The formation of ${\beta}$-amyloid peptide ($A{\beta}$) is initiated from cleavage of amyloid precursor protein (APP) by a family of protease, ${\alpha}$-, ${\beta}$-, and ${\gamma}$-secretase. Sub W, a substrate peptide, consists of 10 amino acids, which are adjacent to the ${\beta}$-cleavage site of wild-type APP, and Sub M is Swedish mutant with double mutations on the left side of the ${\beta}$-cleavage site of APP. Sub W is a normal product of the metabolism of APP in the secretary pathway. Sub M is known to increase the efficiency of ${\beta}$-secretase activity, resulting in a more specific binding model compared to Sub W. Three-dimensional structures of Sub W and Sub M were studied by CD and NMR spectroscopy in water solution. On the basis of these structures, interaction models of ${\beta}$-secretase and substrate peptides were determined by molecular dynamics simulation. Four hydrogen bonds and one water-mediated interaction were formed in the docking models. In particular, the hydrogen bonding network of Sub M-BACE formed spread over the broad region of the active site of ${\beta}$-secretase (P5-P3'), and the side chain of P2- Asn formed a hydrogen bond specifically with the side chain of Arg235. These are more favorable to the cleavage of Sub M by ${\beta}$-secretase than Sub W. The two substrate peptides showed different tendency to bind to ${\beta}$-secretase and this information may useful for drug development to treat and prevent Alzheimer's disease.
Objective : This experiment was designed to investigate the effect of Thalictrum foetidum(TFD) on the Alzheimer's disease. Method : The effects of TFD on amyloid precursor proteins(APP), acetylcholinesterase(AChE), glial fibrillary acidic protein(GFAP) mRNA of PC-12 cell treated by amyloid ${\beta}$$protein(A{\beta})$ and $IL-1{\beta}$, IL-6, $TNF-{\alpha}$ mRNA of THP-l cell treated by lipopolysaccharide(LPS), AChE activity of PC-12 cell lysate treated by $A{\beta}$ and behavior of the memory deficit mice induced by scopolamine, and glucose, AChE in serum of the memory deficit mice induced by scopolamine were investigated, respectively. Results : The results were summarized as follows ; 1. TFD suppressed APP, AChE, GFAP mRNA in PC-12 cell treated by $A{\beta}$. 2. TFD suppressed $IL-1{\beta}$, IL-6, $TNF-{\alpha}$ mRNA in THP-l cell treated by LPS 3.. TFD suppressed AChE activity in cell lysate of PC-12 cell treated by $A{\beta}$. 4. TFD increased glucose and decreased AChE significantly in the serum of the memory deficit mice induced by scopolamine. 5. TFD group showed significantly inhibitory effect on the scopolamine-induced impairment of learning and memory in the experiment of Morris water maze. Conclusion : According to the above results, it is suggested that TFD might be usefully applied for prevention and treatment of Alzheimer's disease.
Kim Hye Sun;Lee Jun Ho;Kim Eun Mee;Lee Jean Pyo;Suh Yoo Hun
Environmental Mutagens and Carcinogens
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v.25
no.1
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pp.19-24
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2005
The Swedish double mutation (KM670/671NL) of amyloid precursor protein (Swe-APP) is associated with early-onset familial Alzheimer's disease (FAD) and increases amyloid beta peptide production. Although APP/A/3 mediated neurotoxicity is observed both in vitro and in vivo, the relationship between mutant APP expression, A/3 production, and neuronal death observed in the brains of FAD patients remains to be elucidated. In this study, we investigated the mechanisms of Swe-APP-induced cell death in HEK293 and NGF-differentiated PC 12 cells. We found that the expression of Swe-APP induced cytochrome C relase, activation of caspase 3 in HEK 293 and NGF-differentiated PC 12 cells. We also show that the reactive oxygen species (ROS) was detected in Swe-APP expressing HEK 293 cells and NGF-differentiated PC 12 cells and that pretreatment with vitamine E attenuated the cellular death, cytochrome C release induced by Swe-APP expression, indicating the involvement of free radical in these processes. These results suggest one of possible apoptotic mechanisms of Swe-APP which could occur through cytochrome C release from mitochondria and this apoptosis inducing effects could be at least in part, due to ROS generation by Swe-APP expression.
MicroRNAs (miRNAs) have been reported to be involved in many neurodegenerative diseases. The present study focused on the role of hsa-miR-144-3p in one of the neuro-degenerative diseases, Parkinson's disease (PD). Our study showed a remarkable down-regulation of miR-144-3p expression in 1-methyl-4-phenyl-1, 2, 3, 6-tetrahydropyridine (MPTP)-treated SH-SY5Y cells. MiR-144-3p was then overexpressed and silenced in human SH-SY5Y cells by miRNA-mimics and miRNA-inhibitor transfections, respectively. Furthermore, ${\beta}$-amyloid precursor protein (APP) was identified as a target gene of miR-144-3p via a luciferase reporter assay. We found that miR-144-3p overexpression significantly inhibited the protein expression of APP. Since mitochondrial dysfunction has been shown to be one of the major pathological events in PD, we also focused on the role of miR-144-3p and APP in regulating mitochondrial functions. Our study demonstrated that up-regulation of miR-144-3p increased expression of the key genes involved in maintaining mitochondrial function, including peroxisome proliferator-activated receptor ${\gamma}$ coactivator-$1{\alpha}$(PGC-$1{\alpha}$), nuclear respiratory factor 1 (NRF-1) and mitochondrial transcription factor A (TFAM). Moreover, there was also a significant increase in cellular ATP, cell viability and the relative copy number of mtDNA in the presence of miR-144-3p overexpression. In contrast, miR-144-3p silencing showed opposite effects. We also found that APP overexpression significantly decreased ATP level, cell viability, the relative copy number of mtDNA and the expression of these three genes, which reversed the effects of miR-144-3p overexpression. Taken together, these results show that miR-144-3p plays an important role in maintaining mitochondrial function, and its target gene APP is also involved in this process.
Chandra, Shrestha Abinash;Kim, Ju Eun;Ham, Ha Neul;Jo, Youn Jeong;Bach, Tran The;Eum, Sang Mi;Leem, Jae Yoon
Korean Journal of Pharmacognosy
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v.49
no.2
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pp.182-187
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2018
Many plant derived phytochemicals have been considered as the main therapeutic strategy against Alzheimer's disease (AD). AD is a progressive neurodegenerative disorder, and the most predominant cause of dementia in the elderly. Cholinergic deficit, senile plaque/${\beta}$-amyloid ($A{\beta}$) peptide deposition and oxidative stress have been identified as three main pathogenic pathways which contribute to the progression of AD. We screened many different plant species for their effective use in both modern and traditional system of medicines. In this study, we tested that MeOH extract of the stem bark of Hopea chinensis (Merr.) Hand.-Mazz. (HCM) affects on the processing of Amyloid precursor portein (APP) from the APPswe over-expressing Neuro2a cell line. We showed that HCM reduced the secretion level of $A{\beta}42$ and $A{\beta}40$ in a dose dependent manner. We found that HCM increased over 1.5 folds of the secretion level of $sAPP{\alpha}$, a metabolite of ${\alpha}$-secretase. Furthermore, we found that HCM inhibited acetylcholinesterase activity in vitro. We suggest that the stem bark of Hopea chinensis may be a useful source to develop a therapeutics for AD.
Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disorder characterized by neuronal loss and extracellular senile plaques containing $\beta$-amyloid peptide (A$\beta$). The deposition of the A$\beta$ peptide following proteolytic processing of amyloid precursor protein (APP) by $\beta$-secretase (BACE1) and $\gamma$-secretase is a critical feature in the progression of AD. Among the plant extracts tested, the ethanol extract of Petasites japonicus leaves showed novel protective effect on B103 neuroblastoma cells against neurotoxicity induced by A$\beta$, as well as a strong suppressive effect on BACE1 activity. Ethanol extracts of P. japonicus leaves were sequentially extracted with methylene chloride, ethyl acetate and butanol and evaluated for potential to inhibit BACE1, as well as to suppress A$\beta$-induced neurotoxicity. Exposure to A$\beta$ significantly reduced cell viability and increased apoptotic cell death. However, pretreatment with ethyl acetate fraction of P. japonicus leaves prior to A$\beta$ (50 ${\mu}M$) significantly increased cell viability (p<0.01). In parallel, cell apoptosis triggered by A$\beta$ was also dramatically inhibited by ethyl acetate fraction of P. japonicus leaves. Moreover, the ethyl acetate fraction suppressed caspase-3 activity to the basal level at 30 ppm. Taken together, these results demonstrated that P. japonicus leaves appear to be a useful source for the inhibition and/or prevention of AD by suppression of BACE1 activity and attenuation of A$\beta$ induced neurocytotoxicity.
Su Young Shin;Jin-Woo Jeong;Chul Hwan Kim;Eun Jung Ahn;Seung Young Lee;Chang-Min Lee;Kyung-Min Choi
Proceedings of the Plant Resources Society of Korea Conference
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2021.04a
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pp.58-58
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2021
Although hypoxic/ischemic injury is thought to contribute to the incidence of Alzheimer disease (AD), the molecular mechanism that determines the relationship between hypoxia-induced β-amyloid (Aβ) generation and development of AD is not yet known. In this study, we investigated the protective effects of Acorus gramineus Soland. (AGS) on oxygen-glucose deprivation/reoxygenation (OGD/R)-induced A β production in SH-SY5Y human neuroblastoma cells. Pretreatment of these cells with AGS significantly attenuated OGD/R-induced production of reactive oxygen species (ROS) and elevation of levels of malondialdehyde, nitrite (NO), prostaglandin E2 (PGE2), cytokines (TNF-α, IL-1β and IL-6) and glutathione, as well as superoxide dismutase activity. AGS also reduced OGD/R-induced expression of the apoptotic protein caspase-3, the apoptosis regulator Bcl-2, and the autophagy protein becn-1. Finally, AGS reduced OGD/R-induced Aβ production and cleavage of amyloid precursor protein, by inhibiting secretase activity and suppressing the autophagic pathway. Although supporting data from in vivo studies are required, our results indicate that AGS may prevent neuronal cell damage from OGD/R-induced toxicity.
Lim, Ji-Hong;Lee, Bo Ram;Park, Hee Won;Hong, Bum Soo;Lim, Beong Ou;Kim, Young Jun
Journal of the Korean Chemical Society
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v.58
no.6
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pp.553-559
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2014
Alzheimer's disease (AD) is a devastating neurodegenerative disease that represents the most common form of dementia among the elderly population. The deposition of aggregated ${\beta}$-amyloid ($A{\beta}$) senile plaques in the human brain is a classic observation in the neuropathology of AD, yet an understanding of the mechanism of their formation remains elusive. $A{\beta}$ is formed through endoproteolysis of the amyloid precursor protein (APP) by ${\beta}$-secretase (BACE1, ${\beta}$-site APP-cleaving enzyme) and ${\gamma}$-secretase. In this study, BACE1 protein was successfully over-expressed, purified, and refolded and utilized in a binding study with hispidin. We developed a simpler refolding method using a urea gradient and size-exclusion gel filtration to purify an active BACE1 protein variant, in larger quantities than that reported previously, and measured the binding affinity of hispidin to the BACE1 protein variant through isothermal titration calorimetry.
Kim, Mi Jeong;Huh, Yang Hoon;Choi, Ki Ju;Jun, Sangmi;Je, A Reum;Chae, Heesu;Lee, Chulhyun;Kweon, Hee-Seok
Applied Microscopy
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v.42
no.4
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pp.179-185
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2012
Alzheimer's disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder. Neuropathological hallmarks of AD are amyloid plaques, dystrophic neurite, and alteration of subcellular organelles. However, the morpho-functional study of this degenerative process and ultimate neuronal death remains poorly elucidated. In this study, immunohistochemical and ultrastructural analyses were performed to clarify the abnormal morphological alterations caused by the progression of AD in APP/PSEN1 transgenic mice, express human amyloid precursor protein, as a model for AD. In transgenic AD mice brain, the accumulation of Amyloid ${\beta}$ plaques and well-developed dystrophic neurites containing anti-LC3 antibody-positive autophagosomes were detected in the hippocampus and cortex regions. We also found severe disruption of mitochondrial cristae using high-voltage electron microscopy and three-dimensional electron tomography (3D tomography). These results provide morpho-functional evidence on the alteration of subcellular organelles in AD and may help in the investigation of the pathogenesis of AD.
Automated HPLC/SPE/HPLC coupling experiments using the Sepbox system allowed the rapid identification of four bioactive principles reducing the production of amyloid $\beta$-peptide ($A{\beta}$) from two South African plants, Euclea crispa subsp. crispa and Crinum macowanii. The structures of biologically active compounds isolated from the methanol extract of Euclea crispa subsp. crispa were assigned as 3-oxo-oleanolic acid (1) and natalenone (2) based on their NMR and MS data, while lycorine (3) and hamayne (4) were isolated from the dichloromethane-methanol (1:1) extract of Crinum macowanii. These compounds were shown to inhibit the production of $A{\beta}$ from HeLa cells stably expressing Swedish mutant form of amyloid precursor protein (APPsw).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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