAPP and MhIAPP in the heterogeneous dimer (hetero-dimer) D5+ structure.
It is well known that exercise may have a positive effects on dementia. However, most of dementia-related studies were performed about symptom care, diverse treatment and drug treatment. Although regular physical exercise plays an important role of brain function and dementia prevention, only a few research studies showed the effect of physical exercise on dementia and brain function. This study is to investigate about the sleep-related factors (melatonin, serotonin), dementia-related factors (BDNF, beta-amyloid, IGF-1, Irisin, GLUT) with physical exercise. This study revealed that Myokine (Irisin, IGF-1), GLUT and Melatonin is an important factors to improve or sometimes delay the symptoms of dementia through BDNF activation following endurance exercise. However, these results were controversal following the various kinds of exercise type, mode, duration and exercise intensity and so forth. Therefore, further mechanism study about exercise and dementia is urgently needed in this area.
Alzheimer's disease (AD) is the most frequent age-related human neurological disorder. The characteristics of AD include senile plaques, neurofibrillary tangles, and loss of synapses and neurons in the brain. ${\beta}-Amyloid$ ($A{\beta}$) peptide is the predominant proteinaceous component of senile plaques. The amyloid hypothesis states that $A{\beta}$ initiates the cascade of events that result in AD. Amyloid precursor protein (APP) processing plays an important role in $A{\beta}$ production, which initiates synaptic and neuronal damage. ${\delta}-Catenin$ is known to be bound to presenilin-1 (PS-1), which is the main component of the ${\gamma}-secretase$ complex that regulates APP cleavage. Because PS-1 interacts with both APP and ${\delta}-catenin$, it is worth studying their interactive mechanism and/or effects on each other. Our immunoprecipitation data showed that there was no physical association between ${\delta}-catenin$ and APP. However, we observed that ${\delta}-catenin$ could reduce the binding between PS-1 and APP, thus decreasing the PS-1 mediated APP processing activity. Furthermore, ${\delta}-catenin$ reduced PS-1-mediated stabilization of APP. The results suggest that ${\delta}-catenin$ can influence the APP processing and its level by interacting with PS-1, which may eventually play a protective role in the degeneration of an Alzheimer's disease patient.
Kim, Ji Hyun;Kim, Min Jeong;Choi, Ji Myung;Lee, Sanghyun;Cho, Eun Ju
Korean Journal of Agricultural Science
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v.46
no.2
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pp.369-379
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2019
Alzheimer's disease (AD) is the most common neurodegenerative disease associated with age, and amyloid beta ($A{\beta}$) is known to cause Alzheimer's disease. In the present study, we investigated the protective effects of Cirsium japonicum var. maackii extract and its fractions against $A{\beta}$-induced neurotoxicity in C6 glial cells. The cells treated with $A{\beta}_{25-35}$ showed a decrease in cell viability and an increase in reactive oxygen species (ROS) production compared with the non-treated cells. However, the cells treated with the C. japonicum var. maackii extract and its fractions increased the cell viability and inhibited the $A{\beta}$-induced ROS production. These results demonstrate the neuroprotective effects of C. japonicum var. maackii against $A{\beta}$. To further examine the protective mechanism, we measured inflammation and apoptosis related protein expressions. The cells treated with extract and fractions from C. japonicum var. maackii down-regulated inflammatory related proteins such as cyclooxygenase-2, interleukin $(IL)-1{\beta}$, and IL-6, and attenuated apoptosis related proteins including B-cell lymphoma-2 (Bcl-2) associated X protein/Bcl-2 ratio. In particular, the ethanol and ethylacetate fraction exhibited higher inhibitory effect against ROS production and apoptosis-related protein expressions among the extract and the other fractions. Therefore, this study demonstrated the protective effects of C. japonicum var. maackii extract and its fractions against $A{\beta}$-induced neurotoxicity in C6 glial cells through the regulation of oxidative stress, inflammation, and apoptosis, suggesting that it might have potential as a therapeutic for AD.
Excessive accumulation of the amyloid beta (Aβ) peptide has been implicated in the pathogenesis of Alzheimer's disease (AD). Paeonia lactiflora (PL) has been used in treatments of several conditions such as inflammation, arthritis, and cognitive impairment. The purpose of this study was to investigate the neuroprotective effect and mechanisms of PL and its active compound, paeoniflorin (PF), on Aβ25-35-induced neurotoxicity in SH-SY5Y cells. We evaluated cell viability, lactate dehydrogenase (LDH) release and reactive oxygen species (ROS) production. Furthermore, underlying mechanism of PL and PF on the regulation of amyloidogenic pathway was analyzed by Western blotting. In our results, Aβ25-35-induced neuronal cell loss was observed, whereas treatment with PL (10, 50, and 100 ㎍/mL) and PF (1, 5, and 10 ㎍/mL) significantly elevated the cell viability, and decreased LDH release and ROS production. In addition, exposure of SH-SY5Y cells to Aβ25-35 significantly increased the protein levels of amyloid precursor protein (APP)-C-terminal fragment β, β-site APP-cleaving enzyme, and presenilin-1 and -2. However, treatment with PL and PF inhibited the amyloidogenic pathway via the down-regulation of those protein expressions. Taken together, our results indicate that PL, and its active compound PF, could protect SH-SY5Y cells against Aβ25-35-induced cell neurotoxicity by attenuating LDH release and ROS production, and these effects may be attributed to regulation of amyloidogenic pathway-related protein expression. In conclusion, PL and PF could be a potential to prevent neurodegenerative disorders such as AD.
Kim, Min Jeong;Jung, Ji Eun;Lee, Sanghyun;Cho, Eun Ju;Kim, Hyun Young
Nutrition Research and Practice
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v.15
no.2
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pp.173-186
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2021
BACKGROUD/OBJECTIVES: Alzheimer's disease (AD) is the most common cause of dementia in the elderly. Due to the increased incidence of dementia, there is a corresponding increase concerning the importance of AD. In this study, we investigated the protective effects conferred by Zizyphus jujuba (Zj) and Zizyphus jujuba fermented by yeast (Zj-Y), on cognitive impairment in an AD mouse model. MATERIALS/METHODS: AD was induced by injecting amyloid beta25-35 (Aβ25-35) in ICR mice, and subsequently 200 mg/kg Zj or Zj-Y was administered daily for 14 days. The cognitive ability of AD mice was observed through behavioral experiments in T-maze, novel object recognition, and Morris water maze tests. We subsequently measured the levels of malondialdehyde (MDA), nitric oxide (NO), aspartate aminotransferase, and alanine aminotransferase in either tissues or serum. RESULTS: In behavioral tests, deterioration was revealed in the short- and long-term learning and memory functions in the Aβ25-35-injected control group compared to the normal group, indicating that Aβ25-35 injection impairs cognitive functions. However, administration of Zj and Zj-Y improved cognitive function in mice, as compared to the Aβ25-35-injected control mice. In addition, the Aβ25-35 induced elevations of MDA and NO in the brain, kidney, and liver were suppressed after exposure to Zj and Zj-Y. Especially, Zj-Y showed stronger scavenging effect against MDA and NO, as compared to Zj. CONCLUSIONS: Results of the present study indicate that Zj-Y exerts a protective effect on cognitive impairment and memory dysfunction, which is exerted by attenuating the oxidative stress induced by Aβ25-35.
Kwon, Yu Ri;Kim, Ji-Hyun;Lee, Sanghyun;Kim, Hyun Young;Cho, Eun Ju
Nutrition Research and Practice
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v.16
no.2
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pp.173-193
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2022
BACKGROUND/OBJECTIVES: Alzheimer's disease (AD) is one of the most representative neurodegenerative disease mainly caused by the excessive production of amyloid beta (Aβ). Several studies on the antioxidant activity and protective effects of Populus tomentiglandulosa (PT) against cerebral ischemia-induced neuronal damage have been reported. Based on this background, the present study investigated the protective effects of PT against cognitive impairment in AD. MATERIALS/METHODS: We orally administered PT (50 and 100 mg/kg/day) for 14 days in an Aβ25-35-induced mouse model and conducted behavioral experiments to test cognitive ability. In addition, we evaluated the levels of aspartate aminotransferase (AST) and alanine aminotransferase (ALT) in serum and measured the production of lipid peroxide, nitric oxide (NO), and reactive oxygen species (ROS) in tissues. RESULTS: PT treatment improved the space perceptive ability in the T-maze test, object cognitive ability in the novel object recognition test, and spatial learning/long-term memory in the Morris water-maze test. Moreover, the levels of AST and ALT were not significantly different among the groups, indicating that PT did not show liver toxicity. Furthermore, administration of PT significantly inhibited the production of lipid peroxide, NO, and ROS in the brain, liver, and kidney, suggesting that PT protected against oxidative stress. CONCLUSIONS: Our study demonstrated that administration of PT improved Aβ25-35-induced cognitive impairment by regulating oxidative stress. Therefore, we propose that PT could be used as a natural agent for AD improvement.
Objectives : The purpose of this study is to investigate neuroprotective effects and molecular mechanisms of luteolin against ${\beta}$-amyloid ($A{\beta}_{25-35}$)-induced oxidative cell death in BV-2 cells. Methods : The protective effects of luteolin against $A{\beta}_{25-35}$-induced cytotoxicity and apoptotic cell death were determined by MTT dye reduction assay and TUNEL staining, respectively. The apoptotic cell death was further analyzed by measuring mitochondrial transmembrane potential and expression of pro- and/or anti-apoptotic proteins. To elucidate the molecular mechanisms underlying the protective effects of luteolin, intracellular accumulation of reactive oxygen species, oxidative damages, and expression of antioxidant enzymes were examined. Results : Luteolin pretreatment effectively attenuated $A{\beta}_{25-35}$-induced apoptotic cell death indices such as DNA fragmentation, dissipation of mitochondrial transmembrane potential, increased Bax/Bcl-2 ratio, and activation of c-Jun N-terminal kinase and caspase-3 in BV-2 cells. Furthermore, $A{\beta}_{25-35}$-induced intracellular formation of reactive oxygen species and subsequent oxidative damages such as lipid peroxidation and depletion of endogenous antioxidant glutathione were suppressed by luteolin treatment. The neuroprotective effects of luteolin might be mediated by up-regulation of cellular antioxidant defense system via up-regulation of ${\gamma}$-glutamylcysteine ligase, a rate-limiting enzyme in the glutathione biosynthesis and superoxide dismutase, an enzyme involved in dismutation of superoxide anion into oxygen and hydrogen peroxide. Conclusions : These findings suggest that luteolin has a potential to protect against $A{\beta}_{25-35}$-induced neuronal cell death and damages thereby exhibiting therapeutic utilization for the prevention and/or treatment of Alzheimer's disease.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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