Neuronal cell death significantly contributes to neuronal loss in neurological injury and disease. Typically, neuronal loss or destruction upon exposure to neurotoxins, oxidative stress, or DNA damage causes neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease. In this study, we attempted to determine whether ginsenoside Rg3 from red ginseng has a neuroprotective effect via an anti-apoptotic role induced by S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP) at the molecular level. We also investigated the antioxidant effect of Rg3 using a metal-catalyzed reaction with $Cu^{2+}/H_2O_2$. Our results showed that Rg3 ($40-100\;{\mu}g/mL$) protected SK-N-MC neuroblastoma cells under cytotoxic conditions and effectively protected DNA from fragmentation. In the signal pathway, caspase-3, and poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) were kept at an inactivated status when pretreated with Rg3 in all ranges. In particular, the important upstream p-Akt signal pathway was increased in a dose-dependent manner, which indicates that Rg3 may contribute to cell survival. We also found that oxidative stress can be mitigated by Rg3. Therefore, we have concluded that Rg3 plays a certain role in neurodegenerative pathogenesis via an anti apoptotic, antioxidative effect.
Background: The ginsenoside Rg3, one of active components of red ginseng, has chemopreventive and anticancer potential. Cancer stem cells retain self-renewal properties which account for cancer recurrence and resistance to anticancer therapy. In our present study, we investigated whether the standardized Korean Red Ginseng extract (RGE) and Rg3 could modulate the manifestation of breast cancer stem cell-like features through regulation of self-renewal activity. Methods: The effects of RGE and Rg3 on the proportion of $CD44^{high}/CD24^{low}$ cells, as representative characteristics of stem-like breast cancer cells, were determined by flow cytometry. The mammosphere formation assay was performed to assess self-renewal capacities of breast cancer cells. Aldehyde dehydrogenase activity of MCF-7 mammospheres was measured by the ALDEFLUOR assay. The expression levels of Sox-2, Bmi-1, and P-Akt and the nuclear localization of hypoxia inducible $factor-1{\alpha}$ in MCF-7 mammospheres were verified by immunoblot analysis. Results: Both RGE and Rg3 decreased the viability of breast cancer cells and significantly reduced the populations of $CD44^{high}/CD24^{low}$ in MDA-MB-231 cells. RGE and Rg3 treatment attenuated the expression of Sox-2 and Bmi-1 by inhibiting the nuclear localization of hypoxia inducible $factor-1{\alpha}$ in MCF-7 mammospheres. Suppression of the manifestation of breast cancer stem cell-like properties by Rg3 was mediated through the blockade of Akt-mediated self-renewal signaling. Conclusion: This study suggests that Rg3 has a therapeutic potential targeting breast cancer stem cells.
Macrophage scavenger receptors (MSRs) induce microglial interaction with ${\beta}$-amyloid fibrils (fA${\beta}$) that are associated with Alzheimer's disease (AD). Although microglia are know n to have a dual effect on formation of plaque and clearance of fA${\beta}$ in the AD brain, receptor-mediated phagocytosis is a very important tool for preventing amyloid plaque via activated microglia in the early stage of AD. In the study, we examined whether ginsonoside Rg3 enhances the microglial Phagocytosis of A${\beta}$1-42 through Phagocytosis assay, gene expression (RT-PCR) and protein assay (western blots) for the cell responsiveness presented between Rg3-treated and non-treated groups. Fluro-labeled Ac-LDL and E.coli particles were used as control proteins for phagocytosis. In previous studies, this was a particularly interesting property of Rg3 in the stimulation and phagocytosis of macrophages in the periphery. We report here that ginsenoside Rg3 increased the expression of type-A MSR (MSR-A) in microglia and thus accelerated the phagocytosis with an effective degradation of engulfed fA${\beta}$. This result suggests that Rg3 may play an important role in removing fA${\beta}$ by enhancing the receptor-mediated phagocytosis. In addition, Rg3 could be a potential candidate for balancing the rate of production of fA${\beta}$ in AD brain.
수삼을 수분함량 별로 건조한 다음 원형이 변하지 않는 팽화 인삼을 제조할 수 있는 최적의 압력조건을 찾아 팽화 인삼을 제조하고 각 조건 별 시료의 추출수율, 조사포닌, ginsenoside함량 변화를 관찰하였다. 팽화 처리 후 외관상의 가장 큰 변화는 갈변과 부피팽창이었다. 추출수율 측정 결과, 대조군은 37.6%, 팽화 인삼의 경우 $50.0{\sim}62.1%$의 범위로 측정되었다. 조사포닌 함량의 경우 대조군은 11.0 mg/g ginseng, 팽화 인삼은 $19.6{\sim}48.8mg/g$ ginseng의 범위로 측정되었다. 팽화 인삼에서는 홍삼 특유 사포닌인 ginsenoside-Rg3가 검출되었다. Ginsenoside-Rg3의 생성량은 팽화 압력이 증가함에 따라 유의적으로 증가하는 경향을 나타내었다. Ginsenoside-Rg3를 제외한 나머지 기본 ginsenoside와 total ginsenoside함량은 대조군에 비해 모두 증가하였지만, 팽화 압력이 증가함에 따라 그 양이 감소하는 경향을 나타내었다. 따라서 본 연구 결과 인삼을 적절한 조건에서 팽화처리하였을 경우 추출수율, 조사포닌 및 조사포닌 함량의 증진과 일부 ginsenoside의 변형을 확인할 수 있었다.
This study compared the contents of ginsenosides depending on steaming conditions of red ginsengs to provide basic information for developing functional foods using red ginsengs. The red ginseng steamed eight times at $98^{\circ}C$ ranked atop the amounts of prosapogenins ever detected in red ginsengs (ginsenoside $Rg_2$, $Rg_3$, $Rg_5$, $Rg_6$, $Rh_1$, $Rh_4$, $Rk_1$, $Rk_3$, $F_1$, $F_4$, 1.15%) among red ginsengs steamed more than twice. When steamed eight times at $98^{\circ}C$, 2.7 times as much prosapogenins such as ginsenosides $Rg_2$, $Rg_3$, $Rg_5$, $Rg_6$, $Rh_1$, $Rh_4$, $Rk_1$, $Rk_3$, $F_1$, and $F_4$ as those steamed just once at $98^{\circ}C$ was collected. In addition, the red ginsengs steamed eight times at $98^{\circ}C$ contained more amounting ginsenoside $Rg_3$ (0.28%) than that in the red ginseng steamed several times at random. Accordingly, it is recommendable that red ginsengs steamed 8 times, which proved to be the optimal steaming condition, be used rather than those steamed 9 times (black ginsengs), in order to develop red ginseng products of high prosapogenin concentration and high functions.
Ginsenoside Rg4 is a rare ginsenoside that is naturally found in ginseng, and exhibits a wide range of biological activities including antioxidant and anti-inflammatory properties in several cell types. The purpose of this study was to use an in vivo model of hair follicle (HF)-mimic based on a human dermal papilla (DP) spheroid system prepared by three-dimensional (3D) culture and to investigate the effect of Rg4 on the hair-inductive properties of DP cells. Treatment of the DP spheroids with Rg4 (20 to 50 ㎍/ml) significantly increased the viability and size of the DP spheres in a dose-dependent manner. Rg4 also increased the mRNA and protein expression of DP signature genes that are related to hair growth including ALP, BMP2, and VCAN in the DP spheres. Analysis of the signaling molecules and luciferase reporter assays further revealed that Rg4 induces the activation of phosphoinositide 3-kinase (PI3K)/AKT and the inhibitory phosphorylation of GSK3β, which activates the WNT/β-catenin signaling pathway. These results correlated with not only the increased nuclear translocation of β-catenin following the treatment of the DP spheres with Rg4 but also the significant elevation of mRNA expression of the downstream target genes of the WNT/β-catenin pathway including WNT5A, β-catenin, and LEF1. In conclusion, these results demonstrated that ginsenoside Rg4 promotes the hair-inductive properties of DP cells by activating the AKT/GSK3β/β-catenin signaling pathway in DP spheres, suggesting that Rg4 could be a potential natural therapy for hair growth.
Maryam Nakhjavani;Eric Smith;Kenny Yeo;Yoko Tomita;Timothy J. Price;Andrea Yool;Amanda R. Townsend;Jennifer E. Hardingham
Journal of Ginseng Research
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제48권2호
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pp.171-180
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2024
Background: Epimers of ginsenoside Rg3 (Rg3) have a low bioavailability and are prone to deglycosylation, which produces epimers of ginsenoside Rh2 (S-Rh2 and R-Rh2) and protopanaxadiol (S-PPD and R-PPD). The aim of this study was to compare the efficacy and potency of these molecules as anti-cancer agents. Methods: Crystal violet staining was used to study the anti-proliferatory action of the molecules on a human epithelial breast cancer cell line, MDA-MB-231, and human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) and compare their potency. Cell death and cell cycle were studied using flow cytometry and mode of cell death was studied using live cell imaging. Anti-angiogenic effects of the drug were studied using loop formation assay. Molecular docking showed the interaction of these molecules with vascular endothelial growth factor receptor-2 (VEGFR2) and aquaporin (AQP) water channels. VEGF bioassay was used to study the interaction of Rh2 with VEGFR2, in vitro. Results: HUVEC was the more sensitive cell line to the anti-proliferative effects of S-Rh2, S-PPD and R-PPD. The molecules induced necroptosis/necrosis in MDA-MB-231 and apoptosis in HUVEC. S-Rh2 was the most potent inhibitor of loop formation. In silico molecular docking predicted a good binding score between Rh2 or PPD and the ATP-binding pocket of VEGFR2. VEGF bioassay showed that Rh2 was an allosteric modulator of VEGFR2. In addition, SRh2 and PPD had good binding scores with AQP1 and AQP5, both of which play roles in cell migration and proliferation. Conclusion: The combination of these molecules might be responsible for the anti-cancer effects observed by Rg3.
Infections by herpes simplex viruses have an immense impact on humans, ranging from self-limiting, benign illness to serious, life-threatening diseases. While nucleoside analog drugs are available, resistance has been increasing and currently no vaccine exists. Ginsenosides derived from Panax ginseng have been documented to inhibit several viruses and bolster immune defenses. This study evaluated 12 of the most relevant ginsenosides from P. ginseng for toxicities and inhibition of herpes simplex viruses types 1 and 2 in Vero cells. The effects of test compounds and virus infection were determined using a PrestoBlue cell viability assay. Time course studies were also conducted to better understand at what points the virus life cycle was affected. Non-toxic concentrations of the ginsenosides were determined and ranged from 12.5 μM to greater than 100 μM. Ginsenoside 20(S)-Rg3 demonstrated the greatest inhibitory effect and was active against both HSV-1 and HSV-2 with an IC50 of approximately 35 μM. The most dramatic inhibition-over 100% compared to controls-occurred when the virus was exposed to 20(S)-Rg3 for 4 h prior to being added to cells. 20(S)-Rg3 holds promise as a potential chemotherapeutic agent against herpes simplex viruses and, when used together with valacyclovir, may prevent increased resistance to drugs.
Background: The ginsenoside Rg1 has been shown to exert various pharmacological activities with health benefits. Previously, we have reported that Rg1 promoted myogenic differentiation and myotube growth in C2C12 myoblasts. In this study, the in vivo effect of Rg1 on fiber-type composition and oxidative metabolism in skeletal muscle was examined. Methods: To examine the effect of Rg1 on skeletal muscle, 3-month-old mice were treated with Rg1 for 5 weeks. To assess muscle strength, grip strength tests were performed, and the lower hind limb muscles were harvested, followed by various detailed analysis, such as histological staining, immunoblotting, immunostaining, and real-time quantitative reverse transcription polymerase chain reaction. In addition, to verify the in vivo data, primary myoblasts isolated from mice were treated with Rg1, and the Rg1 effect on myotube growth was examined by immunoblotting and immunostaining analysis. Results: Rg1 treatment increased the expression of myosin heavy chain isoforms characteristic for both oxidative and glycolytic muscle fibers; increased myofiber sizes were accompanied by enhanced muscle strength. Rg1 treatment also enhanced oxidative muscle metabolism with elevated oxidative phosphorylation proteins. Furthermore, Rg1-treated muscles exhibited increased levels of anabolic S6 kinase signaling. Conclusion: Rg1 improves muscle functionality via enhancing muscle gene expression and oxidative muscle metabolism in mice.
Kim, Il-Woung;Cha, Kyu-Min;Wee, Jae Joon;Ye, Michael B.;Kim, Si-Kwan
Journal of Ginseng Research
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제37권4호
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pp.475-482
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2013
The main active components of Panax ginseng are ginsenosides. Ginsenoside Rb1 and Rg1 are accepted as marker substances for quality control worldwide. The analytical methods currently used to detect these two compounds unfairly penalize steamed and dried (red) P. ginseng preparations, because it has a lower content of those ginsenosides than white ginseng. To manufacture red ginseng products from fresh ginseng, the ginseng roots are exposed to high temperatures for many hours. This heating process converts the naturally occurring ginsenoside Rb1 and Rg1 into artifact ginsenosides such as ginsenoside Rg3, Rg5, Rh1, and Rh2, among others. This study highlights the absurdity of the current analytical practice by investigating the time-dependent changes in the crude saponin and the major natural and artifact ginsenosides contents during simmering. The results lead us to recommend (20S)- and (20R)-ginsenoside Rg3 as new reference materials to complement the current P. ginseng preparation reference materials ginsenoside Rb1 and Rg1. An attempt has also been made to establish validated qualitative and quantitative analytical procedures for these four compounds that meet International Conference of Harmonization (ICH) guidelines for specificity, linearity, range, accuracy, precision, detection limit, quantitation limit, robustness and system suitability. Based on these results, we suggest a validated analytical procedure which conforms to ICH guidelines and equally values the contents of ginsenosides in white and red ginseng preparations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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