Ampicillin, a ${\beta}$-lactam antibiotic, dose-dependently protects neurons against ischemic brain injury. The present study was performed to investigate the neuroprotective mechanism of ampicillin in a mouse model of transient global forebrain ischemia. Male C57BL/6 mice were anesthetized with halothane and subjected to bilateral common carotid artery occlusion for 40 min. Before transient forebrain ischemia, ampicillin (200 mg/kg, intraperitoneally [i.p.]) or penicillin G (6,000 U/kg or 20,000 U/kg, i.p.) was administered daily for 5 days. The pretreatment with ampicillin but not with penicillin G significantly attenuated neuronal damage in the hippocampal CA1 subfield. Mechanistically, the increased activity of matrix metalloproteinases (MMPs) following forebrain ischemia was also attenuated by ampicillin treatment. In addition, the ampicillin treatment reversed increased immunoreactivities to glial fibrillary acidic protein and isolectin B4, markers of astrocytes and microglia, respectively. Furthermore, the ampicillin treatment significantly increased the level of glutamate transporter-1, and dihydrokainic acid (DHK, 10 mg/kg, i.p.), an inhibitor of glutamate transporter-1 (GLT-1), reversed the neuroprotective effect of ampicillin. Taken together, these data indicate that ampicillin provides neuroprotection against ischemia-reperfusion brain injury, possibly through inducing the GLT-1 protein and inhibiting the activity of MMP in the mouse hippocampus.
Objectives : Acupuncture has been used to prevent and treat the cerebrovascular accident, such as a stroke, and many studies of acupuncture and moxibustion concerning to the stroke have been undertaken in the human and various animals. Also, herbal acupuncture, namely aqua acupuncture has been applied and developed to various diseases including the cerebrovascular accident. FOLIUM ARTEMISIAE ARGYI is the dry leaf of Artemisia argyi Levl. et Vant. collected in summer before the plant blooms and used to moxibustion and has been recommended for use as an analgesic and hemostatic. In this study, effects of FOLIUM ARTEMISIAE ARGYI (艾葉)' herbal acupuncture on the $LR_3$, namely Taechung on neuroprotection after the transient forebrain ischemia were investigated in Sprague-Dawely rats. Methods : Expressions of neuronal nitric oxide synthase (nNOS) protein in the hippocampus and cortex were observed at 2 hrs after transient forebrain ischemia by immunohistochemistry. Results : Expression of nNOS protein was increased in the hippocampus and cortex at 2 hrs after transient forebrain ischemia. However, pretreatment with FOLIUM ARTEMISIAE ARGYI' herbal acupuncture on $LR_3$ significantly decreased expression of nNOS protein protein compared to ischemia group. These features were observed in the motor cortex and the hippocampus. Conclusions : These results suggest that pretreatment with FOLIUM ARTEMISIAE ARGYI' herbal acupuncture on $LR_3$ inhibits the expression of nNOS protein induced by transient forebrain ischemia and may modulate excitatory toxicity of neuron related to neuronal cell death.
Transient forebrain ischemia results in the delayed neuronal death in the CA1 area of the hippo-campus. The present study was performed to determine effects of aminoguanidine, a selective iNOS inhibitor, on the generation of peroxynitrite and delayed neuronal death occurring in the hippocampus following transient forebrain ischemia. Transient forebrain ischemia was produced in the conscious rats by four-vessel occlusion for 10 min. Treatment with aminoguanidine (100 mg/kg or 200 mg/kg, i.p.) or saline (0.4 ml/100 g, i.p.) was started 30 min following ischemia-reperfusion and the animals were then injected twice daily until 12 h before sacrifice. Immunohistochemical method was used to detect 3-nitrotyrosine, a marker of peroxynitrite production. Posttreatment of aminoguanidine (200 mg/kg) significantly attenuated the neuronal death in the hippocampal CA1 area 3 days, but not 7 days, after ischemia-reperfusion. 3-Nitrotyrosine immunoreactivity was enhanced in the hippocampal CA1 area 3 days after reperfusion, which was prevented by the treatment of aminoguanidine (100 mg/kg and 200 mg/kg). Our findings showed that (1) the generation of peroxynitrite in the hippocampal CA1 area 3 days after ischemia-reperfusion was dependent on the iNOS activity; (2) the postischemic delayed neuronal death was attenuated in the early phase through the prevention of peroxynitrite generation by an iNOS inhibitor.
To investigate the effect of dietary phosphatidylcholine(PPC) supplement on memory improvement, biochemical study on the brain, and morphometric studies on the cholinergic neurons in the rat basal forebrain were undertaken. The pregnancy rats were divided into the normal control, the choline deficient and the PPC supplemental groups according to quantity of the PPC in diet. According to choline deficiency and PPC supplement after birth, the neonate rate of the normal control group were subdivided into the control diet(N-N) and the PPC supplied (N-S) groups, the choline deficient group were subdivided into the continually deficient (D-D), the control diet(D-N) and the PPC supplied groups(D-S), and the PPC supplemental group were subdivided into the control diet (S-N)and the continually supplied (S-S)group. The PPC supplemented diet was added 2% egg PPC in AIN 76 formula diet. PPC concentrations and cholinesterase(CE) activities were measured in the serum, the liver and the brain, respectively. Immunohistochemical stains for choline acetyltransferase(ChAT) was employed for the morphological and morphometric studies. The maze test was undertaken to evaluate memory improvement. PPC concentration and CE activities in the serum, liver and the brain were high in the PPC supplemental groups and low in the choline deficient groups. ChAT immunoreactivity neurons at the medial septal diagonal bond complex and the basal forebrain nucleus of Meynert were reduced in the choline deficient groups. Average failure rate for the maze test was the lowest in the S-S group and the highest in the D-D group. Insufficient choline suppley during the neuronal development would result in cholinergic neuronal damage, which could be prevented by adequate PPC supplement. It is consequently suggested that PPC supplement may be effective on memory improvement by maintaining the cholinergic neuronal activity in the basal forebrain of the rats.
The cytotoxic effects of hydrogen peroxide and neuroprotective effects of a variety of agents were investigated in newborn mouse forebrain tissue culture. In our experiments, oxygen radical was generated enzymatically by glucose oxidase and the values were expressed as a percentage of number of living cells by 3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay. Cytotoxicity of oxygen radicals was prevented by catalase and (N, N, N', N', -tetrakis (2-pyridylmethyl) ethylenediamine (TPEN), but N-tetra-ot-butyl-phenylnitrone (PBN), and deferoxamine (DFX), failed to show protective effects against oxygen radicals. Antagonists of the N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor, D-2-amino-5-phosphonovaleric acid (APV), 7-chlorokynurenic acid (CKA), and MK801 (a non-competitive NMDA antagonist) were also not effective in blocking neurotoxicity induced by glucose oxidase generated oxygen radicals.
In the present study, we developed a simple method to predict the neuronal cell death in the mouse hippocampus and striatum following transient global forebrain ischemia by evaluating both cerebral blood flow and the plasticity of the posterior communicating artery (PcomA). Male C57BL/6 mice were anesthetized with halothane and subjected to bilateral occlusion of the common carotid artery (BCCAO) for 30 min. The regional cerebral blood flow (rCBF) was measured by laser Doppler flowmetry. The plasticity of PcomA was visualized by intravascular perfusion of India ink solution. When animals had the residual cortical microperfusion less than 15% as well as the smaller PcomA whose diameter was less than one third compared with that of basilar artery, neuronal damage in the hippocampal subfields including CA1, CA2, and CA4, and in the striatum was consistently observed. Especially, when mice met these two criteria, marked neuronal damage was observed in CA2 subfield of the hippocampus. In contrast, after transient BCCAO, neuronal damage was consistently produced in the striatum, dependent more on the degree of rCBF reduction than on the plasticity of PcomA. The present study provided simple and highly reproducible criteria to induce the neuronal cell death in the vulnerable mice brain areas including the hippocampus and striatum after transient global forebrain ischemia.
This study investigated the effects of treadmill exercise on memory ability, cell proliferation, BDNF, and TrkB in the hippocampus and forebrain cholinergic cells in adolescent rats. Male Sprague-Dawley rats (4 weeks old) were randomly assigned to the following two groups: the sedentary group (n=10) and the exercise group (n=10). Rats in the exercise group were forced to run on a treadmill for 30 min, five times per week for 4 weeks. The latency of the step-through avoidance task was used in order to evaluate memory ability. Hippocampal brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and tropomyosin-related kinase B (TrkB) expression were assessed by Western blotting. Hippocampal cell proliferation and forebrain cholinergic cells were assessed by immunohistochemistry. The present study showed that treadmill running during the adolescent period significantly improved memory capability, increased hippocampal cell proliferation, up-regulated hippocampal BDNF and TrkB expression, and enhanced the number of forebrain cholinergic cells. These results suggest that regular exercise during the adolescent period may enhance memory function.
Journal of The Korean Society of Clinical Toxicology
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v.17
no.2
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pp.66-78
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2019
Purpose: Thallium (TI+) autometallography is often used for the imaging of neuronal metabolic activity in the rodent brain under various pathophysiologic conditions. The purpose of this study was to apply a thallium autometallographic technique to observe changes in neuronal activity in the forebrain of rats following acute carbon monoxide (CO) intoxication. Methods: In order to induce acute CO intoxication, adult Sprague-Dawley rats were exposed to 1100 ppm of CO for 40 minutes, followed by 3000 ppm of CO for 20 minutes. Animals were sacrificed at 30 minutes and 5 days after induction of acute CO intoxication for thallium autometallography. Immunohistochemical staining and toluidine blue staining were performed to observe cellular damage in the forebrain following intoxication. Results: Acute CO intoxication resulted in significant reduction of TI+ uptake in major forebrain structures, including the cortex, hippocampus, thalamus, and striatum. In the cortex and hippocampal CA1 area, marked reduction of TI+ uptake was observed in the cell bodies and dendrites of pyramidal neurons at 30 minutes following acute CO intoxication. There was also strong uptake of TI+ in astrocytes in the hippocampal CA3 area following acute CO intoxication. However, there were no significant histological findings of cell death and no reduction of NeuN (+) neuronal populations in the cortex and hippocampus at 5 days after acute CO intoxication. Conclusion: The results of this study suggest that thallium autometallography can be a new and useful technique for imaging functional changes in neural activity of the forebrain structure following mild to moderate CO intoxication.
CCCTC-binding factor (CTCF), a zinc finger protein, is a transcription factor and regulator of chromatin structure. Forebrain excitatory neuron-specific CTCF deficiency contributes to inflammation via enhanced transcription of inflammation-related genes in the cortex and hippocampus. However, little is known about the long-term effect of CTCF deficiency on postnatal neurons, astrocytes, or microglia in the hippocampus of adult mice. To address this, we knocked out the Ctcf gene in forebrain glutamatergic neurons (Ctcf cKO) by crossing Ctcf-floxed mice with Camk2a-Cre mice and examined the hippocampi of 7.5-10-month-old male mice using immunofluorescence microscopy. We found obvious neuronal cell death and reactive gliosis in the hippocampal cornu ammonis (CA)1 in 7.5-10-month-old cKO mice. Prominent rod-shaped microglia that participate in immune surveillance were observed in the stratum pyramidale and radiatum layer, indicating a potential increase in inflammatory mediators released by hippocampal neurons. Although neuronal loss was not observed in CA3, and dentate gyrus (DG) CTCF depletion induced a significant increase in the number of microglia in the stratum oriens of CA3 and reactive microgliosis and astrogliosis in the molecular layer and hilus of the DG in 7.5-10-month-old cKO mice. These results suggest that long-term Ctcf deletion from forebrain excitatory neurons may contribute to reactive gliosis induced by neuronal damage and consequent neuronal loss in the hippocampal CA1, DG, and CA3 in sequence over 7 months of age.
Protease Nexin-1 (PN-1) inhibits the activity of several serine proteases including thrombin, urokinase (uPA)-type plasminogen activator and trypsin. Tissue- and reproductive organ-specific mRNA levels of the PN-1 were investigated in Sprague-Dawley adult rat. PN-1 mRNA expression in rats was found in brain (forebrain, hindbrain), heart, liver, lung, ovary and oviduct. The level of PN-1 mRNA in male and female among the tissues was the highest in forebrain of the female. PN-1 expression in reproductive organs was found only in ovary and oviduct. These results suggest that PN-1 expression is dependent on the sex and may be related to folliculogenesis and early embryogenesis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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