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 Aβ1-42 were determined by ELISA kit, and Thioflavin T (ThT) assay was used to detect the effect of spinosin on Aβ1-42 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 Aβ1-42 production by impacting the procession of APP. In addition, spinosin inhibited the aggregation of Aβ1-42. In conclusion, spinosin reduced Aβ1-42 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.
Chong Myung Tang is consisted of three medicinal herbs (Acori Graminei Rhizoma, Polygalae Radix and Hoelen cum Radix). It has been used as a medicine for the purpose of learning and memory improvement. In this paper, Chong Myung Tang was screened the biological activities for Alzheimer's disease. The extract (70% ethanol) of Acari Graminei Rhizoma (1 mg/ml) showed that acetylcholinesterase (AChE) and amyloid beta ($A{\beta}$) peptide aggregation inhibitory potency are 43.1% and 76.5%, respectively. The extract of Polygalae Radix showed inhibitory activity against $A{\beta}_{1-42}$ peptide aggregation (51.5%). To predict the drug-likeness, oral absorption ability; blood-brain barrier (BBB) penetraion rate, mutagenecity and carcinogenicity; in silico screening was performed against 16 compounds in the three medicinal herbs. According to the results, all compounds have appropriate chemical structures as medicines. The six compounds in Acori Graminei Rhizoma and the five compounds in Hoelen cum Radix showed excellent oral absorption rate and BBB penetration rate. The four compounds in Polygalae Radix showed excellent oral absorption rate, but their BBB penetration was presented low rate. And, the extract of Hoelen cum Radix didn't show AChE and $A{\beta}_{1-42}$ peptide aggregation inhibitory activities in vitro. Therefore, their activity in brain may be other mechanism. According to all of the results, in silico prediction technology is convenient and effective to determine biological active compounds in medicinal herbs.
Transthyretin (TTR) is an indispensable transporter protein of thyroxine and a retinol molecule in humans. TTR has a stable homo-tetrameric structure in its native state, while upon dissociation into monomers, it becomes aggregation-prone and can form an amyloid fibril. Although the amyloidogenic propensity of TTR has been known and investigated since the late 1990s, the structural information regarding TTR's amyloidogenic species is still elusive. Here, we employed high-pressure nuclear magnetic resonance (HP-NMR) approaches on the monomeric variant of TTR (TTR[F87M/L110M]; M-TTR) and observed that it experiences a two-step transition in response to the pressurized condition. Our study demonstrated that M-TTR in an ambient condition has heterogeneous structural features, which is likely related to the amyloidogenic propensity of TTR.
Alzheimer's disease (AD) is the most prevalent form of neurodegenerative disease associated with aging in the human population. This disease is characterized by the extracellular deposition of beta-amyloid peptide $(A{\beta})$ in cerebral plaques. $A{\beta}$ is derived from the ${\beta}-amyloid$ precursor protein (APP) by the enzymes, ${\beta}-$ and ${\eta}o-secretase$. Compounds that ${\beta}-$ or ${\eta}o-secretase$ inhibit activity, can reduce the production of $A{\beta}$ peptides, and thus have therapeutic potential in the treatment of AD. Increasing body of evidence has been demonstrated that Bee Venom(BV) Acupuncture could compete with complex protein involving in multiple step of $NF-{\kappa}B$ activation and exert the anti-inflammatory potential of combined inhibition of the prostanoid and nitric oxide synthesis systems by inhibition of IKK and $NF-{\kappa}B$. In this study, I investigated possible effects of BV on memory dysfunction caused by lipopolysaccharide (LPS) and $A{\beta}$ through inhibition of secretases activities and $A{\beta}$ aggregation. I examined the improving effect of BV on the LPS (2.5 mg/Kg, i.p.)-induced memory dysfunction using passive avoidance response and water maze tests in the mice. BV (0.84, $1.67\;{\mu}g/ml$) reversed the LPS-induced memorial dysfunction in dose dependent manner. BV also dose-dependently attenuated LPS-induced ${\beta}$ and ${\eta}o-secretase$ activities in cerebral cortex and hippocampus of the mice brain. This study therefore suggests that BV acupuncture method may be useful for prevention of development or progression of AD.
Alzheimer's disease (AD), an irreversible degenerative disorder, is associated with accumulation and aggregation of amyloid-β peptides, hyperphosphorylated tau proteins, and high level of metal ions in the brain. Up to date, there is no effective therapeutic agent to stop the progress of the disease and thus early and accurate diagnosis of AD has gained increasing attention in recent years. Among several diagnostic methods, an optical imaging using fluorescent probes is one of the most promising tools to visualize AD biomarkers. In this review, we will introduce fluorescent probes that can be applied to in vivo brain imaging of AD models and also their structure. It is expected that the present review will provide useful information to many scientists in the related research fields.
Keontae Park;Ranhee Kim;Kyungnam Cho;Chang Hyeon Kong;Mijin Jeon;Woo Chang Kang;Seo Yun Jung;Dae Sik Jang ;Jong Hoon Ryu
Journal of Ginseng Research
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v.48
no.1
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pp.59-67
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2024
Background: Alzheimer's disease (AD) has memory impairment associated with aggregation of amyloid plaques and neurofibrillary tangles in the brain. Although anti-amyloid β (Aβ) protein antibody and chemical drugs can be prescribed in the clinic, they show adverse effects or low effectiveness. Therefore, the development of a new drug is necessarily needed. We focused on the cognitive function of Panax ginseng and tried to find active ingredient(s). We isolated panaxcerol D, a kind of glycosyl glyceride, from the non-saponin fraction of P. ginseng extract. Methods: We explored effects of acute or sub-chronic administration of panaxcerol D on cognitive function in scopolamine- or Aβ25-35 peptide-treated mice measured by several behavioral tests. After behavioral tests, we tried to unveil the underlying mechanism of panaxcerol D on its cognitive function by Western blotting. Results: We found that pananxcerol D reversed short-term, long-term and object recognition memory impairments. The decreased extracellular signal-regulated kinases (ERK) or Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) in scopolamine-treated mice was normalized by acute administration of panaxcerol D. Glial fibrillary acidic protein (GFAP), caspase 3, NF-kB p65, synaptophysin and brainderived neurotrophic factor (BDNF) expression levels in Aβ25-35 peptide-treated mice were modulated by sub-chronic administration of panaxcerol D. Conclusion: Pananxcerol D could improve memory impairments caused by cholinergic blockade or Aβ accumulation through increased phosphorylation level of ERK or its anti-inflammatory effect. Thus, panaxcerol D as one of non-saponin compounds could be used as an active ingredient of P. ginseng for improving cognitive function.
Ham, Sangwoo;Kim, Hyojung;Hwang, Seojin;Kang, Hyunook;Yun, Seung Pil;Kim, Sangjune;Kim, Donghoon;Kwon, Hyun Sook;Lee, Yun-Song;Cho, MyoungLae;Shin, Heung-Mook;Choi, Heejung;Chung, Ka Young;Ko, Han Seok;Lee, Gum Hwa;Lee, Yunjong
Molecules and Cells
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v.42
no.6
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pp.480-494
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2019
Aggregates of disease-causing proteins dysregulate cellular functions, thereby causing neuronal cell loss in diverse neurodegenerative diseases. Although many in vitro or in vivo studies of protein aggregate inhibitors have been performed, a therapeutic strategy to control aggregate toxicity has not been earnestly pursued, partly due to the limitations of available aggregate models. In this study, we established a tetracycline (Tet)-inducible nuclear aggregate (${\beta}23$) expression model to screen potential lead compounds inhibiting ${\beta}23$-induced toxicity. High-throughput screening identified several natural compounds as nuclear ${\beta}23$ inhibitors, including peucedanocoumarin III (PCIII). Interestingly, PCIII accelerates disaggregation and proteasomal clearance of both nuclear and cytosolic ${\beta}23$ aggregates and protects SH-SY5Y cells from toxicity induced by ${\beta}23$ expression. Of translational relevance, PCIII disassembled fibrils and enhanced clearance of cytosolic and nuclear protein aggregates in cellular models of huntingtin and ${\alpha}$-synuclein aggregation. Moreover, cellular toxicity was diminished with PCIII treatment for polyglutamine (PolyQ)-huntingtin expression and ${\alpha}$-synuclein expression in conjunction with 6-hydroxydopamine (6-OHDA) treatment. Importantly, PCIII not only inhibited ${\alpha}$-synuclein aggregation but also disaggregated preformed ${\alpha}$-synuclein fibrils in vitro. Taken together, our results suggest that a Tet-Off ${\beta}23$ cell model could serve as a robust platform for screening effective lead compounds inhibiting nuclear or cytosolic protein aggregates. Brain-permeable PCIII or its derivatives could be beneficial for eliminating established protein aggregates.
Kim, Jaekwang;Yoon, Hyejin;Basak, Jacob;Kim, Jungsu
Molecules and Cells
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v.37
no.11
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pp.767-776
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2014
Alzheimer's disease (AD) is clinically characterized with progressive memory loss and cognitive decline. Synaptic dysfunction is an early pathological feature that occurs prior to neurodegeneration and memory dysfunction. Mounting evidence suggests that aggregation of amyloid-${\alpha}$ ($A{\alpha}$) and hyperphosphorylated tau leads to synaptic deficits and neurodegeneration, thereby to memory loss. Among the established genetic risk factors for AD, the ${\varepsilon}4$ allele of apolipoprotein E (APOE) is the strongest genetic risk factor. We and others previously demonstrated that apoE regulates $A{\alpha}$ aggregation and clearance in an isoform-dependent manner. While the effect of apoE on $A{\alpha}$ may explain how apoE isoforms differentially affect AD pathogenesis, there are also other underexplored pathogenic mechanisms. They include differential effects of apoE on cerebral energy metabolism, neuroinflammation, neurovascular function, neurogenesis, and synaptic plasticity. ApoE is a major carrier of cholesterols that are required for neuronal activity and injury repair in the brain. Although there are a few conflicting findings and the underlying mechanism is still unclear, several lines of studies demonstrated that apoE4 leads to synaptic deficits and impairment in long-term potentiation, memory and cognition. In this review, we summarize current understanding of apoE function in the brain, with a particular emphasis on its role in synaptic plasticity and the underlying cellular and molecular mechanisms, involving low-density lipoprotein receptor-related protein 1 (LRP1), syndecan, and LRP8/ApoER2.
Ya-Jen Chiu;Yu-Shan Teng;Chiung-Mei Chen;Ying-Chieh Sun;Hsiu Mei Hsieh-Li;Kuo-Hsuan Chang;Guey-Jen Lee-Chen
Biomolecules & Therapeutics
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v.31
no.3
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pp.285-297
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2023
Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disease with progressive memory loss and the cognitive decline. AD is mainly caused by abnormal accumulation of misfolded amyloid β (Aβ), which leads to neurodegeneration via a number of possible mechanisms such as down-regulation of brain-derived neurotrophic factor-tropomyosin-related kinase B (BDNF-TRKB) signaling pathway. 7,8-Dihydroxyflavone (7,8-DHF), a TRKB agonist, has demonstrated potential to enhance BDNF-TRKB pathway in various neurodegenerative diseases. To expand the capacity of flavones as TRKB agonists, two natural flavones quercetin and apigenin, were evaluated. With tryptophan fluorescence quenching assay, we illustrated the direct interaction between quercetin/apigenin and TRKB extracellular domain. Employing Aβ folding reporter SH-SY5Y cells, we showed that quercetin and apigenin reduced Aβ-aggregation, oxidative stress, caspase-1 and acetylcholinesterase activities, as well as improved the neurite outgrowth. Treatments with quercetin and apigenin increased TRKB Tyr516 and Tyr817 and downstream cAMP-response-element binding protein (CREB) Ser133 to activate transcription of BDNF and BCL2 apoptosis regulator (BCL2), as well as reduced the expression of pro-apoptotic BCL2 associated X protein (BAX). Knockdown of TRKB counteracted the improvement of neurite outgrowth by quercetin and apigenin. Our results demonstrate that quercetin and apigenin are to work likely as a direct agonist on TRKB for their neuroprotective action, strengthening the therapeutic potential of quercetin and apigenin in treating AD.
Ji Won Jang;Jin Yeong Lim;Seo Yeon Kim;Jin Se Kim;Ho-Tae Kim
Mass Spectrometry Letters
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v.14
no.4
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pp.153-159
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2023
The copper ion, Cu(II), binding sites for amyloid fragment Aβ1-16 (=Aβ16 ) were investigated to explain the biological activity difference in the Aβ16 aggregation process. The [M+Cu+(z-2)H]z+ (z = 2, 3 and 4, M = Aβ16 monomer) and [D+Cu+(z-2)H]z+ (z = 3 and 5, D = Aβ16 dimer) structures were investigated using electrospray ionization (ESI) mass spectrometry (MS) and tandem mass spectrometry (MS/MS). Fragment ions of the [M+Cu+(z-2)H]z+ and [D+Cu+(z-2)H]z+ complexes were observed using collision-induced dissociation MS/MS. Three different fragmentation patterns (fragment "a", "b", and "y" ion series) were observed in the MS/MS spectrum of the (Aβ16 monomer or dimer-Cu) complex, with the "b" and "y" ion series regularly observed. The "a" ion series was not observed in the MS/MS spectrum of the [M+Cu+2H]4+ complex. In the non-covalent bond dissociation process, the [D+Cu+3H]5+ complex separated into three components ([M+Cu+H]3+, M3+, and M2+), and the [M+Cu]2+ subunit was not observed. The {M + fragment ion of [M+Cu+H]3+} fragmentation pattern was observed during the covalent bond dissociation of the [D+Cu +3H]5+ complex. The {M + [M+Cu+H]3+} complex geometry was assumed to be stable in the [D+Cu+3H]5+ complex. The {M + fragment ion of [M+Cu]2+} fragmentation pattern was also observed in the MS/MS spectrum of the [D+Cu+H]3+ complex. The {M + [y9+Cu]1+} fragment ion was the characteristic fragment ion. The [D+Cu+H]3+ and [D+Cu+3H]5+ complexes were likely to form a monomer-monomer-Cu (M-M-Cu) structure instead of a monomer-Cu-monomer (M-Cu-M) structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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