Background: Ca2+ signaling plays a vital role in neuronal signaling and altered Ca2+ homeostasis in Parkinson's disease (PD). Overexpression of αSYN significantly promote the Ca2+-Calmodulin (CaM) activity and subsequent nuclear translocation of nuclear factor of activated T cells (NFAT) transcription factor in dopaminergic neurons of midbrain. However, the exact role of Ca2+-CaM and NFAT in PD pathology is yet to be elucidated. Methods: We designed the CaM-NFAT-oligodeoxynucleotide (ODN), a synthetic short DNA containing complementary sequence for NFAT transcription factor and CaM mRNA. Then, the effect of CaM-NFAT-ODN on 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+)-mediated neurotoxicity was investigated in mimic PD model in vitro. Results: First, the expression of αSYN and CaM was strongly increased in substantia nigra (SN) of PD and the expression of tyrosine hydroxylase (TH) was strongly increased in control SN. Additionally, the expression of apoptosis marker proteins was strongly increased in SN of PD. Transfection of CaM-NFAT-ODN repressed CaM and pNFAT, the target genes of this ODN in rat embryo primary mesencephalic neurons. It also reduced ERK phosphorylation, a downstream target of these genes. These results demonstrated that CaM-NFAT-ODN operated successfully in rat embryo primary mesencephalic neurons. Transfection of CaM-NFAT-ODN repressed TH reduction, αSYN accumulation, and apoptosis by MPP+-induced neurotoxicity response through Ca2+ signaling and mitogen-activated protein kinases (MAPK) signaling. Conclusion: Synthetic CaM-NFAT-ODN has substantial therapeutic feasibility for the treatment of neurodegenerative diseases.
Chang-Hwan, Bae;Hee-Young, Kim;Hanul, Lee;Ji Eun, Seo;Dong Hak, Yoon;Seungtae, Kim
Korean Journal of Acupuncture
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v.39
no.4
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pp.142-151
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2022
Objectives : Parkinson's disease (PD) is a neurodegenerative disorder threatening the quality of life and highly occurred in over 65 years old. Gastrodia elata Blume (GEB), a traditional medicine used for the treatment of headache and convulsion, has been reported to have neuroprotective effect. This study was designed to investigate the neuroprotective effect of GEB and the proteomic changes in the substantia nigra (SN) of 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP)-treated mice. Methods : Male eleven-week-old C57BL/6 mice were intraperitoneally injected with 30 mg/kg of MPTP at 24-h intervals for 5 days. Two hours after the daily MPTP injection, the mice were orally administered 800 mg/kg of GEB extract, which continued for 7 days beyond the MPTP injections, for a total of 12 consecutive days. Two hours after the final GEB administration, the brain samples were collected, and dopaminergic neuronal death and proteomic changes in the SN were evaluated. Results : GEB prevented the MPTP-induced dopaminergic neuronal death and regulated the expression of 11 proteins including thimet oligopeptidase, T-complex protein 1, glycine tRNA ligase, and pyruvate kinase isozymes M1. Conclusions : GEB prevents MPTP-induced dopaminergic neuronal death by regulating the proteins in the SN.
Park, S.H.;Kwon, Y.R.;Kim, J.W.;Eom, G.M.;Lee, J.H.;Lee, J.W.;Lee, S.M.;Koh, S.B.
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.34
no.4
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pp.182-188
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2013
This study aims to develop a practical algorithm which can detect freezing of gait(FOG) in patients with Parkinson's disease(PD). Eighteen PD patients($68.8{\pm}11.1yrs.$) participated in this study, and three($68.7{\pm}4.0yrs.$) of them showed FOG. We suggested two time-domain algorithms(with 1-axis or 3-axes acceleration signals) and compared them with the frequency-domain algorithm in the literature. We measured the acceleration of left foot with a 3-axis accelerometer inserted at the insole of a shoe. In the time-domain method, the root-mean-square(RMS) acceleration was calculated in a moving window of 4s and FOG was defined as the periods during which RMS accelerations located within FOG range. The parameters in each algorithm were optimized for each subject using the simulated annealing method. The sensitivity and specificity were same, i.e., $89{\pm}8%$ for the time-domain method with 1-axis acceleration and were $91{\pm}7%$ and $90{\pm}8%$ for the time-domain method with 3-axes acceleration, respectively. Both performances were better in the time-domain methods than in the frequency-domain method although the results were statistically insignificant. The amount of calculation in the time-domain method was much smaller than in the frequency-domain method. Therefore it is expected that the suggested time domain algorithm would be advantageous in the systematic implementation of FOG detection.
Salsolinol (SAL), a compound derived from dopamine metabolism, is the most probable neurotoxin involved in the pathogenesis of Parkinson's disease (PD). In this study, we investigated the modification and inactivation of human ceruloplasmin (hCP) induced by SAL. Incubation of hCP with SAL increased the protein aggregation and enzyme inactivation in a dose-dependent manner. Reactive oxygen species scavengers and copper chelators inhibited the SAL-mediated hCP modification and inactivation. The formation of dityrosine was detected in SAL-mediated hCP aggregates. Amino acid analysis post the exposure of hCP to SAL revealed that aspartate, histidine, lysine, threonine and tyrosine residues were particularly sensitive. Since hCP is a major copper transport protein, oxidative damage of hCP by SAL may induce perturbation of the copper transport system, which subsequently leads to deleterious conditions in cells. This study of the mechanism by which ceruloplasmin is modified by salsolinol may provide an explanation for the deterioration of organs under neurodegenerative disorders such as PD. [BMB Reports 2016; 49(1): 45-50]
Synucleinopathies such as Parkinson's disease (PD) are incurable neurodegenerative conditions characterised by the abnormal aggregation of α-synuclein protein in neuronal cells. In PD, fibrillary synuclein aggregation forms Lewy bodies and Lewy neurites in the substantia nigra and cortex on the brain. Dementia with Lewy bodies and multiple system atrophy are also associated with α-synuclein protein abnormalities. α-synuclein is one of three synuclein proteins, and while its precise function is still unknown, one hypothesis posits that α-synuclein propagates from the enteric nervous system through the vagus nerve and into the brain, resulting in synucleinopathy. Studies on synucleinopathies should thus encompass not only the central nervous system but must necessarily include the gut and microbiome. The zebrafish (Danio rerio) is a well-established model for human neuronal pathologies and have been used in studies ranging from genetic models of hereditary disorders to neurotoxin-induced neurodegeneration as well as gut-brain-axis studies. There is significant genetic homology between zebrafish and mammalian vertebrates which is what makes the zebrafish so amenable to modelling human conditions but in the case of synucleinopathies, the zebrafish notably does not possess an α-synuclein homolog. Synuclein orthologs are present in the zebrafish however, and transgenic zebrafish that carry human α-synuclein have been generated. In addition, the zebrafish is a highly advantageous model and ideal replacement for reducing the use of mammalian models. This review discusses the application of the zebrafish as a model for synucleinopathies in efforts to further understand synuclein function and explore therapeutic strategies.
The endogenous neurotoxin, 1-methyl-6,7-dihydroxy-1,2,3,4-tetrahydroisoquinoline (salsolinol), has been considered a potential causative factor for the pathogenesis of Parkinson's disease (PD). In the present study, we examined the pattern of human Cu,Zn-superoxide dismutase (SOD) modification elicited by salsolinol. When Cu,Zn-SOD was incubated with salsolinol, some protein fragmentation and some higher molecular weight aggregates were occurred. Salsolinol led to inactivation of Cu,Zn-SOD in a concentration-dependent manner. Free radical scavengers and catalase inhibited the salsolinol-mediated Cu,Zn-SOD modificaiton. Exposure of Cu,Zn-SOD to salsolinol led also to the generation of protein carbonyl compounds. The deoxyribose assay showed that hydroxyl radicals were generated during the oxidation of salsolinol in the presence of Cu,Zn-SOD. Therefore, the results indicate that free radical may play a role in the modification and inactivation of Cu,Zn-SOD by salsolinol.
Oxidation of catecholamines may contribute to the pathogenesis of Parkinson's disease (PD). The effect of the oxidized products of catecholamines on the modification of Cu,Zn-superoxide dismutase (SOD) was investigated. When Cu,Zn-SOD was incubated with the oxidized 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA) or dopamine, the protein was induced to be aggregated. The deoxyribose assay showed that hydroxyl radicals were generated during the oxidation of catecholamines in the presence of copper ion. Radical scavengers, azide, N-acetylcysteine, and catalase inhibited the oxidized catecholamine-mediated Cu,Zn-SOD aggregation. Therefore, the results indicate that free radicals may play a role in the aggregation of Cu,Zn-SOD. When Cu,Zn-SOD that had been exposed to catecholamines was subsequently analyzed by an amino acid analysis, the glycine and histidine residues were particularly sensitive. These results suggest that the modification of Cu,Zn-SOD by oxidized catecholamines might induce the perturbation of cellular antioxidant systems and led to a deleterious cell condition.
Proceedings of the Korean Society of Applied Pharmacology
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1997.04a
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pp.104-104
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1997
본 실험은 신경독성물질을 이용하여 선조체도파민신경찰성을 충분하게 손상시키고 도파민효능약물투여 후 유발되는 특정행동이 basal ganglia에서 발생되는 진행성이며 퇴행성신경질환인 파킨슨씨 질환(Parkinson's disease : PD)의 연구에 기여할 수 있는지의 타당성을 검토하고자 하였다. 흰쥐의 왼쪽선조체에 6-OHDA 8,16 and 24$\mu\textrm{g}$/2${\mu}\ell$(in 0.1% ascorbic acid)를 각각 투여하여 효율적으로 상동행동을 발현하는 신경독성물질의 투여 용량을 검토하고 도파민신경에 작용하는 약물의 투여방법(반복투여), 관찰기간(수술후 1주부터 4주간) 및 투여시기(7,21 및 35주령)에 따른 행동발현의 특성을 비교검토하고 아울러 성별의 영향도 검토하였다.
Carbon monoxide (CO) is well-known as toxic gas and intrinsic signaling molecule such as neurotransmitter and blood vessel relaxant. Recently, it has been reported that low concentration of CO exerts therapeutic actions under various pathological conditions including liver failure, heart failure, gastric cancer, and cardiac arrest. However, little has been known about the effect of CO in neurodegenerative diseases like Parkinson's disease (PD). To test whether CO could exert a beneficial action during oxidative cell death in PD, we examined the effects of CO on 6-hydroxydopamine (6-OHDA)-induced cell death in C6 glioma cells. Treatment of CO-releasing molecule-2 (CORM-2) significantly attenuated 6-OHDA-induced apoptotic cell death in a dose-dependent manner. CORM-2 treatment decreased Bax/Bcl2 ratio and caspase-3 activity, which had been increased by 6-OHDA. CORM-2 increased phosphorylation of NF-E2-related factor 2 (Nrf2) which is a transcription factor regulating antioxidant proteins. Subsequently, CORM-2 also increased the expression of heme oxygenase-1 and superoxide dismutases (CuZnSOD and MnSOD), which were antioxidant enzymes regulated by Nrf2. These results suggest that CO released by CORM-2 treatment may have protective effects against oxidative cell death in PD through the potentiation of cellular adaptive survival responses via activation of Nrf2 and upregulation of heme oxygenase-1, leading to increasing antioxidant defense capacity.
Parkinson's disease (PD) is one of the representative neurodegenerative movement disorders with the selective loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra. 6-Hydroxydopamine (6-OHDA) is widely used as an experimental model system to mimic PD and has been reported to cause neuronal cell death via oxidative and/or nitrosative stress. Therefore, daily intake of dietary or medicinal plants which fortifies cellular antioxidant capacity can exert neuroprotective effects in PD. In the present study, we have investigated the protective effect of Korean red ginseng (KRG) against 6-OHDA-induced nitrosative death in C6 glioma cells. Treatment of C6 cells with 6-OHDA decreased cell viability and increased expression of inducible nitric oxide synthase, production of nitric oxide as well as peroxynitrite, and formation of nitrotyrosine. 6-OHDA led to apoptotic cell death as determined by decreased Bcl-2/Bax, phosphorylation of JNK, activation of caspase-3, and cleavage of PARP. Conversely, pretreatment of C6 cells with KRG attenuated 6-ODHA-induced cytotoxicity, apoptosis, and nitrosative damages. To further elucidate the molecular mechanism of KRG protection against 6-OHDA-induced nitrosative cell death, we have focused on the cellular self-defense molecules against exogenous noxious stimuli. KRG treatment up-regulated heme oxygenase-1 (HO-1), a key antioxidant enzyme essential for cellular defense against oxidative and/or nitrosative stress via activation of Nrf2. Taken together, these findings suggest KRG may have preventive and/or therapeutic potentials for the management of PD.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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