Objectives:The ginsenoside Rg1 and Rb1, the major components of ginseng saponin, have neurotrophic and neuroprotective effects including promotion of neuronal survival and proliferation, facilitation of learning and memory, and protection from ischemic injury and apoptosis. In this study, to investigate the molecular basis of the effects of ginsenoside on neuron, we analyzed gene expression profiling of SH-SY5Y human neuroblastoma cells treated with ginsenoside Rg1 or Rb1. Methods:SH-SY5Y cells were cultured and treated in triplicate with ginsenoside Rg1 or Rb1($80{\mu}M$, $40{\mu}M$, $20{\mu}M$). The proliferation rates of SH-SY5Y cells were determined by MTT assay and microscopic examination. We used a high density cDNA microarray chip that contained 8K human genes to analyze the gene expression profiles in SH-SY5Y cells. We analyzed using the Significance Analysis of Microarray(SAM) method for identifying genes on a microarray with statistically significant changes in expression. Results:Treatment of SH-SY5Y cells with $80{\mu}M$ ginsenoside Rg1 or Rb1 for 36h showed maximal proliferation compared with other concentrations or control. The results of the microarray experiment yielded 96 genes were upregulated(${\geq}$3 fold) in Rg1 treated cells and 40 genes were up-regulated(${\geq}$2 fold) in Rb1 treated cells. Treatment with ginsenoside Rg1 for 36h induced the expression of some genes associated with protein biosynthesis, regulation of transcription or translation, cell proliferation and growth, neurogenesis and differentiation, regulation of cell cycle, energy transport and others. Genes associated with neurogenesis and neuronal differentiation such as SCG10 and MLP increased in ginsenoside Rg1 treated cells, but such changes did not occur in Rb1-group. Conclusion:Our data provide novel insights into the gene mechanisms involved in possible role for ginsenoside Rg1 or Rb1 in mediating neuronal proliferation or cell viability, which can elicit distinct patterns of gene expression in neuronal cell line. Ginsenoside Rg1 have more broad and strong effects than ginsenoside Rb1 in gene expression and related cellular physiology. In addition, we suggest that SCG10 gene, which is known to be expressed in neuronal differentiation during development and neuronal regeneration during adulthood, may have a role in enhancement of activity dependent synaptic plasticity or cytoskeletal regulation following treatment of ginsenoside Rg1. Further, ginsenoside Rg1 may have a possible role in regeneration of injured neuron, promotion of memory, and prevention from aging or neuronal degeneration.
To elucidate the mechanism underlying the regulation of hST8Sia I gene expression in FenR-induced SH-SY5Y cells, we characterized the promoter region of the hST8Sia I gene. Functional analysis of the 5'-flanking region of the hST8Sia I gene showed that the -1146 to -646 region functions as the FenR-inducible promoter of hST8Sia I in SH-SY5Y cells. Site-directed mutagenesis indicated that the NF-&B binding site at -731 to -722 was crucial for the FenR-induced expression of hST8Sia I in SH-SY5Y cells. To investigate which signal transduction pathway was involved in FenR-stimulated induction of hST8Sia I in SH-SY5Y cells, we performed Western blot analysis using phospho-specific antibodies in order to measure their degree of regulatory phosphorylation. Phosphorylations of AKT and RelA (p65) subunit of NF-${\kappa}B$ were significantly elevated in cytosolic and nuclear fractions of FenR-stimulated SH-SY5Y cells, respectively, than in control or DMSO-treated SH-SY5Y cells. These results suggest that FenR induce transcriptional up-regulation of hST8Sia I gene expression through translocation of RelA (p65) subunit of NF-${\kappa}B$ to nucleus by AKT signal pathway in SH-SY5Y cells.
Kim, Eun-Hye;Lee, Mi-Jeong;Kim, In-Hye;Pyo, Suhk-Neung;Choi, Kwang-Tae;Rhee, Dong-Kwon
Journal of Ginseng Research
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v.34
no.2
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pp.138-144
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2010
Ginseng (Panax ginseng C.A. Meyer) has been shown to have anti-stress effects in animal studies. However, most studies have only managed to detect altered levels of biomarkers or enzymes in blood or tissue, and the actual molecular mechanisms by which ginseng exerts these effects remain unknown. In this study, the anti-oxidative effect of Korean red ginseng (KRG) was examined in human SK-N-SH neuroblastoma cells. Incubation of SK-N-SH cells with the oxidative stressor hydrogen peroxide resulted in significant induction of cell death. In contrast, pre-treatment of cells with KRG decreased cell death significantly. To elucidate underlying mechanisms by which KRG inhibited cell death, the expression of apoptosis-related proteins was examined by Western blot analysis. KRG pre-treatment decreased the expression of the pro-apoptotic gene caspase-3, whereas it increased expression of the anti-apoptotic gene Bcl-2. Consistent with this, immunoblot analysis showed that pre-treatment of the SK-N-SH cells with KRG inhibited expression of the pro-inflammatory gene cyclooxygenase 2 (COX-2). RT-PCR analysis revealed that the repression of COX-2 expression by KRG pre-treatment occurred at the mRNA level. Taken together, our data indicate that KRG can protect against oxidative stress-induced neuronal cell death by repressing genes that mediate apoptosis and inflammation.
Objectives : The purpose of the study is to determine the neuroprotective effects of the water extract of Angelicae Acutilobae Radix(AA) on ischemia reperfusion-induced apoptosis in SK-N-SH human brain neuronal cells. Methods: SK-N-SH cells were treated with different concentrations of AA water extract (0.1, 0.2, 0.5 and 1.0 mg/ml) for 2 hr and then stimulated with Dulbecco's phosphate-buffered saline containing CI-DPBS: 3mM sodium azide and 10 mM 2-deoxy-D-glucose for 45 min, reperfused with growth medium, and incubated for 24 h. Cell viability was determined by WST-1 assay, and ATP/ADP levels were measured by ADP/ATP ratio assay kit. The levels of caspase-3 protein were determined by Western blot and apoptotic body was observed by Hoechst 33258 staining. Results : AA extract significantly inhibited decreasing the cell viability in ischemia-induced SK-N-SH cells. AA also increased the ratio of ADP/ATP in ischemia-induced neuronal cells and decreased the expression levels of apoptotic protein, caspase-3 and apoptotic DNA damage. Conclusions : Our results suggest that AA extract has a neuroprotective property via suppressing the apoptosis and increasing the energy levels in neuronal cells, suggesting that AA extract may has a therapeutic potential in the treatment of ischemic brain injury.
Oh, Tae-Woo;Lee, Mi Young;Lee, Hye Won;Park, Yong-Ki
The Korea Journal of Herbology
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v.28
no.2
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pp.45-53
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2013
Objectives : The purpose of the study is to determine the neuroprotective effects of the water and 80% EtOH extract of some herbal medicine plant on ischemia reperfusion-induced cell death in SK-N-SH human brain neuronal cells. Methods : SK-N-SH cells were treated with 3mM sodium azide and 10 mM 2-deoxy-D-glucose for 45 min, ptior to the addition of different concentrations of herbal medicine plant extract (0, 10, 25, 50, 100, 250, 500, 1000 ${\mu}g/ml$) for 2 hr and then reperfused with growth medium, incubated for 24 h. Cell viability was determined by WST-1 assay, and ATP/ADP levels were measured by ADP/ATP ratio assay kit. Results : Herbal medicine plant extract significantly inhibited decreasing the cell viability in ischemia-induced SK-N-SH cells. Also increased the ratio of ADP/ATP in ischemia-induced neuronal cells. Conclusions : Our results suggest that herbal medicine plant extract has a neuroprotective property via increasing the energy levels in neuronal cells, suggesting that extract may has a therapeutic potential in the treatment of ischemic brain injury. The exact component and mechanism remains for the future study.
Cognitive impairment and Alzheimer's disease are serious social problems associated with the rising elderly population in Korea. 1,2,3,4,6-Penta-O-galloyl-β-ᴅ-glucopyranose (PGG) is a gallotannin isolated from medicinal plants such as Rhus chinensis. This study was performed to evaluate the effect of PGG on biomarkers related to cognitive function in human neuroblastoma SK-N-SH cells. Inhibition of acetylcholinesterase (AChE) activity is considered to be one of the main therapeutic strategies. PGG inhibited AChE activity in the test tube as well as in SK-N-SH cells. In addition, PGG induced protein and mRNA expression of brain-derived neurotrophic factor (BDNF), which is a mammalian neurotrophin that plays major roles in the development, maintenance, repair, and survival of neuronal populations. As one of the underlying molecular mechanisms that induce BDNF expression, PGG induced the activation of Ca2+/calmodulin (CaM)-dependent protein kinase II (CaMKII)-cAMP response element binding protein (CREB) pathway. In conclusion, PGG may be an useful material for improving cognitive function.
Parkinson's disease is known to exhibit progressive degeneration of the dopaminergic neurons in the substantia nigra via inhibition of glutathione metabolism. It is well known that 6-Hydroxydopamine (6-OHDA) induces Parkinson's disease-like symptoms, while resveratrol (3,5,4'-trihydroxystilbene) has been shown to have anti-inflammatory and antioxidant effects. In the present study, we investigated the neuroprotective effects of resveratrol, a phytoalexin found in grapes and various plants, on 6-OHDA-induced cell damage to the SH-SY5Y human neuroblastoma cell line. Resveratrol (5 and 10 ${\mu}M$) inhibited 6-OHDA (60 ${\mu}M$)-induced cytotoxicity in SH-SY5Y cells and induced a reduction of the number of apoptotic nuclei caused by 6-OHDA treatment. Additionally, the total apoptotic rate of cells treated with both resveratrol (10 ${\mu}M$) and 6-OHDA (60 ${\mu}M$) was less than that of 6-OHDA treated cells. Resveratrol also dose-dependently (1, 5 and 10 ${\mu}M$) scavenged reactive oxygen species (ROS) induced by 6-OHDA in SH-SY5Y cells and prevented depletion of glutathione in response to the 6-OHDA-induced cytotoxicity in the glutathione assay. Overall, these results indicate that resveratrol exerts a neuroprotective effect against 6-OHDA-induced cytotoxicity of SH-SY5Y cells by scavenging ROS and preserving glutathione.
We examined the signaling molecules involved in the 6-hydroxydopamine (6-OHDA)-induced neuronal cell death and increase in cellular glutathione (GSH) level in SK-N-SH cells. The 6-OH-DA-induced cell death was significantly prevented by the pretreatment with N-acetylcysteine (NAC), a thiol antioxidant, and BAPTA, an intracellular $Ca^{2+}$ chelator. Although 6-OHDA induced ERK phosphorylation, the pretreatment with PD98059, an ERK inhibitor, did not block 6-OHDA-induced cell death. In addition, the 6-OHDA-induced activation of caspase-3, a key signal for apoptosis, was blocked by the pretreatment with NAC and BAPTA. While the level of reactive oxygen species (ROS) was significantly increased in the 6-OHDA-treated cells, the cellular GSH level was not altered for the first 6-hr exposure to 6-OHDA, but after then, the level was significantly increased, which was also blocked by the pretreatment with NAC and BAPTA, but not by PD98059. Depletion of GSH by pretreating the cells with DL-buthionine-(S,R)-sulfoximine (BSO), a glutathione synthesis inhibitor, rather significantly potentiated the 6-OHDA-induced death. In contrast to the pretreatment with NAC, 6-OHDA-induced cell death was not prevented by the post-treatment with NAC 30 min after 6-OHDA treatment. The results indicate that the GSH level which is increased adaptively by the 6-OHDA-induced ROS and intracellular $Ca^{2+}$ is not enough to overcome the death signal mediated through ROS-$Ca^{2+}$ -caspase pathway.
Cerebral ischemia results from a transient or permanent reduction in cerebral blood flow that decreases oxygen and glucose supply. When the cellular oxygen supply is reduced to critical level, damage to cells and induction of cell death are occurred by excitotoxicity, oxidative stress and inflammation. Ischemia remains one of the leading causes of death, but there is no effective treatment that might protect neurons gainst ischemia by interrupting the cascade of cell death. In this study, human neuroblastoma SH-SY5Y cells are exposed to oxygen and glucose deprivation (OGD) followed by reoxgenation. OGD can mimic the acute restriction of metabolite and oxygen supply caused by ischemia and is widely used as a model of ischemic conditions. SH-SY5Y cells are treated samples at the commencement of OGD to achieve different final concentrations, and cell viabilities were quantified using the measurement of flow cytometry analysis. Of those tested, the extracts of Polygala tenuifolia (roots), Dictamnus dasycarpus (barks), Polygala tenuifolia (roots), Eucommia ulmoides (branches), Eucommia ulmoides (barks), Poria cocos (whole), Sophora flavescens (roots) showed neuroprotective effects, with $EC_{50}$ values of $4.5{\pm}0.6$, $7.9{\pm}1.5$, $10.5{\pm}0.7$, $18.4{\pm}1.9$, $19.6{\pm}0.3$, $21.6{\pm}1.9$, and $30.7{\pm}3.9{\mu}g/m{\ell}$, respectively.
Amyloid beta ($A{\beta}$)-induced neurotoxicity is a major pathological mechanism of Alzheimer's disease (AD). In this study, we investigated the inhibitory effect of L-theanine, a component of green tea (Camellia sinensis) on $A{\beta}_{1-42}$-induced neurotoxicity and oxidative damages of macromolecules. L-theanine inhibited $A{\beta}_{1-42}$-induced generation of reactive oxygen species, and activation of extracellular signal-regulated kinase and p38 mitogenic activated protein kinase as well as the activity of nuclear factor kappa-B. L-theanine also signifi cantly reduced oxidative protein and lipid damage, and elevated glutathione level. Consistent with the reduced neurotoxic signals, L-theanine (10-50 ${\mu}g$/ml) concomitantly attenuated $A{\beta}_{1-42}$ (5 ${\mu}M$)-induced neurotoxicity in SK-N-MC and SK-N-SH human neuroblastoma cells. These data indicate that L-theanine on $A{\beta}$-induced neurotoxicity prevented oxidative damages of neuronal cells, and may be useful in the prevention and treatment of neurodegenerative disease like AD.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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