Objectives:The ginsenoside Rg1 and Rb1, the major components of ginseng saponin, have neurotrophic and neuroprotective effects including promotion of neuronal survival and proliferation, facilitation of learning and memory, and protection from ischemic injury and apoptosis. In this study, to investigate the molecular basis of the effects of ginsenoside on neuron, we analyzed gene expression profiling of SH-SY5Y human neuroblastoma cells treated with ginsenoside Rg1 or Rb1. Methods:SH-SY5Y cells were cultured and treated in triplicate with ginsenoside Rg1 or Rb1($80{\mu}M$, $40{\mu}M$, $20{\mu}M$). The proliferation rates of SH-SY5Y cells were determined by MTT assay and microscopic examination. We used a high density cDNA microarray chip that contained 8K human genes to analyze the gene expression profiles in SH-SY5Y cells. We analyzed using the Significance Analysis of Microarray(SAM) method for identifying genes on a microarray with statistically significant changes in expression. Results:Treatment of SH-SY5Y cells with $80{\mu}M$ ginsenoside Rg1 or Rb1 for 36h showed maximal proliferation compared with other concentrations or control. The results of the microarray experiment yielded 96 genes were upregulated(${\geq}$3 fold) in Rg1 treated cells and 40 genes were up-regulated(${\geq}$2 fold) in Rb1 treated cells. Treatment with ginsenoside Rg1 for 36h induced the expression of some genes associated with protein biosynthesis, regulation of transcription or translation, cell proliferation and growth, neurogenesis and differentiation, regulation of cell cycle, energy transport and others. Genes associated with neurogenesis and neuronal differentiation such as SCG10 and MLP increased in ginsenoside Rg1 treated cells, but such changes did not occur in Rb1-group. Conclusion:Our data provide novel insights into the gene mechanisms involved in possible role for ginsenoside Rg1 or Rb1 in mediating neuronal proliferation or cell viability, which can elicit distinct patterns of gene expression in neuronal cell line. Ginsenoside Rg1 have more broad and strong effects than ginsenoside Rb1 in gene expression and related cellular physiology. In addition, we suggest that SCG10 gene, which is known to be expressed in neuronal differentiation during development and neuronal regeneration during adulthood, may have a role in enhancement of activity dependent synaptic plasticity or cytoskeletal regulation following treatment of ginsenoside Rg1. Further, ginsenoside Rg1 may have a possible role in regeneration of injured neuron, promotion of memory, and prevention from aging or neuronal degeneration.
The mesenchymal stem cells (MSCs), which are derived from the mesoderm, are considered as a readily available source for tissue engineering. They have multipotent differentiation capacity and can be differentiated into various cell types. Many studies have demonstrated that the MSCs identified from amniotic membrane (AM-MSCs) and amniotic fluid (AF-MSCs) are shows advantages for many reasons, including the possibility of noninvasive isolation, multipotency, self-renewal, low immunogenicity, anti-inflammatory and nontumorigenicity properties, and minimal ethical problem. The AF-MSCs and AM-MSCs may be appropriate sources of mesenchymal stem cells for regenerative medicine, as an alternative to embryonic stem cells (ESCs). Recently, regenerative treatments such as tissue engineering and cell transplantation have shown potential in clinical applications for degenerative diseases. Therefore, amnion and MSCs derived from amnion can be applied to cell therapy in neuro-degeneration diseases. In this review, we will describe the potential of AM-MSCs and AF-MSCs, with particular focus on cures for neuronal degenerative diseases.
Ischemic stroke and Alzheimer's disease (AD) are representative geriatric diseases with a rapidly increasing prevalence worldwide. Recent studies have reported an association between ischemic stroke neuropathology and AD neuropathology. Ischemic stroke shares some similar characteristics with AD, such as glia activation-induced neuroinflammation, amyloid beta accumulation, and neuronal cell loss, as well as some common risk factors with AD progression. Although there are considerable similarities in neuropathology between ischemic stroke and AD, no studies have ever compared specific genetic changes of brain cortex between ischemic stroke and AD. Therefore, in this study, I compared the cerebral cortex transcriptome profile of 5xFAD mice, an AD mouse model, with those of middle cerebral artery occlusion (MCAO) mice, an ischemic stroke mouse model. The data showed that the expression of many genes with important functional implications in MCAO mouse brain cortex were related to synaptic dysfunction and neuronal cell death in 5xFAD mouse model. In addition, changes in various protein-coding RNAs involved in synaptic plasticity, amyloid beta accumulation, neurogenesis, neuronal differentiation, glial activation, inflammation and neurite outgrowth were observed. The findings could serve as an important basis for further studies to elucidate the pathophysiology of AD in patients with ischemic stroke.
Autophagy is a bulk lysosomal degradation process important in development, differentiation and cellular homeostasis in multiple organs. Interestingly, neuronal survival is highly dependent on autophagy due to its post-mitotic nature, polarized morphology and active protein trafficking. A growing body of evidence now suggests that alteration or dysfunction of autophagy causes accumulation of abnormal proteins and/or damaged organelles, thereby leading to neurodegenerative disease. Although autophagy generally prevents neuronal cell death, it plays a protective or detrimental role in neurodegenerative disease depending on the environment. In this review, the two sides of autophagy will be discussed in the context of several neurodegenerative diseases.
Regeneration, a process of reconstitution of the entire tissue, occurs throughout life in the olfactory epithelium (OE). Regeneration of OE consists of several stages: proliferation of progenitors, cell fate determination between neuronal and non-neuronal lineages, their differentiation and maturation. How the differentiated cell types that comprise the OE are regenerated, is one of the central questions in olfactory developmental neurobiology. The past decade has witnessed considerable progress regarding the regulation of transcription factors (TFs) involved in the remarkable regenerative potential of OE. Here, we review current state of knowledge of the transcriptional regulatory networks that are powerful modulators of the acquisition and maintenance of developmental stages during regeneration in the OE. Advance in our understanding of regeneration will not only shed light on the basic principles of adult plasticity of cell identity, but may also lead to new approaches for using stem cells and reprogramming after injury or degenerative neurological diseases.
Nerve growth factor (NGF) is a neurotrophic protein that has crucial roles in survival, growth and differentiation. It is expressed in neuronal and non-neuronal tissues. NGF exerts its effects via two types of receptors including the high affinity receptor, tropomyosin receptor kinase A and the low affinity receptor p75 neurotrophin receptor highlighting the complex signaling pathways that underlie the roles of NGF. In pain perception and transmission, multiple studies shed light on the effects of NGF on different types of pain including inflammatory, neuropathic, cancer and visceral pain. Also, the binding of NGF to its receptors increases the availability of many nociceptive receptors such as transient receptor potential vanilloid 1, transient receptor potential ankyrin 1, N-methyl-D-aspartic acid, and P2X purinoceptor 3 as well as nociceptive transmitters such as substance P and calcitonin gene-related peptide. The role of NGF in pain has been documented in pre-clinical and clinical studies. This review aims to shed light on the role of NGF and its signaling in different types of pain.
Neural stem cells (NSCs) have the ability to self-renew and differentiate into multiple nervous system cell types. During embryonic development, the concentrations of soluble biological molecules have a critical role in controlling cell proliferation, migration, differentiation and apoptosis. In an effort to find optimal culture conditions for the generation of desired cell types in vitro, we used a microfluidic chip-generated growth factor gradient system. In the current study, NSCs in the microfluidic device remained healthy during the entire period of cell culture, and proliferated and differentiated in response to the concentration gradient of growth factors (epithermal growth factor and basic fibroblast growth factor). We also showed that overexpression of ASCL1 in NSCs increased neuronal differentiation depending on the concentration gradient of growth factors generated in the microfluidic gradient chip. The microfluidic system allowed us to study concentration-dependent effects of growth factors within a single device, while a traditional system requires multiple independent cultures using fixed growth factor concentrations. Our study suggests that the microfluidic gradient-generating chip is a powerful tool for determining the optimal culture conditions.
Purpose: Human adipose tissue-derived stromal cells(hADSCs) can be expanded in vitro and induced to differentiate into multiple mesenchymal cell types. In this study we have examined various neuronal phenotypes and gene expression profiles of the hADSCs in the neuronal induction. Methods: The hADSCs were isolated from human adipose tissue and they were characterized by the flow cytometry analysis using CD13, CD29, CD34, CD45, CD49d, CD90, CD105 and HLA-DR cell surface markers. We differentiated the hADSCs into the neuronal lineage by using chemical induction medium and observed the cells with contrast microscopy. The immunocytochemistry and western blotting were performed using the NSE, NeuN, Trk-A, Vimentin, N-CAM, S-100 and ${\beta}$-Tubulin III antibodies. Results: The hADSCs were positive for CD13($90.3{\pm}4%$), CD29($98.9{\pm}0.7%$), CD49d($13.6{\pm}6%$), CD90 ($99.4{\pm}0.1%$), CD105($96%{\pm}2.8%$) but negative for CD34, CD45 and HLA-DR. The untreated cultures of hADSCs predominately consisted of spindle shaped cells and a few large, flat cells. Three hours after the addition of induction medium, the hADSCs had changed morphology and adopted neuronal-like phenotypes. The result of immunocytochemistry and western blotting showed that NSE, NeuN, Trk-A, Vimentin, N-CAM, S-100 and ${\beta}$-Tubulin III were expressed. However, NSE, NeuN, Vimentin were weakly expressed in the control. Conclusion: Theses results indicate that hADSCs have the capabillity of differentiating into neuronal lineage in a specialized culture medium. hADSCs may be useful in the treatment of a wide variety of neurological disorders.
Liriope platyphylla has been though as an useful medical plant to improve the cough, sputum, neurodegenerative disorders, obesity, and diabetes in Korea and China from old times. In order to investigate the effects of Liriope platyphylla on expression and secretion of nerve growth factor (NGF), the mRNA expression and protein secretion were detected in the neuronal cell (B35) and neuroglial cell (C6) cultured with three differences concentration (5%, 10%, 15%) of Liriope platyphylla. In MTT assay and FACS anslysis, the some death of some B35 and C6 cells were observed in 15% extract-treated group, while other groups did not induce the death. Also, the mRNA expression of NGF were significantly increased in 5% and 10% extracts treated-group. Furthermore, the NGF protein concentration in supernatant collected from cultured cells showed the very similar pattern with mRNA expression. In order to verify the activity of secreted NGF, the culture supernatant collected from B35 and C6 cells cultured with Liriope platyphylla extracts for 24 hrs were treated into undifferentiated PC12 cells, and the differentiation level of PC12 cell were also observed with microscopes. The differentiation level of PC12 cell were significantly increased depend on the dose of extract. Therefore, these results suggested that the water extracts of Liriope platyphylla may contribute the regulation of NGF expression and secretion in the neuronal cell and be considered as an excellent candidate for a neurodegenerative disease-therapeutic drug.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제40권4호
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pp.173-180
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2014
Objectives: The purpose of this study was to investigate the neurogenic differentiation of human dental pulp stem cells (DPSCs), periodontal ligament stem cells (PDLSCs), and stem cells from apical papilla (SCAP). Materials and Methods: After induction of neurogenic differentiation using commercial differentiation medium, expression levels of neural markers, microtubule-associated protein 2 (MAP2), class III ${\beta}$-tubulin, and glial fibrillary acidic protein (GFAP) were identified using reverse transcriptase polymerase chain reaction (PCR), real-time PCR, and immunocytochemistry. Results: The induced cells showed neuron-like morphologies, similar to axons, dendrites, and perikaryons, which are composed of neurons in DPSCs, PDLSCs, and SCAP. The mRNA levels of neuronal markers tended to increase in differentiated cells. The expression of MAP2 and ${\beta}$-tubulin III also increased at the protein level in differentiation groups, even though GFAP was not detected via immunocytochemistry. Conclusion: Human dental stem cells including DPSCs, PDLSCs, and SCAP may have neurogenic differentiation capability in vitro. The presented data support the use of human dental stem cells as a possible alternative source of stem cells for therapeutic utility in the treatment of neurological diseases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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