Kim, Ho;Lee, Shin-Rye;Park, Hae-Chul;Lee, Won-Ha;Lee, Myung-Shik;Suk, Kyoung-Ho
IMMUNE NETWORK
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제11권6호
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pp.342-347
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2011
Background: Glial cells are involved in immune and inflammatory responses in the central nervous system (CNS). Glial cells such as microglia and astrocytes also provide structural and functional support for neurons. Migration and morphological changes of CNS cells are associated with their physiological as well as pathological functions. The secreted protein lipocalin-2 (LCN2) has been previously implicated in regulation of diverse cellular processes of glia and neurons, including cell migration and morphology. Methods: Here, we employed a zebrafish model to analyze the role of LCN2 in CNS cell migration and morphology in vivo. In the first part of this study, we examined the indirect effect of LCN2 on cell migration and morphology of microglia, astrocytes, and neurons cultured in vitro. Results: Conditioned media collected from LCN2-treated astrocytes augmented migration of glia and neurons in the Boyden chamber assay. The conditioned media also increased the number of neuronal processes. Next, in order to further understand the role of LCN2 in the CNS in vivo, LCN2 was ectopically expressed in the zebrafish spinal cord. Expression of exogenous LCN2 modulated neuronal cell migration in the spinal cord of zebrafish embryos, supporting the role of LCN2 as a cell migration regulator in the CNS. Conclusion: Thus, LCN2 proteins secreted under diverse conditions may play an important role in CNS immune and inflammatory responses by controlling cell migration and morphology.
Bang, Minji;Ryu, Onjeon;Kim, Do Gyeong;Mabunga, Darine Froy;Cho, Kyu Suk;Kim, Yujeong;Han, Seol-Heui;Kwon, Kyoung Ja;Shin, Chan Young
Biomolecules & Therapeutics
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제27권3호
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pp.283-289
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2019
Brain aging induces neuropsychological changes, such as decreased memory capacity, language ability, and attention; and is also associated with neurodegenerative diseases. However, most of the studies on brain aging are focused on neurons, while senescence in astrocytes has received less attention. Astrocytes constitute the majority of cell types in the brain and perform various functions in the brain such as supporting brain structures, regulating blood-brain barrier permeability, transmitter uptake and regulation, and immunity modulation. Recent studies have shown that SIRT1 and SIRT2 play certain roles in cellular senescence in peripheral systems. Both SIRT1 and SIRT2 inhibitors delay tumor growth in vivo without significant general toxicity. In this study, we investigated the role of tenovin-1, an inhibitor of SIRT1 and SIRT2, on rat primary astrocytes where we observed senescence and other functional changes. Cellular senescence usually is characterized by irreversible cell cycle arrest and induces senescence- associated ${\beta}$-galactosidase (SA-${\beta}$-gal) activity. Tenovin-1-treated astrocytes showed increased SA-${\beta}$-gal-positive cell number, senescence-associated secretory phenotypes, including IL-6 and IL-$1{\beta}$, and cell cycle-related proteins like phospho-histone H3 and CDK2. Along with the molecular changes, tenovin-1 impaired the wound-healing activity of cultured primary astrocytes. These data suggest that tenovin-1 can induce cellular senescence in astrocytes possibly by inhibiting SIRT1 and SIRT2, which may play particular roles in brain aging and neurodegenerative conditions.
Xiaoshuan Zaizao Wan (XZW) has been used in China to improve hemiplegia, deviation of eye and mouth, and dysphasia due to cerebral thrombosis. To characterize pharmacological actions of XZW, we evaluated its effects on neuronal cell damage induced in primary cultured rat cortical cells by various oxidative insults, glutamate or N-methyl-D-aspartate (NMDA), and $\beta$-amyloid fragment ($A_{\beta(25-35)}$). XZW was found to inhibit the oxidative neuronal damage induced by $H_2O_2$, xanthine/xanthine oxidase, or $Fe^{2+}$/ascorbic acid. It also attenuated the excitotoxic damage induced by glutamate or NMDA. The NMDA-induced neurotoxicity was more effectively inhibited than the glutamate-induced toxicity. In addition, we found that XZW protected neurons against the $A_{\beta(25-35)}$-induced toxicity. Moreover; XZW exhibited dramatic inhibition of lipid peroxidation in rat brain homogenates and mild 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical scavenging activity. Taken together; these results demonstrate that XZW exerts neuroprotective effects against oxidative, excitotoxic, or $A_{\beta(25-35)}$-induced neuronal damage. These findings may provide pharmacological basis for its clinical usage treating the sequelae caused by cerebral thrombosis. Furthermore, XZW may exert beneficial effects on Alzheimer's disease and other oxidative stress-related neurodegenerative disorders.
The reactivity of the sulfhydryl (thiol) group of homocysteine has been associated with an Increased risk of atherosclerosis, thrombosis and stroke. Thiols also react with nitric oxide (NO, an endothelium-derived relaxing factor (EDRF) ), forming S-nitrosothiols that have been reported to have potent vasodilatory and antiplatelet effects and been expected to decrease adverse vascular effects of homocysteine. The present study was aimed to Investigate whether the S-nitrosation of homocysteine modulates the neurotoxic effects of homocysteine. An 18 hour-exposure of cultured rat cortical neurons to homocysteine ( >1 mM) resulted in a significant neuronal cell death. At comparable concentrations ( <10 mM), however, S-nitrosohomocysteine did not induce neuronal cell death. Furthermore, S-nitrosohomocysteirle partially blocked NMDA-mediated neurotoxicity. S-nitrosohomocysteine also decreased NMDA-mediated increases in intracellular calcium concentration. The present data indicate that in brain nitric oxide produced from neuronal and nonneuronal cells can modulate the potential, adverse properties of homocysteine.
Scutellariae baicalensis GEORGt Acorus gramineus SOLAND and Gastrodia elata BLUME are traditional medicines used in the treatment of incipient stoke. In this study we investigated their effects on various aspects of neuronal differentiation in single or composite forms. Water-extracts of these medicines showed neuroprotective effects on cultured rat cortical neurons in normoxia and hypoxia. To understand the mechanism for neuroprotection we carried out various cell biological assays. They stimulated initial differentiation of neuronal development (transition from stage 1 to 2), and increased the number of spines and the length and number of dendritic processes. These effects were best manifested in the experimental group, which were given a mixture of the three kinds of extracts (p<0.01). To assess improvement of brain functions we carried out Morris water-maze tests for the mice that were fed on these extracts instead of water for 4 weeks. The experimental groups, especially those which were given the mixture of the three kinds of extract, showed significant (p<0.01) enhancement in memory as early as one day after the learning trial. These results indicate that these three kinds of extracts have synergistic effects on neuronal protection and improvement of brain functions.
Neural progenitor cells (NPCs) differentiate into astrocytes, neurons and oligodendrocytes, which is controlled by various factors in brain. Recent evidences suggest that small molecules modulating the proliferation and differentiation of NPCs may have therapeutic value as well as the potential use as chemical probes. Phylligenin is a lignan with anti-inflammatory activity that is isolated from the fruits of Forsythia koreana. We investigated effects of phylligenin on proliferation and differentiation of NPCs. Treatment of phylligenin decreased the number of proliferating NPCs in culture without effects on the differentiation and survival of neural cells such as neurons and astrocytes. To examine the mechanism of the decreased NPCs number, we performed cell cycle analysis. Proliferation of NPCs was decreased via G1-S transition block by phylligenin treatment, and it was mediated by the increase of p21 level. However, phylligenin did not induce apoptosis of NPCs as determined by TUNEL assay and PARP cleavage. We also found that viability of glioma cell lines such as C6 and U87MG glioma cells, but not that of primary neuron and astrocyte, was inhibited by phylligenin. These results suggest that phylligenin selectively inhibits proliferation of rapidly growing cells such as neural stem cells and glioma cells. Given that the possible role of brain tumor stem cells in the pathology of brain cancers, the inhibitory effects of phylligenin might be useful in the development of new therapeutic agents against brain cancers.
Kim, Jong-Tae;Yoo, Do-Sung;Woo, Ji-Hyun;Huh, Pil-Woo;Cho, Kyung-Sock;Kim, Dal-Soo
Journal of Korean Neurosurgical Society
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제38권2호
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pp.121-125
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2005
Objective : Many recent reports have shown that the mature mammalian brain harbors multipotent stem cells, rendering the brain capable of generating new neurons and glia throughout life. Harvested stem cells from an adult rat are transplanted in order to evaluate the cell survival and differentiation. Methods : Using a percoll gradient with a high speed centrifugation method, we isolate neural stem/progenitor cells were isolated from the subventricular zone[SVZ] of a syngeneic adult Fisher 344 rats brain. For 14days expansion, the cultured cells comprised of a heterogeneous population with the majority of cells expressing nestin and/or GFAP. After expanding the SVZ cells in the presence of basic fibroblast growth factor-2, and transplanting then into the hippocampus of normal rats, the survival and differentiation of those cells were examined. For transplantation, the cultured cells were labeled with BrdU two days prior to use. In order to test their survival, the cells were transplanted into the dorsal hippocampus of normal adult Fisher 344 rats. Results : The preliminary data showed that at 7days after transplantation, BrdU+ transplanted cells were observed around the injection deposition sites. Immuno-fluorescent microscopy revealed that the cells co-expressed BrdU+ and neuronal marker ${\beta}$-tubulin III. Conclusion : The data demonstrate that the in vitro expanded SVZ cells can survive in a heterotypic environment and develop a neuronal phenotype in the neurogenic region. However more research will be needed to examine the longer survival time points and quantifying the differentiation in the transplanted cells in an injured brain environment.
Bang, Minji;Kim, Do Gyeong;Gonzales, Edson Luck;Kwon, Kyoung Ja;Shin, Chan Young
Biomolecules & Therapeutics
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제27권6호
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pp.530-539
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2019
Brain aging is an inevitable process characterized by structural and functional changes and is a major risk factor for neurodegenerative diseases. Most brain aging studies are focused on neurons and less on astrocytes which are the most abundant cells in the brain known to be in charge of various functions including the maintenance of brain physical formation, ion homeostasis, and secretion of various extracellular matrix proteins. Altered mitochondrial dynamics, defective mitophagy or mitochondrial damages are causative factors of mitochondrial dysfunction, which is linked to age-related disorders. Etoposide is an anti-cancer reagent which can induce DNA stress and cellular senescence of cancer cell lines. In this study, we investigated whether etoposide induces senescence and functional alterations in cultured rat astrocytes. Senescence-associated ${\beta}$-galactosidase (SA-${\beta}$-gal) activity was used as a cellular senescence marker. The results indicated that etoposide-treated astrocytes showed cellular senescence phenotypes including increased SA-${\beta}$-gal-positive cells number, increased nuclear size and increased senescence-associated secretory phenotypes (SASP) such as IL-6. We also observed a decreased expression of cell cycle markers, including PhosphoHistone H3/Histone H3 and CDK2, and dysregulation of cellular functions based on wound-healing, neuronal protection, and phagocytosis assays. Finally, mitochondrial dysfunction was noted through the determination of mitochondrial membrane potential using tetramethylrhodamine methyl ester (TMRM) and the measurement of mitochondrial oxygen consumption rate (OCR). These data suggest that etoposide can induce cellular senescence and mitochondrial dysfunction in astrocytes which may have implications in brain aging and neurodegenerative conditions.
Yang, Seung-Ju;Han, A Reum;Choi, Hye-Rim;Hwang, Kyouk;Kim, Eun-A;Choi, Soo Young;Cho, Sung-Woo
BMB Reports
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제53권10호
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pp.527-532
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2020
We recently reported that N-adamantyl-4-methylthiazol-2-amine (KHG26693) attenuates glutamate-induced oxidative stress and inflammation in the brain. In this study, we investigated KHG 26693 as a therapeutic agent against glutamate-induced autophagic death of cortical neurons. Treatment with KHG26693 alone did not affect the viability of cultured cortical neurons but was protective against glutamate-induced cytotoxicity in a concentration-dependent manner. KHG26693 attenuated the glutamate-induced increase in protein levels of LC3, beclin-1, and p62. Whereas glutamate decreased the phosphorylation of PI3K, Akt, and mTOR, these levels were restored by treatment with KHG26693. These results suggest that KHG26693 inhibits glutamate-induced autophagy by regulating PI3K/Akt/mTOR signaling. Finally, KHG26693 treatment also attenuated glutamate-induced increases in reactive oxygen species, glutathione, glutathione peroxidase, and superoxide dismutase levels in cortical neurons, indicating that KHG26693 also protects cortical neurons against glutamate-induced autophagy by regulating the reactive oxygen species scavenging system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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