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.
Jang Woo Park;Yi Seul Choi;Dong Hyun Kim;Eun Sang Lee;Chan Woo Park;Hye Kyung Chung;Ran Ji Yoo
Journal of Radiopharmaceuticals and Molecular Probes
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v.9
no.1
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pp.3-8
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2023
Parkinson's disease is a neurodegenerative disease caused by damage to brain neurons related to dopamine. Non-clinical animal models mainly used in Parkinson's disease research include drug-induced models of 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine and 6-hydroxydopamine, and genetically modified transgenic animal models. Parkinson's diagnosis can be made using brain imaging of the substantia nigra-striatal dopamine system and using a radiotracer that specifically binds to the dopamine transporter. In this study, 18F-N-(3-fluoropropyl)-2β-carboxymethoxy-3β-(4-iodophenyl) nortropane was used to confirm the image evaluation cutoff between normal and parkinson's disease models, and to confirm model persistence over time. In addition, the efficacy of single or combined administration of clinically used therapeutic drugs in parkinson's animal models was evaluated. Image analysis was performed using the PMOD software. Converted to standardized uptake value, and analyzed by standardized uptake value ratio by dividing the average value of left striatum by the average value of right striatum obtained by applying positron emission tomography images to the atlas magnetic resonance template. The image cutoff of the normal and the parkinson's disease model was calculated as SUVR=0.829, and it was confirmed that it was maintained during the test period. In the three-drug combination administration group, the right and left striatum showed a high symmetry of more than 0.942 on average and recovered significantly. Images using 18F-N-(3-fluoropropyl)-2β-carboxymethoxy-3β-(4-iodophenyl) nortropane are thought to be able to diagnose and evaluate treatment efficacy of non-clinical Parkinson's disease.
To raises the possibility of designing effective inhibitors, 3D-QSAR for the inhibition of calcineurin-NFAT signaling by new N-(4-oxo-1(4H)-naphthalenylidene benzenesulfonamide derivatives as inhibitors of intracellular protein-protein interactions were studied using CoMFA and CoMSIA methodology. The three templates, N-(4-oxo-1(4H)-naphthalenylidene)benzenesulfonamide (A), benzenesulfonamide (B) and 4-oxo-1(4H)-naphthalenylidene (C) were selected to improve the statistic of the present 3D-QSAR models. The best models with combination of standard field in CoMFA, and steric field and electrostatic field in CoMSIA derived from the template, B and C, because most of the compounds tend not to be aligned in template A. From the based on the CoMFA and CoMSIA contour maps, the $R_1$ and $R_2$ groups on 4-oxo-1(4H) naphthalenylidene ring are steric favor. The ortho position on the benzenesulfonyl ring is steric disfavor and the meta position is steric favor. In addition, the oxygene atom of carbonyl group will have better inhibition activities as it has a negative charge favor. From these findings, we can conclude that the analyses of the contour maps provided insight into possible modification of molecules for effective inhibitiors.
Inducible and reversible gene silencing in desired types of cells is instrumental for deciphering gene functions using cultured cells or in vivo models. However, efficient conditional gene knockdown systems remain to be established. Here, we report the generation of an inducible expression system for short hairpin RNA (shRNA) targeted to PTEN, a well-documented dual-specificity phosphatase involved in tumor suppression and ontogenesis. Upon induction by doxycycline (DOX), the reverse tetracycline transcriptional activator (rtTA) switched on the concomitant expression of GFP and a miR-30 precursor, the subsequent processing of which released the embedded PTEN-targeted shRNA. The efficacy and reversibility of PTEN knockdown by this construct was validated in normal and neoplastic cells, in which PTEN deficiency resulted in accelerated cell proliferation, suppressed apoptosis, and increased invasiveness. Transgenic mice harboring the conditional shRNA-expression cassette were obtained; GFP expression and concurrent PTEN silencing were observed upon ectopic expression of rtTA and induction with Dox. Therefore, this study provides novel tools for the precise dissection of PTEN functions and the generation of PTEN loss of function models in specific subsets of cells during carcinogenesis and ontogenesis.
To search of a new porcine pheromonal odorant for biostimulation control system technologies to offer a potentially useful and practical way to improve reproductive efficiency in livestock species, the two dimensional quantitative structure-activity relationship (QSAR) models between physicochemical parameters as descriptors of 2-cyclohexyloxytetrahydrofurane (A), 2-phenoxytetrahydrofurane (B) analogues and binding affinity constant ($p[Od.]_{50}$) for porcine odorant-binding protein (pOBP) as receptor of pig pheromones were derived and disscused. The statistical quality of the optimized 2D-QSAR model is good ($r^{2}=0.964$) and accounts for 96.4% of the variance in the binding affinity constants. It was found that the binding affinity constants were dependent upon the optimal value, $(SL)_{opt.}=1.418$ of substituent lipole (SL) in molecules. Therefore, the SL constant was very important factor for binding affinity.
Objective: Although various human cancer stem cells (CSCs) have been defined, their applications are restricted to immunocompromised models. Developing a novel CSC model which could be used in immunocompetent or transgenic mice is essential for further understanding of the biomolecular characteristics of tumor stem cells. Therefore, in this study, we analyzed murine lung cancer cells for the presence of CSCs. Methods: Side population (SP) cells were isolated by fluorescence activated cell sorting, followed by serum-free medium (SFM) culture, using Lewis lung carcinoma cell (LLC) line. The self-renewal, differentiated progeny, chemosensitivity, and tumorigenic properties in SP and non-SP cells were investigated through in vitro culture and in vivo serial transplantation. Differential expression profiles of stem cell markers were examined by RT-PCR. Results: The SP cell fraction comprised 1.1% of the total LLC population. SP cells were available to grow in SFM, and had significantly enhanced capacity for cell proliferation and colony formation. They were also more resistant to cisplatin in comparison to non-SP cells, and displayed increased tumorigenic ability. Moreover, SP cells showed higher mRNA expression of Oct-4, ABCG2, and CD44. Conclusion: We identified SP cells from a murine lung carcinoma, which possess well-known characteristics of CSCs. Our study established a useful model that should allow investigation of the biological features and pharmacosensitivity of lung CSCs, both in vitro and in syngeneic immunocompetent or transgenic/knockout mice.
Microglia are emerging as critical regulators of innate immune responses in AD and other neurodegenerative disorders, highlighting the importance of understanding their molecular and cellular mechanisms. We attempted to determine the role of crosstalk signaling between $IFN-{\gamma}$ and $TGF-{\beta}$ in $A{\beta}$ clearance by microglia cells. We used in vitro and in vivo mouse models that recapitulated acute and chronic aspects of microglial responses to $A{\beta}$ peptides. We showed that crosstalk signaling between $TGF-{\beta}$ and Smad2 was an important mediator of neuro-inflammation. These findings suggest that microglial $TGF-{\beta}$ activity enhances the pathological progression to AD. As $TGF-{\beta}$ displays broad regulatory effects on beneficial microglial functions, the activation of inflammatory crosstalk signaling between $TGF-{\beta}$ and Smad2 may be a promising strategy to restore microglial functions, halt the progression of $A{\beta}$-driven pathology, and prevent AD development.
Alzheimer's disease (AD) is the most common cause of dementia in the elderly, and its pathology is characterized by the presence of numerous numbers of senile plaques and neurofibrillary tangles. Several genetic and transgenic studies have indicated that excess amount of $\beta$-amyloid protein (A$\beta$) is produced by mutations of $\beta$TEX>$\beta$-amyloid precursor protein and causes learning impairment. Moreover, $A\beta$ has a toxic effect on cultured nerve cells. To prepare AD model animals, we have examined continuous (2 weeks) infusion of $A\beta$ into the cerebral ventricle of rats. Continuous infusion of $A\beta$ induces learning impairment in water maze and passive avoidance tasks, and decreases choline acetyltransferase activity in the frontal cortex and hippocampus. Immunohistochemical analysis revealed diffuse depositions of $A\beta$ in the cerebral cortex and hippocampus around the ventricle. Furthermore, the nicotine-evoked release of acetylcholine and dopamine in the frontal cortex/hippocampus and striatum, respectively, is decreased in the $A\beta$-infused group. Perfusion of nicotine (50 $\mu\textrm{M}$) reduced the amplitude of electrically evoked population spikes in the CA1 pyramidal cells of the control group, but not in those of the $A\beta$-infused group, suggesting the impairment of nicotinic signaling in the $A\beta$-infused group. In fact, Kd, but not Bmax, values for [$^3H$] cytisine binding in the hippocampus significantly increased in the $A\beta$-infused rats. suggesting the decrease in affinity of nicotinic acetylcholine receptors. Long-term potentiation (LTP) induced by tetanic stimulations in CA1 pyramidal cells, which is thought to be an essential mechanism underlying learning and memory, was readily observed in the control group, whereas it was impaired in the $A\beta$-infused group. Taken together, these results suggest that $A\beta$ infusion impairs the signal transduction mechanisms via nicotinic acetylcholine receptors. This dysfunction may be responsible, at least in part, for the impairment of LTP induction and may lead to learning and memory impairment. We also found the reduction of glutathione- and Mn-superoxide dismutase-like immunoreactivity in the brains of $A\beta$-infused rats. Administration of antioxidants or nootropics alleviated learning and memory impairment induced by $A\beta$ infusion. We believe that investigation of currently available transgenic and non-transgenic animal models for AD will help to clarify the pathogenic mechanisms and allow assessment of new therapeutic strategies.
Kim, Joonki;Kim, Sung Hun;Lee, Deuk-Sik;Lee, Dong-Jin;Kim, Soo-Hyun;Chung, Sungkwon;Yang, Hyun Ok
Journal of Ginseng Research
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v.37
no.1
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pp.100-107
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2013
This study examined the effect of fermented ginseng (FG) on memory impairment and ${\beta}$-amyloid ($A{\beta}$) reduction in models of Alzheimer's disease (AD) in vitro and in vivo. FG extract was prepared by steaming and fermenting ginseng. In vitro assessment measured soluble $A{\beta}42$ levels in HeLa cells, which stably express the Swedish mutant form of amyloid precursor protein. After 8 h incubation with the FG extract, the level of soluble $A{\beta}42$ was reduced. For behavioral assessments, the passive avoidance test was used for the scopolamine-injected ICR mouse model, and the Morris water maze was used for a transgenic (TG) mouse model, which exhibits impaired memory function and increased $A{\beta}42$ level in the brain. FG extract was treated for 2 wk or 4 mo on ICR and TG mice, respectively. FG extract treatment resulted in a significant recovery of memory function in both animal models. Brain soluble $A{\beta}42$ levels measured from the cerebral cortex of TG mice were significantly reduced by the FG extract treatment. These findings suggest that FG extract can protect the brain from increased levels of $A{\beta}42$ protein, which results in enhanced behavioral memory function, thus, suggesting that FG extract may be an effective preventive or treatment for AD.
Autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD) is characterized by formation of multiple fluid-filled cysts that expand over time and destroy renal architecture. The proteins encoded by the $PKD1$ and $PKD2$ genes, mutations in which account for nearly all cases of ADPKD, may help guard against cystogenesis. Previously developed mouse models of $PKD1$ and $PKD2$ demonstrated an embryonic lethal phenotype and massive cyst formation in the kidney, indicating that $PKD1$ and $PKD2$ probably play important roles during normal renal tubular development. However, their precise role in development and the cellular mechanisms of cyst formation induced by $PKD1$ and $PKD2$ mutations are not fully understood. To address this question, we presently created $Pkd2$ knockout and $PKD2$ transgenic mouse embryo fibroblasts. We used a mouse oligonucleotide microarray to identify messenger RNAs whose expression was altered by the overexpression of the $PKD2$ or knockout of the $Pkd2$. The majority of identified mutations was involved in critical biological processes, such as metabolism, transcription, cell adhesion, cell cycle, and signal transduction. Herein, we confirmed differential expressions of several genes including aquaporin-1, according to different $PKD2$ expression levels in ADPKD mouse models, through microarray analysis. These data may be helpful in $PKD2$-related mechanisms of ADPKD pathogenesis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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