Jang, Ji Yeon;Lee, Hong Kyu;Yoo, Hwan-Su;Seong, Yeon Hee
Natural Product Sciences
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v.26
no.3
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pp.221-229
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2020
This study was undertaken to investigate the protective effect of rice bran oil (RBO) on amyloid β protein (Aβ) (25-35)-induced memory impairment and brain damage in an ICR mouse model. Memory impairment was produced by intracerebroventricular microinjection of 15 nmol Aβ (25-35) and assessed using the passive avoidance test. Treatment with RBO at 0.1, 0.5, or 1 mL/kg (p.o. daily for 8 days) protected against Aβ (25-35)-induced memory impairment. Furthermore, Aβ (25-35)-induced decreases in glutathione and increases in lipid peroxidation and cholinesterase activity in brain tissue were inhibited by RBO, and Aβ (25-35)-induced increases of phosphorylated mitogen-activated protein kinases (MAPKs) and inflammatory factors, and changes in the levels of apoptosis-related proteins were significantly inhibited by RBO. Furthermore, Aβ (25-35) suppressed the PI3K/Akt pathway and the phosphorylation of CREB, but increased phosphorylation of tau (p-tau) in mice brain; these effects were significantly inhibited by administration of RBO. These results suggest that RBO inhibits Aβ (25-35)-induced memory impairment by inducing anti-apoptotic and anti-inflammatory effects, promoting PI3K/Akt/CREB signaling, and thus, inhibiting p-tau formation.
Promising evidence suggests that amyloid beta peptide ($A{\beta}$), a key mediator in age-dependent neuronal and cerebrovascular degeneration, activates death signalling processes leading to neuronal as well as non-neuronal cell death in the central nervous system. A major cellular event in $A{\beta}$-induced apoptosis of non-neuronal cells, including cerebral endothelial cells, astrocytes and oligodendrocytes, is mitochondrial dysfunction. The apoptosis signalling cascade upstream of mitochondria entails $A{\beta}$ activation of neutral sphingomyelinase, resulting in the release of ceramide from membrane sphingomyelin. Ceramide then activates protein phosphatase 2A (PP2A), a member in the ceramide-activated protein phosphatase (CAPP) family. PP2A dephosphorylation of Akt and FKHRL1 plays a pivotal role in $A{\beta}$-induced Bad translocation to mitochondria and transactivation of Bim. Bad and Bim are pro-apoptotic proteins that cause mitochondrial dysfunction characterized by excessive ROS formation, mitochondrial DNA (mtDNA) damage, and release of mitochondrial apoptotic proteins including cytochrome c, apoptosis inducing factor (AIF), endonuclease G and Smac. The cellular events activated by $A{\beta}$ to induce death of non-neuronal cells are complex. Understanding these apoptosis signalling processes will aid in the development of more effective strategies to slow down age-dependent cerebrovascular degeneration caused by progressive cerebrovascular $A{\beta}$ deposition.
The most common form of senile dementia is Alzheimer's disease (AD), which is characterized by the extracellular deposition of amyloid ${\beta}-peptide$ ($A{\beta}$) plaques and the intracellular formation of neurofibrillary tangles (NFTs) in the cerebral cortex. Tau abnormalities are commonly observed in many neurodegenerative diseases including AD, Parkinson's disease, and Pick's disease. Interestingly, tau-mediated formation of NFTs in AD brains shows better correlation with cognitive impairment than $A{\beta}$ plaque accumulation; pathological tau alone is sufficient to elicit frontotemporal dementia, but it does not cause AD. A growing amount of evidence suggests that soluble $A{\beta}$ oligomers in concert with hyperphosphorylated tau (pTau) serve as the major pathogenic drivers of neurodegeneration in AD. Increased $A{\beta}$ oligomers trigger neuronal dysfunction and network alternations in learning and memory circuitry prior to clinical onset of AD, leading to cognitive decline. Furthermore, accumulated damage to mitochondria in the course of aging, which is the best-known nongenetic risk factor for AD, may collaborate with soluble $A{\beta}$ and pTau to induce synapse loss and cognitive impairment in AD. In this review, I summarize and discuss the current knowledge of the molecular and cellular biology of AD and also the mechanisms that underlie $A{\beta}-mediated$ neurodegeneration.
Kim, Hyun-Jin;Chatani, Eri;Goto, Yuji;Paik, Seung-R.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.17
no.12
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pp.2027-2032
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2007
[ ${\alpha}$ ]-Synuclein is the major component of Lewy bodies and responsible for the amyloid deposits observed in Parkinson's disease. Ordered filamentous aggregate formation of the natively unfolded ${\alpha}$-synuclein was investigated in vitro with the periodic ultrasonication. The ultrasonication induced the fibrillation of ${\alpha}$-synuclein, as the random structure gradually converted into a ${\beta}$-sheet structure. The resulting fibrils obtained at the stationary phase appeared heterogeneous in their size distribution, with the average length and height of $0.28\;{\mu}m{\pm}0.21\;{\mu}m$ and $5.6\;nm{\pm}1.9\;nm$, respectively. After additional extensive ultrasonication in the absence of monomeric ${\alpha}$-synuclein, the equilibrium between the fibril formation and its breakdown shifted to the disintegration of the preexisting fibrils. The resulting fragments served as nucleation centers for the subsequent seed-dependent accelerated fibrillation under a quiescent incubation condition. This self-seeding amplification process depended on the seed formation and subsequent alterations in their properties by the ultrasonication to a state that accretes the monomeric soluble protein more effectively than their reassociation of the seeds back to the original fibrils. Since many neurodegenerative disorders have been considered to be propagated via the seed-dependent amyloidosis, this study would provide a novel aspect of the significance of the seed structure and its properties leading to the acce]erated amyloid formation.
Neurofilament-L (NF-L) is a major element of neuronal cytoskeletons and known to be important for neuronal survival in vivo. Since oxidative stress might play a critical role in the pathogenesis of neurodegenerative diseases, we investigated the role of copper and peroxide in the modification of NF-L. When disassembled NF-L was incubated with copper ion and hydrogen peroxide, then the aggregation of protein was proportional to copper and hydrogen peroxide concentrations. Dityrosine crosslink formation was obtained in copper-mediated NF-L aggregates. The copper-mediated modification of NF-L was significantly inhibited by thiol antioxidants, N-acetylcysteine, glutathione, and thiourea. A thioflavin-T binding assay was performed to determine whether the copper/$H_2O_2$ system-induced in vitro aggregation of NF-L displays amyloid-like characteristics. The aggregate of NF-L displayed thioflavin T reactivity, which was reminiscent of amyloid. This study suggests that copper-mediated NF-L modification might be closely related to oxidative reactions which may play a critical role in neurodegenerative diseases.
We have performed long time REMD simulation on 15-19 residues of human calcitonin hormone (DFNKF) which is known to form highly ordered amyloid fibril. The simulation started from randomly oriented multiple DFNKF strand. Using all-atom level simulations with the generalized Born solvation (GB) model (param99MOD3), we observed spontaneous formation of ${\beta}$-sheet for tetramer. Interestingly, the current simulation gives anti-parallel sheet as a major conformation, consistent with experiments. The major interaction stabilizing the anti-parallel sheet seems to be the inter-strand hydrogen bond.
Alzheimer’s disease (AD) is characterized pathologically by the presence of intracellular neurofibrillary tangles and deposition of ${\beta}-amyloid $ (A ${\beta}$) peptides, which are generated by processing of amyloid precursor protein (APP). It is urgent to develop effective therapies for the treatment of AD, since our society rapidly accelerate aging. A${\beta}$ peptides have been believed to be neurotoxic and now are also considered to have effects on the mechanism of memory formation. In this study, effects of radicicol on the metabolism of APP were analyzed. Radicicol inhibited the secretion of A${\beta}$ from the Neuro2a cell line (APPswe cell) expressing APPswe. Beta-site APP cleaving enzyme (BACE) fluorescence resonance energy transfer (FRET) assay revealed that it inhibited BACE activity in a dose dependently manner. Immunoblotting study showed that it inhibited intracellular heat shock protein (HSP)90 and it increased the secretion of HSP90 from the APPswe cells. We suggest that radicicol inhibits APP metabolism and Ap generation by the means of HSP90 inhibitory mechanism and partially BACE inhibitory mechanism. This is the first report that radicicol inhibits the secretion of A${\beta}$ peptides from neuroblastoma cells.
Choi, Erika Y.;Kang, Sam Sik;Lee, Sang Kook;Han, Byung Hee
Biomolecules & Therapeutics
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v.28
no.2
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pp.145-151
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2020
Alzheimer's disease (AD) is a devastating neurodegenerative disease and a major cause of dementia in elderly individuals worldwide. Increased deposition of insoluble amyloid β (Aβ) fibrils in the brain is thought be a key neuropathological hallmark of AD. Many recent studies show that natural products such as polyphenolic flavonoids inhibit the formation of insoluble Aβ fibrils and/or destabilize β-sheet-rich Aβ fibrils to form non-cytotoxic aggregates. In the present study, we explored the structure-activity relationship of naturally-occurring biflavonoids on Aβ amyloidogenesis utilizing an in vitro thioflavin T assay with Aβ1-42 peptide which is prone to aggregate more rapidly to fibrils than Aβ1-40 peptide. Among the biflavonoids we tested, we found amentoflavone revealed the most potent effects on inhibiting Aβ1-42 fibrillization (IC50: 0.26 µM), as well as on disassembling preformed Aβ1-42 fibrils (EC50: 0.59 µM). Our structure-activity relationship study suggests that the hydroxyl groups of biflavonoid compounds play an essential role in their molecular interaction with the dynamic process of Aβ1-42 fibrillization. Our atomic force microscopic imaging analysis demonstrates that amentoflavone directly disrupts the fibrillar structure of preformed Aβ1-42 fibrils, resulting in conversion of those fibrils to amorphous Aβ1-42 aggregates. These results indicate that amentoflavone affords the most potent anti-amyloidogenic effects on both inhibition of Aβ1-42 fibrillization and disaggregation of preformed mature Aβ1-42 fibrils.
Yang, Ji Seon;Jeon, Sujeong;Yoon, Kee Dong;Yoon, Shin Hee
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.22
no.6
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pp.689-696
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2018
Increasing evidence implicates changes in $[Ca^{2+}]_i$ and oxidative stress as causative factors in amyloid beta ($A{\beta}$)-induced neuronal cell death. Cyanidin-3-glucoside (C3G), a component of anthocyanin, has been reported to protect against glutamate-induced neuronal cell death by inhibiting $Ca^{2+}$ and $Zn^{2+}$ signaling. The present study aimed to determine whether C3G exerts a protective effect against $A{\beta}_{25-35}$-induced neuronal cell death in cultured rat hippocampal neurons from embryonic day 17 fetal Sprague-Dawley rats using MTT assay for cell survival, and caspase-3 assay and digital imaging methods for $Ca^{2+}$, $Zn^{2+}$, MMP and ROS. Treatment with $A{\beta}_{25-35}$ ($20{\mu}M$) for 48 h induced neuronal cell death in cultured rat pure hippocampal neurons. Treatment with C3G for 48 h significantly increased cell survival. Pretreatment with C3G for 30 min significantly inhibited $A{\beta}_{25-35}$-induced $[Zn^{2+}]_i$ increases as well as $[Ca^{2+}]_i$ increases in the cultured rat hippocampal neurons. C3G also significantly inhibited $A{\beta}_{25-35}$-induced mitochondrial depolarization. C3G also blocked the $A{\beta}_{25-35}$-induced formation of ROS. In addition, C3G significantly inhibited the $A{\beta}_{25-35}$-induced activation of caspase-3. These results suggest that cyanidin-3-glucoside protects against amyloid ${\beta}$-induced neuronal cell death by reducing multiple apoptotic signals.
Alzheimer's disease (AD) is characterized pathologically by the presence of intracellular neurofibrillary tangles and deposition of ${\beta}$-amyloid ($A{\beta}$) peptides, which are generated by processing of amyloid precursor protein (APP). It is urgent to develop effective therapies for the treatment of AD, since our society rapidly accelerate aging. $A{\beta}$ peptides have been believed to be neurotoxic and now are also considered to have effects on the mechanism of memory formation. Recently, we investigated that a quinoline compound from natural product reduced the secretion of $A{\beta}$ from the neuroblastoma N2a cells (NL/N cell line) overexpressing APPswe. In this study, 3-phenyl-1-isoquinolinamine, a synthetic isoquinoline compound was analyzed to determine its effects on the metabolism of APP. It inhibited the secretion of $A{\beta}$ peptides from the N2a NL/N cell line. Beta-site APP cleaving enzyme (BACE) fluorescence resonance energy transfer (FRET) assay revealed that it inhibited BACE activity in a dose dependent manner. Immunoblotting study showed that it inhibited APP stabilization and expression and it slightly increased the stablization and the expression of ${\gamma}$-secreatase component from the N2a NL/N cell line. We suggest that 3-phenyl-1-isoquinolinamine inhibits APP metabolism and $A{\beta}$ generation by the means of BACE inhibitory mechanism. This is the first report that 3-phenyl-1-isoquinolinamine inhibits the secretion of $A{\beta}$ peptides from neuroblastoma cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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