Park, Ji-Ho;Hong, Ye-Ji;Moon, Eun-Jung;Kim, Seul-A;Kim, Sun-Yeou
Biomolecules & Therapeutics
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v.19
no.4
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pp.425-430
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2011
In this study, we found that Forsythiae fructus (FF) and one of its main compounds, arctigenin, significantly inhibited nitric oxide production in lipopolysaccharide (LPS)-stimulated BV-2 microglial cells. Arctigenin also suppressed the expression of inducible nitric oxide synthase and cyclooxygenase-2, and inhibited the activation of extracellular signal-regulated kinase, c-Jun N-terminal kinase and p38. Moreover, it also reduced levels of proinflammatory cytokines, interleukin $1{\beta}$, tumor necrosis factor ${\alpha}$ and prostaglandin E2, and inhibited neuronal death in LPS-treated organotypic hippocampal cultures. Therefore, we suggest that arctigenin may confer a neuroprotective effect via the inhibition of neuroinflammation.
We isolated Lactobacillus mucosae NK41 and Bifidobacterium longum NK46 from human feces, which induced BDNF expression in corticosterone-stimulated SH-SY5Y cells, and examined their anti-depressive effects in mice. NK41, NK46, and their (1:1) mixture significantly mitigated immobilization stress (IS)-induced anxiety-like/depressive behaviors, hippocampal $NF-{\kappa}B$ activation, BDNF expression, $Iba1^+$ cell population, and blood corticosterone, $TNF-{\alpha}$, IL-6, and lipopolysaccharide levels. Furthermore, they inhibited colitis marker $NF-{\kappa}B$ activation, and $TNF-{\alpha}$ expression in mice with IS-induced anxiety/depression. They additionally suppressed gut Proteobacteria and Bacteroidetes populations and bacterial lipopolysaccharide production. These findings suggest that NK41 and NK46 may alleviate anxiety/depression and colitis by suppressing gut dysbiosis.
Backgroud: Sleep deprivation (SD) impairs learning and memory by inhibiting hippocampal functioning at molecular and cellular levels. Abnormal autophagy and apoptosis are closely associated with neurodegeneration in the central nervous system. This study is aimed to explore the alleviative effect and the underlying molecular mechanism of stem-leaf saponins of Panax notoginseng (SLSP) on the abnormal neuronal autophagy and apoptosis in hippocampus of mice with impaired learning and memory induced by SD. Methods: Mouse spatial learning and memory were assessed by Morris water maze test. Neuronal morphological changes were observed by Nissl staining. Autophagosome formation was examined by transmission electron microscopy, immunofluorescent staining, acridine orange staining, and transient transfection of the tf-LC3 plasmid. Apoptotic event was analyzed by flow cytometry after PI/annexin V staining. The expression or activation of autophagy and apoptosis-related proteins were detected by Western blotting assay. Results: SLSP was shown to improve the spatial learning and memory of mice after SD for 48 h, accomanied with restrained excessive autophage and apoptosis, whereas enhanced activation of phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B/mammalian target of rapamycin signaling pathway in hippocampal neurons. Meanwhile, it improved the aberrant autophagy and apoptosis induced by rapamycin and re-activated phosphoinositide 3-kinase/Akt/mammalian target of rapamycin signaling transduction in HT-22 cells, a hippocampal neuronal cell line. Conclusion: SLSP could alleviate cognitive impairment induced by SD, which was achieved probably through suppressing the abnormal autophagy and apoptosis of hippocampal neurons. The findings may contribute to the clinical application of SLSP in the prevention or therapy of neurological disorders associated with SD.
Purpose : Loss of hippocampal interneurons in dentate gyrus has been reported in patients with severe temporal lobe epilepsy and in animals treated with kainic acid(KA). Interneurons contain $Ca^{2+}$- binding protein parvalbumin(PV). The effects of kainic acid on parvalbumin-immunoreactive (PV-IR) interneurons in dentate gyrus were investigated in organotypic hippocampal slice cultures. Methods : Cultured hippocampal slices from postnatal day nine C57/BL6 mice were exposed to $10{\mu}M$ KA, and were observed at 0, 8, 24, 48, 72 hours after a one hour KA exposure. Neuronal injury was determined by morphologic changes of PV-IR interneuron in dentate gyrus. Results : Transient(1 hour) exposure of hippocampal explant cultures to KA produced marked varicosities in dendrites of PV-IR interneuron in dentate gyrus and the shaft of interbeaded dendrite is often much thinner than those in control. The presence of varicosities in dendrites was reversible with KA washout. The dendrites of KA treated explants were no longer beaded at 8, 24, 48 and 72 hours after KA exposure. The number of cells in PV-IR interneurons in dentate gyrus was decreased at 0, 8 hours after exposure. But there was no significant difference in 24, 48 and 72 hours recovery group compared with control group. Conclusion : The results suggested that loss of PV-IR interneurons in dentate gyrus is transient, and is not accompanied by PV-IR interneuronal cell death.
The incidence and distribution of necrotic and apoptotic neural cells, and activated astrocytes in the brain of rats intoxicated intra peritoneally with diisopropylfluorophosphate were investigated. Pyridostigmine bromide (0.1 mg/kg) and atropine methylnitrate (20 mg/kg) were pretreated intramuscularly 30 min and 10 min, respectively, prior to diisopropylfluorophosphate (4-10 mg/kg) administration. Diisopropylfluorophosphate induced severe limbic seizures, early necrotic and delayed apoptotic brain injuries, and rapid astrocytic responses. The necrosis, which was closely related to seizure intensity, was observed as early as 1 hr after intoxication predominently in hippocampal pyramidal cells, cerebellar Purkinje cells and neurons in pyriform/entorhinal cortices, showing malacia of neurophils. In contrast, apoptosis started to appear 12 hr after intoxication in neurons in thalamus, amygdala and neocortex, and ephendymal cells surrounding the 4th ventricle. Since marked apoptosis was induced in rats exhibiting relatively-low seizure intensity, the degree of necrosis and apoptosis was shifted to each type of injury according to the seizure intensity. Activated astrocytes, observed within 1 hr along the limbic system, were suggested to affect the neural injury patterns by producing high level of nitric oxide. However, the distribution of activated astrocytes was not in parallel with those of necrotic or apoptotic injuries, implying that the astrocytic responses resulted from seizure activity rather than neural injuries. Furthermore, astrocytes in malacic tissues disappeared during the severe limbic seizures. Therefore, it would be one of the cautionary notes on the expression of glial fibrillary acidic protein in astrocytes as a biochemical marker of brain injuries following acute exposure to organophosphates.
Recently, pluripotency induction or cellular reprogramming by introducing critical transcription factors has been extensively studied, but has been demonstrated only in vitro. Based on reports that Oct4 is critically involved in transforming neural stem cells into pluripotent cells, we used the lentiviral vector to introduce the Oct4 gene into the hippocampal dentate gyrus (DG) of adult mice. We examined whether this manipulation led to cellular or behavioral changes, possibly through processes involving the transformation of NS cells into pluripotent cells. The Oct4 lentivirus-infused group and the green fluorescent protein lentivirus-infused group showed a similar thickness of the DG and a comparable level of synaptophysin expression in the DG. Furthermore, our behavioral analyses did not show any differences between the groups concerning exploratory activity, anxiety, or memory abilities. This first trial for pluripotency induction in vivo, despite negative results, provides implications and information for future studies on in vivo cellular reprogramming.
Two-pore domain $K^+$ (K2P) channels have been shown to modulate neuronal excitability. The physiological role of TWIK-1, the first identified K2P channel, in neuronal cells is largely unknown, and we reported previously that TWIK-1 contributes to the intrinsic excitability of dentate gyrus granule cells (DGGCs) in mice. In the present study, we investigated the coexpression of TWIK-1 and TASK-3, another K2P member, in DGGCs. Immunohistochemical staining data showed that TASK-3 proteins were highly localized in the proximal dendrites and soma of DGGCs, and this localization is similar to the expression pattern of TWIK-1. TWIK-1 was shown to associate with TASK-3 in DGGCs of mouse hippocampus and when both genes were overexpressed in COS-7 cells. shRNA-mediated gene silencing demonstrated that TWIK-1/TASK-3 heterodimeric channels displayed outwardly rectifying currents and contributed to the intrinsic excitability of DGGCs. Neurotensin-neurotensin receptor 1 (NT-NTSR1) signaling triggered the depolarization of DGGCs by inhibiting TWIK-1/TASK-3 heterodimeric channels, causing facilitated excitation of DGGCs. Taken together, our study clearly showed that TWIK-1/TASK-3 heterodimeric channels contribute to the intrinsic excitability of DGGCs and that their activities are regulated by NT-NTSR1 signaling.
Kim, Dong Hoi;Kim, Dae Won;Jung, Bo Hyun;Lee, Jong Hun;Lee, Heesu;Hwang, Gwi Seo;Kang, Ki Sung;Lee, Jae Wook
Journal of Ginseng Research
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v.43
no.2
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pp.326-334
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2019
Background: The objective of our study was to analyze the neuroprotective effects of ginsenoside derivatives Rb1, Rb2, Rc, Rd, Rg1, and Rg3 against glutamate-mediated neurotoxicity in HT22 hippocampal mouse neuron cells. Methods: The neuroprotective effect of ginsenosides were evaluated by measuring cell viability. Protein expressions of mitogen-activated protein kinase (MAPK), Bcl2, Bax, and apoptosis-inducing factor (AIF) were determined by Western blot analysis. The occurrence of apoptotic and death cells was determined by flow cytometry. Cellular level of $Ca^{2+}$ and reactive oxygen species (ROS) levels were evaluated by image analysis using the fluorescent probes Fluor-3 and 2',7'-dichlorodihydrofluorescein diacetate, respectively. In vivo efficacy of neuroprotection was evaluated using the Mongolian gerbil of ischemic brain injury model. Result: Reduction of cell viability by glutamate (5 mM) was significantly suppressed by treatment with ginsenoside Rb2. Phosphorylation of MAPKs, Bax, and nuclear AIF was gradually increased by treatment with 5 mM of glutamate and decreased by co-treatment with Rb2. The occurrence of apoptotic cells was decreased by treatment with Rb2 ($25.7{\mu}M$). Cellular $Ca^{2+}$ and ROS levels were decreased in the presence of Rb2, and in vivo data indicated that Rb2 treatment (10 mg/kg) significantly diminished the number of degenerated neurons. Conclusion: Our results suggest that Rb2 possesses neuroprotective properties that suppress glutamate-induced neurotoxicity. The molecular mechanism of Rb2 is by suppressing the MAPKs activity and AIF translocation.
Kwak, Chaewon;Choi, Jin Gyu;Kim, Jeong Hee;Oh, Myung Sook
The Korea Journal of Herbology
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v.34
no.4
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pp.9-18
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2019
Objectives : It has been known to be correlated between phlegm and dementia from the perspective of oriental medicine, but it is unexplored whether herbal medicines to treat phlegm have pharmacological actions on Alzheimer's disease (AD). The aim of this study was to evaluate and to compare effects of herbal medicines to treat phlegm against AD in vitro. Methods : We selected 11 herbal medicines which treat phlegm and obtained each extract by boiling in 10-fold distilled water for 2 h. And we performed the assay of acetylcholinesterase (AChE) inhibitory effects of 11 herbal extracts. Next, we evaluated neuroprotective effects of them against amyloid $beta_{25-35}$ ($A{\beta}_{25-35}$) plaque-induced toxicity in HT22 mouse hippocampal neuronal cells using 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide assay. To investigate whether they show the anti-inflammatory effects against lipopolysaccharide (LPS), we also measured the levels of nitric oxide (NO) in BV2 microglia cells using griess reagent assay. Results : We found that Gamiyeongsin-hwan (GYH) and Cheonghunhwadam-tang (CHT) exhibited remarkable AChE inhibitory effects. In HT22 cells, Arisaematis Rhizoma, Trichosanthis Semen and Fritillariae Thunbergii Bulbus suppressed $A{\beta}_{25-35}$ plaque-induced neuronal cell death. In BV2 cells, Cheongung-hwan significantly inhibited the increase of NO contents induced by LPS and GYH and CHT showed a tendency to inhibit LPS-induced NO generation. Conclusions : These results suggest that several herbal medicines to treat phlegm showed the significant effects on AChE inhibition, neuroprotection against $A{\beta}_{25-35}$ plaque-induced toxicity, and inhibition of NO generation. Therefore, we demonstrate the possibility that herbal medicines with treating phlegm has effects against AD.
FS11052, a novel microbial metabolite from Streptomyces spp. was identified as a small molecular substance and shown inhibition activities for the release of neurotransmitter from rat hippocampal neuron and PC12 cells. FS11052 is an inhibitor of tritiated norepinephrine ($[^3H]-NE$) release in high $K^+$ buffer solution containing ionomycin, indicating that FS11052 inhibits neurotransmitter release after the influx of $Ca^{2+}$ ions. When examined the effect of FS11052 on glucuronidase release from guinea pig neutrophils, FS11052 inhibited glucuronidase release: when treated with $5{\mu}g/ml$ of FS11052, which was not induced cellular cytotoxicity. The fact that the glucuronidase release in neutrophil and norepinephrine release in neuron was inhibited suggests the similarity in the locations and the mechanisms of FS11052 action targets. When treated with $5{\mu}g/ml$ of FS11052, $[^3H]-NE$ release and neurite extension for both rat hippocampal neurons and PC12 cells were prevented. These observations of FS11052 functioning as an inhibitor of neurotransmitter release suggest that FS11052 has an important role in synaptic transmission in neuron.
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