6종의 Intermediate filament 중 type IV인 Neurofilaments (NFs)는 신경세포에 존재하는 세포골격세사로 heavy NF(NF-H), medium NF(NF-M), light NF(NF-L) 세가지의 분자 질량 단백질로 구성되어 있다. NF의 side arm은 interfilament spacing과 axonal caliber를 조절하는 중요한 역할을 한다고 생각되어왔다. 또한 이에 대해서 각각의 protein의 역할은 알아내기 위해 isolated NF의 형태와 구조에 대해 많은 연구가 이루어졌는데, NF의 구조적 특성은 NF sidearm의 tail 부분에서 phosphorylation의 정도에 따른 Lys-Ser-Pro(KSP) repeats의 charge distribution을 통해 알 수 있다. 지금까지 NF에 대한 많은 연구가 이루어졌지만 인간에 한해서만 진행되었다. 그렇기 때문에 본 연구에서는 주어진 amino acid sequence와 각 species의 NF-H:NF-M:NF-L의 비율의 정보를 이용하여 The constant-NVT ensemble MC simulation을 통해 인간뿐만이 아닌 다른 species에 대한 NF의 구조적 특성을 알아보고자 한다.
본 연구는 신경퇴행성질환과 밀접한 관련이 있는 neurofilament-L(NF-L)의 산화적 손상에 엄나무 발효물이 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 용액 상에서 peroxyl radical을 생성하는 AAPH를 처리하여 NFL의 산화적 변형을 유도하고 엄나무 추출물(KP), 노루궁뎅이버섯 균사체 추출물(HE), 엄나무 발효물(KP-HE)을 각각 처리하여 어떤 영향을 미치는 지를 알아보고자 하였다. KP와 HE는 peroxyl radical에 의한 NF-L의 산화적 손상을 막지 못했으나 KP-HE는 NF-L의 변형을 효과적으로 억제하였다. KP-HE는 peroxyl radical에 의한 NF-L 변형에서 나타나는 dityrosine 형성을 효과적으로 억제하였고 peroxyl radical 소거활성도 증가시켰다. 파킨슨병 환자에서 발견되는 신경독성물질인 tetrahydropapaveroline(THP)에 의한 NFL의 변형에 KP, HE, KP-HE가 미치는 영향을 관찰하였다. 그 결과 KP-HE는 KP와 HE에 비해서 THP에 의한 NF-L의 변형을 효과적으로 억제하는 것으로 관찰되었다. 또한 KP-HE는 THP에 의한 NF-L 변형에서 나타나는 dityrosine 형성도 효과적으로 억제하였고 THP에 의해 유도되는 활성산소 생성도 현저히 감소시켰다. 이와 같은 결과들은 KP-HE가 활성산소와 신경독성물질에 의한 산화적 스트레스로부터 세포를 보호해 줄 수 있을 것으로 사료되었다. 그러므로 엄나무 발효물은 신경퇴행성질환을 예방할 수 있는 식품소재로 이용될 수 있을 것으로 사료된다.
신경미세섬유(neurofilament, NF) 단백질은 신경세포의 주된 중간세사로서, NF-L (61 kDa), NF-M (90 kDa) 및 NF-H (115 kDa) 단백질의 공동중합체로 구성된다. 신경세사섬유는 신경세포의 성장, 구성, 형태 및 가소성에 중요한 역할을 하지만 발생학적 표현에 대하여는 아직 잘 알려지지 않았다. 본 연구에서는 NF-M에 특이한 항체를 제조하여 배양한 대뇌신경세포에서 NF-M의 표현을 조사하였다. 배양 12 및 24시간 세포에서 NF-M은 축삭과 그 성장추 그리고 축삭에 가까운 세포체에 강하게 표현하였다. 배양 4 및 14일 신경세포를 NF-M과 PSD95 항체로 이중염색한 결과 NF-M은 축삭과 가지돌기에 공히 강하게 표현되었으며, PSD95와 같이 위치할 경우에는 점박이로 나타났다. .면역염색에서도 NF-M이 PSD 분획에서 검출되었는데, 따라서 이 점박이는 가지돌기가시임을 시사한다. 본 연구의 결과는 NF-M이 신경세포의 초기 형태발달과정에서 축삭으로 강하게 몰려가며, 성숙한 신경세포에서는 가지돌기 및 가지돌기가시에도 위치하여 특정기능을 수행함을 시사한다.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Brain aging is a major risk factor for severe neurodegenerative diseases. Conversely, L-histidine and L-carnosine are known to exhibit neuroprotective effects. The aim of this study was to examine the potential for L-histidine, L-carnosine, and their combination to mediate anti-brain aging effects in neuronal cells subjected to D-galactose-induced aging. MATERIALS/METHODS: The neuroprotective potential of L-histidine, L-carnosine, and their combination was examined in a retinoic acid-induced neuronal differentiated SH-SY5Y cell line exposed to D-galactose (200 mM) for 48 h. Neuronal cell proliferation, differentiation, and expression of anti-oxidant enzymes and apoptosis markers were subsequently evaluated. RESULTS: Treatment with L-histidine (1 mM), L-carnosine (10 mM), or both for 48 h efficiently improved the proliferation, neurogenesis, and senescence of D-galactose-treated SH-SY5Y cells. In addition, protein expression levels of both neuronal markers (β tubulin-III and neurofilament heavy protein) and anti-oxidant enzymes, glutathione peroxidase-1 and superoxide dismutase-1 were up-regulated. Conversely, protein expression levels of amyloid β (1-42) and cleaved caspase-3 were down-regulated. Levels of mRNA for the pro-inflammatory cytokines, interleukin (IL)-8, IL-1β, and tumor necrosis factor-α were also down-regulated. CONCLUSIONS: To the best of our knowledge, we provide the first evidence that L-histidine, L-carnosine, and their combination mediate anti-aging effects in a neuronal cell line subjected to D-galactose-induced aging. These results suggest the potential benefits of L-histidine and L-carnosine as anti-brain aging agents and they support further research of these amino acid molecules.
대한약학회 2003년도 Proceedings of the Convention of the Pharmaceutical Society of Korea Vol.2-2
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pp.169.2-170
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2003
Erythropietin (EPO), a hematopoietic factor is also required for normal brain development, and its receptor is localized in brain. Therefore, it is possible that EPO could act as a neurotropic factor inducing differentiation of neurons. The present study, we therefore investigated whether EPO can increase differentiation of undifferentiated cortical neuron isolated from postneonatal (Day 1) rat brains and PC12 cell, undifferentiated dopaminagic cell line. EPO dose (1-100 U/ml) dependently increased cell differentiation and expression of differentiation marker gene (neurofilament and tyrosine hydroxylase) in both cells. (omitted)
Neurofilaments (NFs) are neuronal intermediate filaments composed of light (NF-L), middle (NF-M), and heavy (NF-H) subunits. NF-L self-assembles into a "core" filament with which NF-M or NF-H co-assembles to form the neuronal intermediate filament. Recent reports show that point mutations of the NF-L gene result in Charcot-Marie-Tooth disease (CMT). However, the most recently described rod domain mutant of human NF-L (A148V) has not been characterized in cellular level. We cloned human NF-L and used it to engineer the A148V. In phenotypic analysis using SW13 cells, A148V mutation completely abolished filament formation despite of presence of NF-M. Moreover, A148V mutation reduced the levels of in vitro self-assembly using GST-NF-L (H/R) fusion protein whereas control (A296T) mutant did not affect the filament formation. These results suggest that alanine at position 148 is essentially required for NF-L self-assembly leading to subsequent filament formation in neuronal cells.
Expressions of endoplasmic reticulum stress response (ERSR) genes were examined during the neuronal differentiation of rat fetal cortical precursor cells (rCPC) and rat pheochromocytoma PC12 cells. When rCPC were differentiated into neuronal cells for 7 days, early stem cell marker, nest in, expression was decreased from day 4, and neuronal markers such as neurofilament-L, -M and Tuj1 were increased after day 4. In this condition, expressions of BIP, ATF6, and phosphorylated PERK as well as their down stream signaling molecules such as CHOP, ATF4, XBP1, GADD34, Nrf2 and $p58^{IPK}$ were significantly increased, suggesting the induction of ERSR during neuronal differentiation of rCPC. ERSR was also induced during the differentiation of PC12 cells for 9 days with NGF. Neurofilament-L transcript was time-dependently increased. Both mRNA and protein levels of Tuj1 were increased after the induction, and the significant increase in NeuN was observed at day 9. Similar to the expression patterns of neuronal markers, BIP/GRP78 and CHOP mRNAs were highly increased at day 9, and ATF4 mRNA was also increased from day 7. These results strongly suggest the induction and possible role of ERSR in neuronal differentiation process. Further study to identify targets responsible for neuronal induction will be necessary.
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal motor neuron disorder that causes progressive paralysis. L-Citrulline is a nonessential neutral amino acid produced by L-arginine via nitric oxide synthase (NOS). According to previous studies, the pathogenesis of ALS entails glutamate toxicity, oxidative stress, protein misfolding, and neurofilament disruption. In addition, L-citrulline prevents neuronal cell death in brain ischemia; therefore, we investigated the change in the transport of L-citrulline under various pathological conditions in a cell line model of ALS. We examined the uptake of [14C]L-citrulline in wild-type (hSOD1wt/WT) and mutant NSC-34/ SOD1G93A (MT) cell lines. The cell viability was determined via MTT assay. A transport study was performed to determine the uptake of [14C]L-citrulline. Quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR) analysis was performed to determine the expression levels of rat large neutral amino acid transported 1 (rLAT1) in ALS cell lines. Nitric oxide (NO) assay was performed using Griess reagent. L-Citrulline had a restorative effect on glutamate induced cell death, and increased [14C]L-citrulline uptake and mRNA levels of the large neutral amino acid transporter (LAT1) in the glutamate-treated ALS disease model (MT). NO levels increased significantly when MT cells were pretreated with glutamate for 24 h and restored by co-treatment with L-citrulline. Co-treatment of MT cells with L-arginine, an NO donor, increased NO levels. NSC-34 cells exposed to high glucose conditions showed a significant increase in [14C]L-citrulline uptake and LAT1 mRNA expression levels, which were restored to normal levels upon co-treatment with unlabeled L-citrulline. In contrast, exposure of the MT cell line to tumor necrosis factor alpha, lipopolysaccharides, and hypertonic condition decreased the uptake significantly which was restored to the normal level by co-treating with unlabeled L-citrulline. L-Citrulline can restore NO levels and cellular uptake in ALS-affected cells with glutamate cytotoxicity, pro-inflammatory cytokines, or other pathological states, suggesting that L-citrulline supplementation in ALS may play a key role in providing neuroprotection.
Purpose: With an increase in the aging population, the number of patients with degenerative spinal diseases undergoing surgery has risen, as has the incidence of postoperative delirium. This study aimed to investigate the risk factors affecting postoperative delirium in older adults who had undergone spine surgery and to identify the associated biomarkers. Methods: This study is a prospective study. Data of 100 patients aged ≥ 70 years who underwent spinal surgery were analyzed. Demographic data, medical history, clinical characteristics, cognitive function, depression symptoms, functional status, frailty, and nutritional status were investigated to identify the risk factors for delirium. The Confusion Assessment Method, Delirium Rating Scale-R-98, and Nursing Delirium Scale were also used for diagnosing delirium. To discover the biomarkers, urine extracellular vesicles (EVs) were analyzed for tau, ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1 (UCH-L1), neurofilament light, and glial fibrillary acidic protein using digital immunoassay technology. Results: Nine patients were excluded, and data obtained from the remaining 91 were analyzed. Among them, 18 (19.8%) developed delirium. Differences were observed between participants with and without delirium in the contexts of a history of mental disorder and use of benzodiazepines (p = .005 and p = .026, respectively). Tau and UCH-L1-concentrations of urine EVs-were comparatively higher in participants with severe delirium than that in participants without delirium (p = .002 and p = .001, respectively). Conclusion: These findings can assist clinicians in accurately identifying the risk factors before surgery, classifying high-risk patients, and predicting and detecting delirium in older patients. Moreover, urine EV analysis revealed that postoperative delirium following spinal surgery is most likely associated with brain damage.
Park, S. H.;B. S. Kwon;J. R. Chun;J. W. Jahng;Lee, H. T.;K. S. Chung
한국동물번식학회:학술대회논문집
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한국동물번식학회 2001년도 춘계학술발표대회
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pp.51-51
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2001
Cocaine and amphetamine-regulated transcript (CART) is a satiety factor that is regulated by leptin. It was reported that the mice intracerebroventricularly injected with CART showed behavioral changes resembled with the typical behavioral alterations found in the mice carrying disorders in the brain serotonergic (5-HT) system. Hence, this study was conducted to find out the relationships between CART and 5-HT. We first examined the mRNA levels of CART after the injections of para-chlorophenylalanine (pCPA, 300 mg/kg i.p., single injection or daily for three consecutive days) in the rat brains by in situ hybridization using the mouse CART cDNA probe cloned in our laboratory. Systemic administrations of pCPA, a potent inhibitor of tryptophan hydroxylase, the rate limiting enzyme of 5-HT biosynthesis, acutely depletes the brain 5-HT transporter (5-HTT) in the dorsal raphe nucleus (DRN), which reuptakes terminal 5-HT. Results indicated that the mRNA level of CART significantly decreased in the arcuate nucleus, paraventricular nucleus, and lateral hypothalamic nucleus by three days of daily injection with pCPA with no noticeable change detected 24 hrs after the single injection. The message levels of 5-HTT in DRN decreased in both single and three days of injections. Secondly, to investigate whether CART affect to 5-HT, mouse genomic CART gene, which is consist of 3 exons and 2 introns and mouse neurofilament light (NF-L) chain promoter were cloned. Then, we constructed neuron specific expression vector, which was transfected into HeLa cell using lipid-mediated transfection system. Expression of GFP and CART linked to NF-L-chain promoter in the transfected HeLa cell were detected by using fluorescent microscope and RT-PCR. These results confirmed normal expression of DNA constructs in vitro. Then, to increase brain specific expression of CART in vivo transgenic mice carrying CART gene controlled the deleted NF-L-chain promoter were generated by the DNA microinjection into pronuclei of fertilized embryos. Transgenic mice were detected by Southern blot. Further study is necessary to examine CART expression and 5-HTT in these transgenic mice. Therefore, these results suggest that there maybe a positive molecular correlation between CART and 5-HT in responding to the stimuli.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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