Alzheimer's disease (AD) is neurodegenerative disease, characterized by the progressive decline of memory, cognitive functions, and changes in personality. The major pathological features in postmortem brains are neurofibrillary tangles and amyloid beta ($A{\beta}$) deposits. The majority of AD cases are sporadic and age-related. Although AD pathogenesis has not been established, aging and declining mitochondrial function has been associated. Mitochondrial dysfunction has been observed in AD patients' brains and AD mice models, and the mice with a genetic defect in mitochondrial complex I showed enhanced $A{\beta}$ level in vivo. To elucidate the role of mitochondrial complex I in AD, we used SH-SY5Y cells transfected with DNA constructs expressing human amyloid precursor protein (APP) or human Swedish APP mutant (APP-swe). The expression of APP-swe increased the level of $A{\beta}$ protein in comparison with control. When complex I was inhibited by rotenone, the increase of ROS level was remarkably higher in the cells overexpressing APP-swe compared to control. The number of dead cell was significantly increased in APP-swe-expressing cells by complex I inhibition. We suggest that complex I dysfunction accelerate amyloid toxicity and mitochondrial complex I dysfunction in aging may contribute to the pathogenesis of sporadic AD.
Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by neuronal loss and extracellular senile plaques containing $\beta$-amyloid peptide (A$\beta$). The deposition of the A$\beta$ peptide following proteolytic processing of amyloid precursor protein (APP) by $\beta$-secretase (BACE1) and $\gamma$-secretase is a critical feature in the progression of AD. Among the plant extracts tested, the ethanol extract of Petasites japonicus leaves showed novel protective effect on B103 neuroblastoma cells against neurotoxicity induced by A$\beta$, as well as a strong suppressive effect on BACE1 activity. Ethanol extracts of P. japonicus leaves were sequentially extracted with methylene chloride, ethyl acetate and butanol and evaluated for potential to inhibit BACE1, as well as to suppress A$\beta$-induced neurotoxicity. Exposure to A$\beta$ significantly reduced cell viability and increased apoptotic cell death. However, pretreatment with ethyl acetate fraction of P. japonicus leaves prior to A$\beta$ (50 ${\mu}M$) significantly increased cell viability (p<0.01). In parallel, cell apoptosis triggered by A$\beta$ was also dramatically inhibited by ethyl acetate fraction of P. japonicus leaves. Moreover, the ethyl acetate fraction suppressed caspase-3 activity to the basal level at 30 ppm. Taken together, these results demonstrated that P. japonicus leaves appear to be a useful source for the inhibition and/or prevention of AD by suppression of BACE1 activity and attenuation of A$\beta$ induced neurocytotoxicity.
Alzheimer's disease (AD) is an age-related neurodegenerative disorder. The pathological hallmarks of AD are senile plaques and neurofibrillary tangles in the brain. Major component of senile plaques is amyloid beta peptide(A$\beta$) which is derived from amyloid precursor protein (APP). A$\beta$ is generated through the sequential cleavage of App by $\beta$ - and $\gamma$-secretases. $\beta$-secretase excises the ectodomain of APP ($\beta$-APPs) to leave a 99-amino acid long C-terminal fragment (APP-C99-CTF) in the membrane. $\gamma$-secretase then cleaves this membrane-tethered APP-CTF within the transmembrane domain, so releasing A$\beta$ peptides and APP-intracellular domain (AICD). Thus, $\beta$- and $\gamma$-secretase are regarded to perform the key steps in the pathogenesis of AD and have become important therapeutic targets in the prevention and treatment of AD. Enormous efforts have been focused to develop the amyloid beta related drug for cure of AD becuase A$\beta$ is believed to be one of the major causes of AD. since major pharmaceutical companies in world wide base compete to develop new drug for AD, we have to be careful to choose the drug target to success the tough race. In the present talk, possible drug targets based on basic research results will be discussed. These molecules should be a good target for development of new drug for AD and be less competitive to have a good shape for world wide competition.
Alzheimer's disease (AD) is an abnormal accumulation of the ${\beta}$-amyloid protein $(A{\beta})$ in specific brain region. It has been speculated that disturbance in cholesterol homeostasis may contribute to the etiology of AD by increasing $A{\beta}$ generation. However, conclusive evidence and possible mechanism has not been reported. In the present study, we demonstrated that rabbits treated with 0.5% cholesterol for 16 weeks increased serum total cholesterol, triacylglycerol, and low-density lipoprotein levels. $A{\beta}$ levels is higher in the hippocampus of brain in cholesterol dieted rabbits than that of normal diet rabbis. Expression and activities of ${\beta}-$ and ${\gamma}-$ secretases, the enzymes that cleave ${\beta}$-amyloid precursor protein to generate $A{\beta}$, were also increased in hippocampus of high cholesterol dieted rabbit than those of normal dieted rabbits. Our results suggest that high cholesterol diet may be associated with increased $A{\beta}$ accumulation in the brain of rabbits, and suggest that high cholesterol diet may be causal factor in the development or progression of AD.
${\beta}-amyloid$ ($A{\beta}$) peptides from the proteolytic processing of ${\beta}-amyloid$ precursor protein (${\beta}-APP$) aggregates in the brain to form senile plaques, and their aggregation plays a key role in pathogenesis of Alzheimer's disease (AD). To isolate an active compound that has an $A{\beta}$ aggregation-inhibitory activity, 2,000 microbial metabolite libraries were screened based on their ability to inhibit $A{\beta}$ aggregation by using both Congo red and thioflavin T assays. As a result, a water-soluble fraction of a soil microorganism, KK565, showed a potent $A{\beta}$ aggregation-inhibitory activity. The strain was identified as Streptomyces species, based on the cultural and morphological characteristics, the presence of diaminopimelic acid in the cell wall, and the sugar patterns for the whole-cell extract. In addition, the purification of active principle resulted in identifying a heat-unstable protein responsible for the $A{\beta}$ aggregation-inhibitory activity.
Formation of ${\beta}$-amyloid $(A{\beta})$ fibrils has been identified as one of the major characteristics of Alzheimer's disease (AD). Inhibition of $A{\beta}$ fibril formation in the CNS would be attractive therapeutic targets for the treatment of AD. Several small compounds that inhibit amyloid formation or amyloid neurotoxicity in vitro have been known. Citrate has surfactant function effect because of its molecular structure having high anionic charge density, in addition to the well-known antibacterial and antioxidant properties. Therefore, we hypothesized that citrate might have the inhibitory effect against $A{\beta}$ fibril formation in vitro and have the protective effect against $A{\beta}$-induced neurotoxicity in PC12 cells. We examined the effect of citrate against the formation of $A{\beta}$ fibrils by measuring the intensity of fluorescence in thioflavin-T (Th-T) assay of between $A{\beta}_{25-35}$ groups treated with citrate and the control with $A{\beta}_{25-35}$ alone. The neuroprotective effect of citrate against $A{\beta}$-induced toxicity in PC12 cells was investigated using the WST-1 assay. Fluorescence spectroscopy showed that citrate inhibited dose-dependently the formation of $A{\beta}$ fibrils from ${\beta}$-amyloid peptides. The inhibition percentages of $A{\beta}$ fibril formation by citrate (1, 2.5, and 5 mM) were 31%, 60%, and 68% at 7 days, respectively in thioflavin-T (Th-T) assay. WST-1 assay revealed that the toxic effect of $A{\beta}_{25-35}$ was reduced, in a dose-dependent manner to citrate. The percentages of neuroprotection by citrate (1, 2.5, and 5 mM) against $A{\beta}-induced$ toxicity were 19%, 31 %, and 34%, respectively. We report that citrate inhibits the formation of $A{\beta}$ fibrils in vitro and has neuroprotective effect against $A{\beta}$-induced toxicity in PC12 cells. Neuroprotective effects of citrate against $A{\beta}$ might be, to some extent, attributable to its inhibition of $A{\beta}$ fibril formation. Although the mechanism of anti-amyloidogenic activity is not clear, the possible mechanism is that citrate might have two effects, salting-in and surfactant effects. These results suggest that citrate could be of potential therapeutic value in Alzheimer's disease.
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.
Yang, Ji Seon;Jeon, Sujeong;Yoon, Kee Dong;Yoon, Shin Hee
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제22권6호
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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.
Moutan cortex, the root bark of Paeonia suffruticosa Andrews (Paeoniaceae), has pharmacological effects such as anti-inflammatory, antiallergic, analgesic and antioxidant activities. We investigated a methanol extract of Moutan cortex for neuroprotective effects on neurotoxicity induced by amyloid ${\beta}$ protein ($A{\beta}$) (25-35) in cultured rat cortical neurons. Exposure of cultured cortical neurons to $10\;{\mu}M\;A{\beta}$ (25-35) for 24 h induced neuronal apoptotic death. Moutan cortex inhibited $10\;{\mu}M\;A{\beta}$ (25-35)-induced neuronal cell death at 30 and $50\;{\mu}g/m{\ell}$, which was measured by a 3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyl-tetrazolium bromide (MTT) assay and Hoechst 33342 staining. Moutan cortex inhibited $10\;{\mu}M\;A{\beta}$ (25-35)-induced elevation of intracellular calcium concentration ($[Ca^{2+}]_i$), and generation of reactive oxygen species (ROS) which were measured by fluorescent dyes. Moutan cortex also inhibited glutamate release into medium induced by $10\;{\mu}M\;A{\beta}$ (25-35), which was measured by HPLC. These results suggest that Moutan cortex prevents $A{\beta}$ (25-35)-induced neuronal cell damage by interfering with the increase of $[Ca^{2+}]_i$, and then inhibiting glutamate release and ROS generation. Moutan cortex may have a therapeutic role in preventing the progression of Alzheimer's disease.
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