Alzheimer's disease(AD) is associated with a characteristic neuropathology. The major hallmarks of AD are senile plaques (SPs) and neurofibrillary tangles(NFTs). ${\beta}$-amyloid protein($A{\beta}$) is derived from the proteolysis of amyloid precursor protein(APP) and then converted to SPs. Mature SPs produce cytotoxicity through direct toxic effects and activation of microglia and complement. NFTs are composed of paired helical filaments(PHFs) including abnormally phosphorylated form of the microtubule-associated protein(MAP) tau and increased tau level in cerebrospinal fluid may be observed in most AD. The aggregation of $A{\beta}$ and tau formation are thought to be a final common pathway of AD. Acetylcholine, dopamine, serotonin, GABA and their receptors are associated with AD. Especially, decreased nicotinic acetylcholine receptors(nAChRs) in AD are reported. Genetic lesions associated with AD are mutations in the structural genes for the APP located on chromosome 21, presenilin(PSN)1 located on chromosome 14 and PSN2 located on chromosome 1. Also, trisomy 21, Apo-E gene located on chromosome 19, PMF locus, low density lipoprotein receptor-related protein and ${\alpha}$-macroglobulin increase risk of AD. In this article, we will review about the neurobiology of AD and some newly developed research areas.
Excessive accumulation of the amyloid beta (Aβ) peptide has been implicated in the pathogenesis of Alzheimer's disease (AD). Paeonia lactiflora (PL) has been used in treatments of several conditions such as inflammation, arthritis, and cognitive impairment. The purpose of this study was to investigate the neuroprotective effect and mechanisms of PL and its active compound, paeoniflorin (PF), on Aβ25-35-induced neurotoxicity in SH-SY5Y cells. We evaluated cell viability, lactate dehydrogenase (LDH) release and reactive oxygen species (ROS) production. Furthermore, underlying mechanism of PL and PF on the regulation of amyloidogenic pathway was analyzed by Western blotting. In our results, Aβ25-35-induced neuronal cell loss was observed, whereas treatment with PL (10, 50, and 100 ㎍/mL) and PF (1, 5, and 10 ㎍/mL) significantly elevated the cell viability, and decreased LDH release and ROS production. In addition, exposure of SH-SY5Y cells to Aβ25-35 significantly increased the protein levels of amyloid precursor protein (APP)-C-terminal fragment β, β-site APP-cleaving enzyme, and presenilin-1 and -2. However, treatment with PL and PF inhibited the amyloidogenic pathway via the down-regulation of those protein expressions. Taken together, our results indicate that PL, and its active compound PF, could protect SH-SY5Y cells against Aβ25-35-induced cell neurotoxicity by attenuating LDH release and ROS production, and these effects may be attributed to regulation of amyloidogenic pathway-related protein expression. In conclusion, PL and PF could be a potential to prevent neurodegenerative disorders such as AD.
Neprilysin (Nep) is known to be important to degrade $A{\beta}$ derived from amyloid precursor protein (APP) by cleavage with $\beta-and\;\gamma$-secretases. In order to determine whether a correspondence between $A{\beta}-42/{\gamma}-secretase$ activity and Nep levels exists in postnatal aging of transgenic mice expressing either neuron-specific enolase (NSE)-controlled human mutant presenilin-2 (hPS2m) or APPsw alone, the levels of Nep expression and $A{\beta}-42/{\gamma}-secretase$ activity were examined age of 5, 12, and 20 months, respectively. The levels of Nep expression in both types of transgenic brains were decreased relative to those of control mice in a aging-related manner, while the level of $A{\beta}-42/{\gamma}-secretase$ activity was reversibly increased. Thus, changes in $A{\beta}-42$ may all reflect variation in amounts of Nep enzyme.
Alzheimer's disease (AD) is an abnormal accumulation of the ${\beta}$-amyloid protein $(A{\beta})$ in specific brain region. It has been speculated that disturbance in cholesterol homeostasis may contribute to the etiology of AD by increasing $A{\beta}$ generation. However, conclusive evidence and possible mechanism has not been reported. In the present study, we demonstrated that rabbits treated with 0.5% cholesterol for 16 weeks increased serum total cholesterol, triacylglycerol, and low-density lipoprotein levels. $A{\beta}$ levels is higher in the hippocampus of brain in cholesterol dieted rabbits than that of normal diet rabbis. Expression and activities of ${\beta}-$ and ${\gamma}-$ secretases, the enzymes that cleave ${\beta}$-amyloid precursor protein to generate $A{\beta}$, were also increased in hippocampus of high cholesterol dieted rabbit than those of normal dieted rabbits. Our results suggest that high cholesterol diet may be associated with increased $A{\beta}$ accumulation in the brain of rabbits, and suggest that high cholesterol diet may be causal factor in the development or progression of AD.
${\beta}-amyloid$ ($A{\beta}$) peptides from the proteolytic processing of ${\beta}-amyloid$ precursor protein (${\beta}-APP$) aggregates in the brain to form senile plaques, and their aggregation plays a key role in pathogenesis of Alzheimer's disease (AD). To isolate an active compound that has an $A{\beta}$ aggregation-inhibitory activity, 2,000 microbial metabolite libraries were screened based on their ability to inhibit $A{\beta}$ aggregation by using both Congo red and thioflavin T assays. As a result, a water-soluble fraction of a soil microorganism, KK565, showed a potent $A{\beta}$ aggregation-inhibitory activity. The strain was identified as Streptomyces species, based on the cultural and morphological characteristics, the presence of diaminopimelic acid in the cell wall, and the sugar patterns for the whole-cell extract. In addition, the purification of active principle resulted in identifying a heat-unstable protein responsible for the $A{\beta}$ aggregation-inhibitory activity.
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.
Proceedings of the Korean Society of Applied Pharmacology
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2006.04a
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pp.109-120
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2006
Alzheimer's disease (AD) is an age-related neurodegenerative disorder. The pathological hallmarks of AD are senile plaques and neurofibrillary tangles in the brain. Major component of senile plaques is amyloid beta peptide(A$\beta$) which is derived from amyloid precursor protein (APP). A$\beta$ is generated through the sequential cleavage of App by $\beta$ - and $\gamma$-secretases. $\beta$-secretase excises the ectodomain of APP ($\beta$-APPs) to leave a 99-amino acid long C-terminal fragment (APP-C99-CTF) in the membrane. $\gamma$-secretase then cleaves this membrane-tethered APP-CTF within the transmembrane domain, so releasing A$\beta$ peptides and APP-intracellular domain (AICD). Thus, $\beta$- and $\gamma$-secretase are regarded to perform the key steps in the pathogenesis of AD and have become important therapeutic targets in the prevention and treatment of AD. Enormous efforts have been focused to develop the amyloid beta related drug for cure of AD becuase A$\beta$ is believed to be one of the major causes of AD. since major pharmaceutical companies in world wide base compete to develop new drug for AD, we have to be careful to choose the drug target to success the tough race. In the present talk, possible drug targets based on basic research results will be discussed. These molecules should be a good target for development of new drug for AD and be less competitive to have a good shape for world wide competition.
One of the most common forms of dementia, Alzheimer's disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder symptomatically characterized by impairment in memory and cognitive abilities. AD is characterized pathologically by the presence of intracellular neurofibrillary tangles and deposition of ${\beta}$-amyloid ($A{\beta}$) peptides, believed to be neurotoxic and now is also considered to have a role on the mechanism of memory dysfunction. In this study, we tested that MeOH extract of Impatiens balsamina L. (IBM) affects on the processing of APP from the APPswe over-expressing Neuro2a cell line. We found that IBM increased over 2 folds of the $sAPP{\alpha}$ secretion level, a main metabolite of ${\alpha}$-secretase. We shown that IBM reduced the secretion level of $A{\beta}42$ and $A{\beta}40$ without cytotoxicity. BACE (${\beta}$-site APP cleaving enzyme) FRET assay shown that BACE activity was specifically decreased in the presence of IBM. We suggest that Impatiens balsamina L. may be an useful source to develop a herbal medicine of BACE inhibitor for Alzheimer's disease.
Lee kyung-Hun;Park Se-Won;Kim In-Ho;Yoon Sung-Soo;Park Seon-Yang;Kim Byoung-Kook
Genomics & Informatics
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v.4
no.3
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pp.97-102
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2006
In acute leukemia patients, several successful methods of expression profiling have been used for various purposes, i.e., to identify new disease class, to select a therapeutic target, or to predict chemo-sensitivity and clinical outcome. In the present study, we tested the peripheral blood of 47 acute leukemia patients in an attempt to identify differentially expressed genes in AML and ALL using a Korean-made 10K oligo-nucleotide microarray. Methods: Total RNA was prepared from peripheral blood and amplified for microarray experimentation. SAM (significant analysis of microarray) and PAM (prediction analysis of microarray) were used to select significant genes. The selected genes were tested for in a test group, independently of the training group. Results: We identified 345 differentially expressed genes that differentiated AML and ALL patients (FWER<0.05). Genes were selected using the training group (n=35) and tested for in the test group (n=12). Both training group and test group discriminated AML and ALL patients accurately. Genes that showed relatively high expression in AML patients were deoxynucleotidyl transferase, pre-B lymphocyte gene 3, B-cell linker, CD9 antigen, lymphoid enhancer-binding factor 1, CD79B antigen, and early B-cell factor. Genes highly expressed in ALL patients were annexin A 1, amyloid beta (A4) precursor protein, amyloid beta (A4) precursor-like protein 2, cathepsin C, lysozyme (renal amyloidosis), myeloperoxidase, and hematopoietic prostaglandin D2 synthase. Conclusion: This study provided genome wide molecular signatures of Korean acute leukemia patients, which clearly identify AML and ALL. Given with other reported signatures, these molecular signatures provide a means of achieving a molecular diagnosis in Korean acute leukemia patents.
Jang, Won Hee;Kim, Sang-Jin;Jeong, Young Joo;Jun, Hee Jae;Moon, Il Soo;Seog, Dae-Hyun
Journal of Life Science
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v.22
no.12
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pp.1608-1613
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2012
A conventional kinesin, KIF5/Kinesin-I, transports various cargoes along the microtubule through interaction between its light chain subunit and the cargoes. Kinesin light chains (KLCs) interact with many different cargoes using their tetratricopeptide repeat (TPR) domain, but the mechanism underlying recognition and binding of a specific cargo has not yet been completely elucidated. We used the yeast two-hybrid assay to identify proteins that interact with the TPR domain of KLC1. We found an interaction between the TPR domain of KLC1 and an amyloid precursor protein (APP)-binding protein PAT1 (protein interacting with APP tail 1). The yeast two-hybrid assay demonstrated that the TPR domain-containing region of KLC1 mediated binding to the C-terminal tail region of PAT1. PAT1 also bound to KLC2 but not to kinesin heavy chains (KIF5A, KIF5B, and KIF5C) in the yeast two-hybrid assay. These protein-protein interactions were also observed in the glutathione S-transferase (GST) pull-down assay and by co-immunoprecipitation. Anti-PAT1 antibody as well as anti-APP anti-body co-immunoprecipitated KLC and KHCs associated with PAT1 from mouse brain extracts. These results suggest that PAT1 could mediate interactions between Kinesin-I and APP containing vesicles.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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