Parkinson's disease (PD) is characterized by a progressive loss of dopamine-producing neurons in the midbrain, which results in decreased dopamine levels accompanied by movement symptoms. Oral administration of l-3,4-dihydroxyphenylalanine (L-dopa), the precursor of dopamine, provides initial symptomatic relief, but abnormal involuntary movements develop later. A deeper understanding of the regulatory mechanisms underlying dopamine homeostasis is thus critically needed for the development of a successful treatment. Here, we show that p21-activated kinase 4 (PAK4) controls dopamine levels. Constitutively active PAK4 (caPAK4) stimulated transcription of tyrosine hydroxylase (TH) via the cAMP response element-binding protein (CREB) transcription factor. Moreover, caPAK4 increased the catalytic activity of TH through its phosphorylation of S40, which is essential for TH activation. Consistent with this result, in human midbrain tissues, we observed a strong correlation between phosphorylated PAK4S474, which represents PAK4 activity, and phosphorylated THS40, which reflects their enzymatic activity. Our findings suggest that targeting the PAK4 signaling pathways to restore dopamine levels may provide a new therapeutic approach in PD.
${\beta}$-asarone (BAS) is an active component of Acori graminei rhizoma, a traditional medicine used clinically in treating dementia and chronic stress in Korea. However, the cognitive effects of BAS and its mechanism of action have remained elusive. The purpose of this study was to examine whether BAS improved spatial cognitive impairment induced in rats following chronic corticosterone (CORT) administration. CORT administration (40 mg/kg, i.p., 21 days) resulted in cognitive impairment in the avoidance conditioning test (AAT) and the Morris water maze (MWM) test that was reversed by BAS (200 mg/kg, i.p). Additionally, as assessed by immunohistochemistry and RT-PCR analysis, the administration of BAS significantly alleviated memory-associated decreases in the expression levels of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and cAMP-response element-binding protein (CREB) proteins and mRNAs in the hippocampus. Also, BAS administration significantly restored the expression of Bax and Bcl-2 mRNAs in the hippocampus. Thus, BAS may be an effective therapeutic for learning and memory disturbances, and its neuroprotective effect was mediated, in part, by normalizing the CORT response, resulting in regulation of BDNF and CREB functions and anti-apoptosis in rats.
Background: Ginsenosides of Panax ginseng are used to enhance skin health and beauty. The present study aimed to investigate the potential use of ginsenoside Rf (Rf) from Panax ginseng as a new anti-pigmentation agent. Methods: The anti-melanogenic effects of Rf were explored. The transcriptional activity of the cyclic adenosine monophosphate (cAMP) response element binding protein (CREB) and the expression levels of tyrosinase, microphthalmia-associated transcription factor (MITF), and tyrosinase-related proteins (Tyrps) were evaluated in melanocytes and UV-irradiated ex vivo human skin. Results: Rf significantly inhibited Forskolin (FSK) or UV-stimulated melanogenesis. Consistently, cellular tyrosinase activity and levels of MITF, tyrosinase, and Tyrps were downregulated. Furthermore, Rf suppressed MITF promoter activity, which was stimulated by FSK or CREB-regulated transcription coactivator 3 (CRTC3) overexpression. Increased CREB phosphorylation and protein kinase A (PKA) activity induced by FSK were also mitigated in the presence of Rf. Conclusion: Rf can be used as a reliable anti-pigmentation agent, which has a scientifically confirmed and reproducible action mechanism, via inhibition of CREB/MITF pathway.
Objective: The role of BDNF (brain-derived neurotrophic factor), CREB (cAMP response element binding) and VGF neuropeptide has been proved in antidepressant activity of long term saffron administration in the rat hippocampus. In this study we evaluated the role of these proteins in antidepressant activity of saffron in long term administration in the rat cerebellum. Methods: Saffron aqueous extract (40 and 80 mg/kg/day) and imipramine (10 mg/kg/day) were administered intraperitoneally for 21 days to rats. At the end of experiment, animals were sacrificed and cerebellums were separated. The protein levels of BDNF, VGF, CREB and P- CREB in the rat cerebellum were evaluated using western blot analysis. Results: Saffron aqueous extract (80mg/kg/day) caused significant increase in protein level of P-CREB in long term treatment in the rat cerebellum. The increases in the protein levels of VGF, CREB and BDNF were not significant. Conclusion: In summary, our results showed that antidepressant effect of saffron in rat cerebellum might be due to the enhanced phosphorylation of CREB.
Chen, Lin;Li, Ruimei;Chen, Feiyan;Zhang, Hantao;Zhu, Zhu;Xu, Shuyi;Cheng, Yao;Zhao, Yunan
Journal of Ginseng Research
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v.46
no.5
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pp.666-674
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2022
Background: Ginsenosides and their metabolites have antidepressant-like effects, but the underlying mechanisms remain unclear. We previously identified 14-3-3 ζ as one of the target proteins of 20 (S)-protopanaxadiol (PPD), a fully deglycosylated ginsenoside metabolite. Methods: Corticosterone (CORT) was administered repeatedly to induce the depression model, and PPD was given concurrently. The tail suspension test (TST) and the forced swimming test (FST) were used for behavioral evaluation. All mice were sacrificed. Golgi-cox staining, GSK 3β activity assay, and Western blot analysis were performed. In vitro, the kinetic binding analysis with the Biolayer Interferometry (BLI) was used to determine the molecular interactions. Results: TST and FST both revealed that PPD reversed CORT-induced behavioral deficits. PPD also ameliorated the CORT-induced expression alterations of hippocampal Ser9 phosphorylated glycogen synthase kinase 3β (p-Ser9 GSK 3β), Ser133 phosphorylated cAMP response element-binding protein (p-Ser133 CREB), and brain-derived neurotrophic factor (BDNF). Moreover, PPD attenuated the CORT-induced increase in GSK 3β activity and decrease in dendritic spine density in the hippocampus. In vitro, 14-3-3 ζ protein specifically bound to p-Ser9 GSK 3β polypeptide. PPD promoted the binding and subsequently decreased GSK 3β activity. Conclusion: These findings demonstrated the antidepressant-like effects of PPD on the CORT-induced mouse depression model and indicated a possible target-based mechanism. The combination of PPD with the 14-3-3 ζ protein may promote the binding of 14-3-3 ζ to p-GSK 3β (Ser9) and enhance the inhibition of Ser9 phosphorylation on GSK 3β kinase activity, thereby activating the plasticity-related CREBeBDNF signaling pathway.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.26
no.3
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pp.281-286
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2012
The present study was designed to investigate the effect of Rehmannia glutinosa on phosphorylation of extracellular signal-regulated kinase(ERK) and cAMP response element-binding protein(CREB) in the acute cocaine-treated rats. Rats orally received vehicle or extract of Rehmannia glutinosa 1 h prior to saline (1 ml/kg, i.p.) or cocaine hydrochloride (20 mg/kg, i.p.) treatment. Rats were sacrificed 15 min after a single intraperitoneal injection of saline or cocaine. Rehmannia glutinosa at dose of 50 mg/kg significantly decreased phosphorylation of ERK, CREB and Elk-1 in the nucleus accumbens and striatum of the cocaine-treated rat brain by immunocytochemistry. These results suggest that Rehmannia glutinosa may contribute to the effects of cocaine on gene expression and on behaviors.
Previously we showed that the human GM3 synthase gene was expressed during the induction of megakaryocytic differentiation in human leukemia K562 cells by phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA). In this study we found that treatment of PMA-induced K562 cells with $G{\ddot{o}}6976$, a specific inhibitor of PKC, and U0126, an inhibitor of the extracellular signal-regulated kinase (ERK) reduced expression of GM3 synthase, whereas wortmannin, an inhibitor of phosphoinositide 3-kinase (PI3K) did not. Moreover, activation of ERK and cAMP response element binding protein (CREB) was prevented by pretreatment with $G{\ddot{o}}6976$ and U0126. PMA stimulated the promoter activity of the 5'-flanking region from -177 to -83 region of the GM3 synthase gene, and mutation or deletion of a CREB site located around -143 of the promoter reduced PMA-stimulated promoter activity, as did the inhibitors $G{\ddot{o}}6976$ and U0126. Our results demonstrate that induction of GM3 synthase during megakaryocytic differentiation in PMA-stimulated human leukemia K562 cells depends upon the PKC/ERK/CREB pathway.
Memory allocation, which determines where memories are stored in specific neurons or synapses, has consistently been demonstrated to occur via specific mechanisms. Neuronal allocation studies have focused on the activated population of neurons and have shown that increased excitability via cAMP response element-binding protein (CREB) induces a bias toward memory-encoding neurons. Synaptic allocation suggests that synaptic tagging enables memory to be mediated through different synaptic strengthening mechanisms, even within a single neuron. In this review, we summarize the fundamental concepts of memory allocation at the neuronal and synaptic levels and discuss their potential interrelationships.
Lee, Hwayoung;Im, Jiyun;Won, Hansol;Nam, Wooyoung;Kim, Young Ock;Lee, Sang Won;Lee, Sanghyun;Cho, Ik-Hyun;Kim, Hyung-Ki;Kwon, Jun-Tack;Kim, Hak-Jae
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.21
no.4
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pp.361-370
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2017
Previous reports have suggested that physical and psychological stresses may trigger fibromyalgia (FM). Stress is an important risk factor in the development of depression and memory impairments. Antidepressants have been used to prevent stress-induced abnormal pain sensation. Among various antidepressants, tianeptine has been reported to be able to prevent neurodegeneration due to chronic stress and reverse decreases in hippocampal volume. To assess the possible effect of tianeptine on FM symptoms, we constructed a FM animal model induced by restraint stress with intermittent cold stress. All mice underwent nociceptive assays using electronic von Frey anesthesiometer and Hargreaves equipment. To assess the relationship between tianeptine and expression levels of brain-derived neurotrophic factor (BDNF), cAMP response element-binding protein (CREB), and phosphorylated cAMP response element-binding protein (p-CREB), western blotting and immunohistochemistry analyses were performed. In behavioral analysis, nociception tests showed that pain threshold was significantly decreased in the FM group compared to that in the control group. Western blot and immunohistochemical analyses of medial prefrontal cortex (mPFC) and hippocampus showed downregulation of BDNF and p-CREB proteins in the FM group compared to the control group. However, tianeptine recovered these changes in behavioral tests and protein level. Therefore, this FM animal model might be useful for investigating mechanisms linking BDNF-CREB pathway and pain. Our results suggest that tianeptine might potentially have therapeutic efficacy for FM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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