The two major symptoms characterizing Alzheimer's disease are the formation of amyloid-${\beta}$ extracellular deposits in the form of senile plaques and intracellular neurofibrillary tangles (NFTs) that consist of pathological hyperphosphorylated tau protein aggregated into insoluble paired helical filaments (PHFs). Neurons of the central nervous system have appreciable amounts of tau protein, a microtubule-associated protein. To maintain an optimal operation of nerves, the microtubules are stabilized, which is necessary to support cell structure and cellular processes. When the modified tau protein becomes dysfunctional, the cells containing misfolded tau cannot maintain cell structure. One of the pathological hallmarks of Alzheimer's disease is hyperphosphorylated tau protein. This paper shows that the small heat shock protein from humans (Hsp27) reduces hyperphosphorylated tau and prevents hyperphosphorylated tau-induced cell death of the human neuroblastoma cell line SH-SY5Y.
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.
Overexpression of amyloid precursor protein with the Swedish mutation causes abnormal hyperphosphorylation of the microtubule-associated protein tau. Hyperphosphorylated isoforms of tau are major components of neurofibrillary tangles, which are histopathological hallmarks of Alzheimer's disease. Protein phosphatase 2A (PP2A), a major tau protein phosphatase, consists of a structural A subunit, catalytic C subunit, and a variety of regulatory B subunits. The B subunits have been reported to modulate function of the PP2A holoenzyme by regulating substrate binding, enzyme activity, and subcellular localization. In the current study, we characterized regulatory B subunit-specific regulation of tau protein phosphorylation. We showed that the PP2A B subunit PPP2R2A mediated dephosphorylation of tau protein at Ser-199, Ser-202/Thr-205, Thr-231, Ser-262, and Ser-422. Down-regulation of PPP2R5D expression decreased tau phosphorylation at Ser-202/Thr-205, Thr-231, and Ser-422, which indicates activation of the tau kinase glycogen synthase kinase 3 beta ($GSK3{\beta}$) by PP2A with PPP2R5D subunit. The level of activating phosphorylation of the $GSK3{\beta}$ kinase Akt at Thr-308 and Ser-473 were both increased by PPP2R5D knockdown. We also characterized B subunit-specific phosphorylation sites in tau using mass spectrometric analysis. Liquid chromatography-mass spectrometry revealed that the phosphorylation status of the tau protein may be affected by PP2A, depending on the specific B subunits. These studies further our understanding of the function of various B subunits in mediating site-specific regulation of tau protein phosphorylation.
Park, Jun Young;Son, Jeongmin;Yun, Mijin;Chun, Joong-Hyun
대한방사성의약품학회지
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제3권2호
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pp.91-97
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2017
$^{18}F-THK-5351$ is a PET radiotracer to image the hyperphosphorylated tau fibrillar aggregates in human brain. This protocol describes the optimized radiosynthesis of $^{18}F-THK-5351$ using a commercial GE $TRACERlab^{TM}$$FX_{FN}$ radiosynthesis module. $^{18}F-THK-5351$ was prepared by nucleophilic [$^{18}F$]fluorination from its protected tosylate precursors, (S)-(2-(2-methylaminopyrid-5-yl)-6-[[2-(tetrahydro-2H-pyran-2-yloxy)-3-tosyloxy]propoxy] quinolone(THK-5352), at $110^{\circ}C$ for 10 min in dimethyl sulfoxide, followed by deprotection with 1 N HCl. The average radiochemical yield of $^{18}F-THK-5351$ was $31.9{\pm}6.7%$(decay-corrected, n = 10), with molar activity of $198.1{\pm}33.9GBq/{\mu}mol$($5.4{\pm}0.9Ci/{\mu}mol$, n = 10). The radiochemical purity was determined to be above 98%. The overall production time including HPLC purification is approximately 70 min. This fully-automated protocol is validated for clinical use.
Alzheimer's disease (AD) is the most common age-dependent neurodegenerative disorder and shows progressive memory loss and cognitive decline. Intraneuronal filaments composed of aggregated hyperphosphorylated tau protein, called neurofibrillary tangles, along with extracellular accumulations of amyloid $\beta$ protein (A$\beta$), called senile plaques, are known to be the neuropathological hallmarks of AD. In light of recent studies, epigenetic modification has emerged as one of the pathogenic mechanisms of AD. Epigenetic changes encompass an array of molecular modifications to both DNA and chromatin, including transcription factors and cofactors. In this review, we summarize how DNA methylation and changes to DNA chromatin packaging by post-translational histone modification are involved in AD. In addition, we describe the role of SIRTs, histone deacetylases, and the effect of SIRT-modulating drugs on AD. Lastly, we discuss how amyloid precursor protein (APP) intracellular domain (AICD) regulates neuronal transcription. Our understanding of the epigenomes and transcriptomes of AD may warrant future identification of novel biological markers and beneficial therapeutic targets for AD.
Alzheimer's disease (AD) is the most common form of dementia in the aging population and is clinically characterized by a progressive loss of cognitive abilities. Pathologically, it is defined by the appearance of senile plaques - extracellular insoluble, congophilic protein aggregates composed of amyloid $\beta$ (A$\beta$) and neurofibrillary tangles (NFTs) - inyracellular lesions consisting of paired helical filaments from hyperphosphorylated cytoskeletal tau protein as described by Alois Alzheimer a century ago. These hallmarks still serve as the major criteria for a definite diagnosis of the disease. Consequently, one of the key strategy for drug development in this disease area focuses on reducing the concentration of cerebral A$\beta$ plaque by using substances that inhibit A$\beta$ fibril formation. We focused on developing inhibitors by synthesizing several kinds of aromatic molecules. The synthetic compounds were initially screened to evaluate the effective compound by tioflavin T fluorescence assay. The selected effective compounds were tested cytotoxicity and protective effect from A$\beta$-induced neuronal toxicity by cell based MTT assay with HT22 hippocampal neurons. The BBB permeability on effectors was also tested in in vitro co-culture model(HUVEC/C6 cell line). The behavior test wea carried out in mutant APP/PS1 transgenic mouse model of Alzheimer's disease. And inhibition of A$\beta$ fibril formation by the effective compound was monitored with transmitted electron microscopic images.
Recently, the efficacy of probiotics in treatment of neurodegenerative disorders has been reported in animal and clinical studies. Here, we assessed the effects of Bacillus coagulans JA845 in counteracting the symptoms of D-galactose (D-gal)/AlCl3-induced Alzheimer's disease (AD) in a mice model through behavioral test, histological assessment and biochemical analysis. Ten weeks of pre-treatment with B. coagulans JA845 prevented cognitive decline, attenuated hippocampal lesion and protected neuronal integrity, which demonstrated the neuroprotective features of B. coagulans JA845 in vivo. We also found that supplementation of B. coagulans JA845 alleviated amyloid-beta deposits and hyperphosphorylated tau in hippocampus of D-gal/AlCl3-induced AD model mice. Furthermore, B. coagulans JA845 administration attenuated oxidative stress and decreased serum concentration of inflammatory cytokines by regulating the Nrf2/HO-1 and MyD88/TRAF6/NF-κB pathway. Our results demonstrated for the first time that B. coagulans has the potential to help prevent cognitive decline and might be a novel therapeutic approach for the treatment of neurodegenerative diseases.
The purpose of this study was to explain the pathology of Alzheimer's disease (AD) and to investigate the correlation between AD and microRNA. AD is the most common type of dementia, accounting for about 80% of all types of dementia, causing dysfunction in various daily activities such as memory loss, cognitive impairment, and behavioral impairment. The typical pathology of AD is explained by the accumulation of beta-amyloid peptide plaques and neurofibrillary tangles containing hyperphosphorylated tau protein. On the other hand, microRNA is small non-coding RNA 22~23 nucleotides in length that binds to the 3' untranslated region of messenger RNA to inhibit gene expression. Many reports explain that microRNAs found in circulating biofluids are abundant in the central nervous system, are involved in the pathogenic mechanism of AD, and act as important factors for early diagnosis and therapeutic agents of AD. Therefore, this paper aims to clarify the correlation between AD and microRNA. In this review, the basic mechanism of miRNAs is described, and the regulation of miRNAs in the pathological processes of AD are highlighted. Furthermore, we suggest that miRNA-based system in development of therapeutic and diagnostic agents of AD can be a promising tool.
Kim, Jaekwang;Yoon, Hyejin;Basak, Jacob;Kim, Jungsu
Molecules and Cells
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제37권11호
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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.
알츠하이머병은 신경퇴행질환으로 뇌조직에서 발생하는 아밀로이드 베타(amyloid-β, Aβ) 펩타이드의 축적과 응집, 타우 단백질의 초인산화, 고농도의 특정 금속이온 축적에 의해 발병하는 것으로 알려져 있다. 현재까지 효과적인 치료제가 개발되지 못하였기 때문에, 알츠하이머병을 초기에 정확하게 진단하는 기술은 매우 중요하다. 알츠하이머병의 진단을 위해 개발된 다양한 기법 중 형광 프로브를 이용한 알츠하이머병의 바이오마커 영상화는 많은 연구자들의 관심을 받고 있다. 본 리뷰 논문에서는 최근 개발된 알츠하이머병 진단용 형광 프로브의 구조와, 체내 뇌 영상화에의 적용을 소개하고자 한다. 본 논문은 향후 새로운 프로브를 개발하고자 하는 연구자들에게 많은 도움이 될 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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