New neurons are continually generated in the subgranular zone of the dentate gyrus and in the subventricular zone of the lateral ventricles of the adult brain. These neurons proliferate, differentiate, and become integrated into neuronal circuits, but how they are involved in brain function remains unknown. A deficit of adult hippocampal neurogenesis leads to defective spatial learning and memory, and the hippocampi in neuropsychiatric diseases show altered neurogenic patterns. Adult hippocampal neurogenesis is not only affected by external stimuli but also regulated by internal growth factors including BDNF, VEGF and IGF-1. These factors are implicated in a broad spectrum of pathophysiological changes in the human brain. Elucidation of the roles of such neurotropic factors should provide insight into how adult hippocampal neurogenesis is related to psychiatric disease and synaptic plasticity.
Induction of neurogenesis can occur in the hippocampus in response to various pathological conditions, such as Alzheimer's disease. The aim of this study was to investigate the changes that occur in endogenous neural stem cells in response to amyloid beta $(A{\beta})_{25-35}$-induced neuronal cell damage in organotypic hippocampal slice cultures. Cresyl violet staining and Fluoro-Jade B staining were used to detect neuronal cell damage and changes of mossy fiber terminals were observed by Timm's staining. The immunofl uorescence staining was used to detect the newly generated cells in the subgranular zone (SGZ) of the dentate gyrus with specific marker, 5-bromo-2'-deoxyuridine (BrdU), Ki-67, Nestin, and doublecortin (DCX). In compared to control slices, neuronal cell damage was observed and the mossy fibers were expanded to CA3 area by treatment with $A{\beta}_{25-35}$. Ki-67/Nestin- and BrdU/DCX-positive cells were detected in the SGZ. In conclusion, these results demonstrate that $A{\beta}$-induced neuronal damage results in an increase in endogenous neural stem cells in rat hippocampal slice cultures not only for gliosis but also for neurogenesis.
Neural stem cells are found in adult mammalian brain regions including the subgranular zone (SGZ) of the dentate gyrus (DG) and the subventricular zone (SVZ). In addition to these two regions, other neurogenic regions are often reported in many species. Recently, the subcallosal zone (SCZ) has been identified as a novel neurogenic region where new neuroblasts are spontaneously generated and then, by Bax-dependent apoptosis, eliminated. However, the development of SCZ in the postnatal brain is not yet fully explored. The present study investigated the precise location and amount of neuroblasts in the developing brain. To estimate the importance of programmed cell death (PCD) for SCZ histogenesis, SCZ development in the Bax-knockout (KO) mouse was examined. Interestingly, an accumulation of extra neurons with synaptic fibers in the SCZ of Bax-KO mice was observed. Indeed, Bax-KO mice exhibited enhanced startle response to loud acoustic stimuli and reduced anxiety level. Considering the prevention of PCD in the SCZ leads to sensory-motor gating dysfunction in the Bax-KO mice, active elimination of SCZ neuroblasts may promote optimal brain function.
Although there are some questions about the venues of adult neurogenesis, it is undoubtedly accepted that new neurons are born in adult brains. Adult neurogenesis is regulated by a wide array of factors. Insults harmful to brain, such as neurodegenerative diseases, seizure, ischemia and exposure to drugs of abuse, are intricately related to adult neurogenesis. Whereas neurodegenerative diseases are characterized by death or functional loss of specific neurons, recent studies report that they can be accompanied by neurogenesis. In addition, alcohol and drugs of abuse which have been reputed to cause irreversible damage to brain can also generate newly born cells in adult brain. As yet, however, we have little knowledge of the functional significance and roles of adult neurogenesis under pathological settings, not to mention under physiological settings. Accordingly, in this review we briefly summarize the results of studies which focus on adult neurogenesis in insulted brain, instead of trying to draw hurried conclusion regarding the relationship between adult neurogenesis and brain insults.
Park, Ki-Youb;Oh, Hyun-Chang;Lee, Ji-Yong;Kim, Man Su
Journal of Life Science
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v.27
no.6
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pp.623-631
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2017
In the subventricular zone (SVZ) and the subgranular zone of the brain, neurogenesis occurs throughout one's lifespan. Neural stem cells (NSCs) in these regions divide to maintain their stem cell pools as well as differentiate into neurons and glial cells. To monitor cell division, a thymidine analogue such as 5-ethynyl-2'-deoxyuridine (EdU) has been used. In some cases, EdU was applied to label newly born neurons. Here, we report about the effects of EdU on the proliferation and differentiation of NSCs cultured from mouse SVZ. First, when NSCs were cultured in a proliferation medium containing EdU for 24 hr, they did not generate any neurons under the following differentiation conditions. When EdU was applied to the proliferating NSCs for 1 hr prior to differentiation, neurogenesis was still substantially reduced. Second, EdU decreased cell proliferation of NSCs in dose- and time-dependent manners. Finally, EdU inhibited differentiation into oligodendrocyte lineage, while the number of glial fibrillary acidic protein (GFAP)-positive astrocytes increased. To our knowledge, these findings are the first to show the effects of EdU on the differentiation of SVZ NSCs and suggest that cell division is necessary for differentiation into neurons and oligodendrocytes.
Purpose : This paper focuses on the emerging concept that adult central nervous system neurogenesis can be regulated by various physical activity, enriched environment, and pathological conditions. Neurogenesis-the production of new neuron-is an ongoing process that persists in the adult brain of mammalian, including humans. Result : The adult brain was thought be limited in its regenerative function. However, this concepts changed, recent evidence of neurogenesis in certain adult brain areas such as SVZ(subventricular zone) and SGZ(subgranular zone) in hippocampus, raised possibility for improved treatment for patient with stroke. Neural plasticity has an adaptive purpose, because an ability of the brain to change in response to peripheral stimulation, physical activity, experience, and injury. Conclusions : The major function of the neurogenesis in adult brain seems to be replacing the neuron that die regularly in discrete adult brain regions. These cells are capable of functionally integrating into neighboring neural cells, and reconnecting to the correct neural networks. This review suggest that various intervention, including physical activity, voluntary movement training, skilled forelimb reaching training, and enriched environment, induced neural cell production in certain adult brain, and associated with functional recovery after stroke.
Jeong, Jin Kwon;Kim, Han Rae;Hwang, Seong Mun;Park, Jeong Woo;Lee, Byung Ju
Molecules and Cells
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v.26
no.2
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pp.186-192
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2008
NELL2, a neural tissue-enriched protein, is produced in the embryo, and postembryonically in the mammalian brain, with a broad distribution. Although its synthesis is required for neuronal differentiation in chicks, not much is known about its function in the adult mammalian brain. We investigated the distribution of NELL2 in various regions of the adult rat brain to study its potential functions in brain physiology. Consistent with previous reports, NELL2-immunoreactivity (ir) was found in the cytoplasm of neurons, but not in glial fibrillary acidic protein (GFAP)-positive glial cells. The highest levels of NELL2 were detected in the hippocampus and the cerebellum. Interestingly, in the cerebellar cortex NELL2 was observed only in the GABAergic Purkinje cells not in the excitatory granular cells. In contrast, it was found mainly in the hippocampal dentate gyrus and pyramidal cell layer that contains mainly glutamatergic neurons. In the dentate gyrus, NELL2 was not detected in the GFAP-positive neural precursor cells, but was generally present in mature neurons of the subgranular zone, suggesting a role in this region restricted to mature neurons.
Johnson, Madeleine A.;Ables, Jessica L.;Eisch, Amelia J.
BMB Reports
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v.42
no.5
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pp.245-259
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2009
The process by which adult neural stem cells generate new and functionally integrated neurons in the adult mammalian brain has been intensely studied, but much more remains to be discovered. It is known that neural progenitors progress through distinct stages to become mature neurons, and this progression is tightly controlled by cell-cell interactions and signals in the neurogenic niche. However, less is known about the cell-intrinsic signaling required for proper progression through stages of adult neurogenesis. Techniques have recently been developed to manipulate genes specifically in adult neural stem cells and progenitors in vivo, such as the use of inducible transgenic mice and viral-mediated gene transduction. A critical mass of publications utilizing these techniques has been reached, making it timely to review which molecules are now known to play a cell-intrinsic role in regulating adult neurogenesis in vivo. By drawing attention to these isolated molecules (e.g. Notch), we hope to stimulate a broad effort to understand the complex and compelling cascades of intrinsic signaling molecules important to adult neurogenesis. Understanding this process opens the possibility of understanding brain functions subserved by neurogenesis, such as memory, and also of harnessing neural stem cells for repair of the diseased and injured brain.
Adult neurogenesis has been reported in the hypothalamus, subventricular zone and subgranular zone in the hippocamp. Recent studies indicated that new cells in the hypothalamus are affected by diet. We previously showed beneficial effects of safflower seed oil (SSO), a rich source of linoleic acid (LA; 74%), on proliferation and differentiation of neural stem cells (NSCs) in vitro. In this study, the effect of SSO on hypothalamic neurogenesis was investigated in vivo, in comparison to synthetic LA. Adult mice were treated with SSO (400 mg/kg) and pure synthetic LA (300 mg/kg), at similar concentrations of LA, for 8 weeks and then hypothalamic NSCs were cultured and subsequently used for Neurosphere-forming assay. In addition, serum levels of brain-derived neurotrophic factor (BNDF) were measured using enzyme-linked immunosorbent assay. Administration of SSO for 8 weeks in adult mice promoted the proliferation of NSCs isolated from SSO-treated mice. Immunofluorescence staining of the hypothalamus showed that the frequency of astrocytes (glial fibrillary acidic protein+ cells) are not affected by LA or SSO. However, the frequency of immature (doublecortin+ cells) and mature (neuronal nuclei+ cells) neurons significantly increased in LA- and SSO-treated mice, compared to vehicle. Furthermore, both LA and SSO caused a significant increase in the serum levels of BDNF. Importantly, SSO acted more potently than LA in all experiments. The presence of other fatty acids in SSO, such as oleic acid and palmitic acid, suggests that they could be responsible for SSO positive effect on hypothalamic proliferation and neurogenesis, compared to synthetic LA at similar concentrations.
A previous animal study has shown the effects of erythropoietin (EPO) and its non-erythropoietic carbamylated derivative (CEPO) on neurogenesis in the dentate gyrus. In the present study, we sought to investigate the effect of EPO on adult hippocampal neurogenesis, and to compare the ability of EPO and CEPO promoting dendrite elongation in cultured hippocampal neural progenitor cells. Two-month-old male BALB/c mice were given daily injections of EPO (5 U/g) for seven days and were sacrificed 12 hours after the final injection. Proliferation assays demonstrated that EPO treatment increased the density of bromodeoxyuridine (BrdU)-labeled cells in the subgranular zone (SGZ) compared to that in vehicle-treated controls. Functional differentiation studies using dissociated hippocampal cultures revealed that EPO treatment also increased the number of double-labeled BrdU/microtubulea-ssociated protein 2 (MAP2) neurons compared to those in vehicle-treated controls. Both EPO and CEPO treatment significantly increased the length of neurites and spine density in MAP2(+) cells. In summary, these results provide evidences that EPO and CEPO promote adult hippocampal neurogenesis and neuronal differentiation. These suggest that EPO and CEPO could be a good candidate for treating neuropsychiatric disorders such as depression and anxiety associated with neuronal atrophy and reduced hippocampal neurogenesis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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