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.
Objective : Glutamate induced excitotoxicity is one of the leading causes of cell death under pathologic condition. However, there is controversy whether excitotoxicity may also participate in the neuronal death under low intensity insult such as simple hypoxia or hypoglycemia. To investigate the role of NMDA receptor in low intensity insult, we chose anoxia as the method of injury and used organotypically cultured hippocampal slice as the material of experiment. Materials & Methods : The hippocampal slices cultured for 2-3 weeks were exposed to 60 minutes of complete oxygen deprivation(anoxia). Neuronal death was assessed with Sytox stain. Corrected optical density of fluorescence in gray scale, used as cellular death indicator, was obtained from pictures taken at 24 and 48 hours following the insult. The well-known in vivo phenomenon of regional difference in susceptibility of hippocampal sub-fields to ischemic insult was reproduced in HOSC(hippocampal organotypic slice culture) by complete oxygen deprivation injury. Results : $CA_1$ was the most vulnerable to complete oxygen deprivation in hippocampus while $CA_3$ was resistant. Oxygen deprivation for 10 and 20 minutes with glucose(6.5g/l) present was insufficient to induce neuronal death in the cultured hippocampal slice. However, after 30 minutes exposure under anoxic condition, neuronal death was able to be detected in the center of $CA_1$ area. The intensity and area of fluorescence indicating cell death correlated with the duration of oxygen deprivation. NMDA receptor and non-NMDA receptor blocking with MK-801(30 & $60{\mu}M$) and CNQX($100{\mu}M$) did not provide cellular protection to HOSC against damage induced by oxygen deprivation, but increased intracellular calcium buffering capacity with BAPTA-AM($10{\mu}M$) was effective in preventing neuronal death (p=0.01, Student's t-test). Cycloheximide($1{\mu}g/ml$, $10{\mu}g/ml$) provided no protection to HOSC against insult of complete oxygen deprivation for 60 minutes and combined therapy of MK-801(30 & $60{\mu}M$) and cycloheximide(1 & $10{\mu}g/ml$) was also ineffective in preventing neuronal death. Conclusion : The results of this study show that the another mechanism not associated with glutamate receptor(NMDA & non NMDA) may play major role in cell death mechanisms induced by complete oxygen deprivation and increased intracellular calcium during anoxia may participate in the neuronal death mechanism of oxygen deprivation. Further investigation of the calcium entry channel activated during oxygen deprivation is necessary to understand the neuronal death of anoxia.
Purpose: Human adipose tissue-derived stromal cells(hADSCs) can be expanded in vitro and induced to differentiate into multiple mesenchymal cell types. In this study we have examined various neuronal phenotypes and gene expression profiles of the hADSCs in the neuronal induction. Methods: The hADSCs were isolated from human adipose tissue and they were characterized by the flow cytometry analysis using CD13, CD29, CD34, CD45, CD49d, CD90, CD105 and HLA-DR cell surface markers. We differentiated the hADSCs into the neuronal lineage by using chemical induction medium and observed the cells with contrast microscopy. The immunocytochemistry and western blotting were performed using the NSE, NeuN, Trk-A, Vimentin, N-CAM, S-100 and ${\beta}$-Tubulin III antibodies. Results: The hADSCs were positive for CD13($90.3{\pm}4%$), CD29($98.9{\pm}0.7%$), CD49d($13.6{\pm}6%$), CD90 ($99.4{\pm}0.1%$), CD105($96%{\pm}2.8%$) but negative for CD34, CD45 and HLA-DR. The untreated cultures of hADSCs predominately consisted of spindle shaped cells and a few large, flat cells. Three hours after the addition of induction medium, the hADSCs had changed morphology and adopted neuronal-like phenotypes. The result of immunocytochemistry and western blotting showed that NSE, NeuN, Trk-A, Vimentin, N-CAM, S-100 and ${\beta}$-Tubulin III were expressed. However, NSE, NeuN, Vimentin were weakly expressed in the control. Conclusion: Theses results indicate that hADSCs have the capabillity of differentiating into neuronal lineage in a specialized culture medium. hADSCs may be useful in the treatment of a wide variety of neurological disorders.
It is becoming increasingly evident that significant changes in gene expression occur during the course of neuronal differentiation. Thus, it should be possible to gain information about the biochemical events by identifying differentially expressed genes in neuronal differentiation The PC12 cell line is a useful model system to investigate the molecular mechanism underlying neuronal differentiation and has been used extensively for the study of the molecular events that underlie the biological actions of nerve growth factor (NGF). In this study, we report an application of the recently described mRNA differential display method to analyze differential gene expression during neuronal differentiation. Using this technique, we have identified several cDNA tags expressed differentially during neuronal differentiation. Interestingly, one of these clones was cytochrome c oxidase subunit I (COX I) gene. The differential expression of COX I gene was confirmed by Northern blot analysis as well as RT-PCR. Southern blot analysis of the genomic DNA of PC12 cells revealed that COX I is a single gene. Induction of the oxidative enzyme might reflect the energy requirement in neuronal differentiation.
L-trans-pyrrolidine-2,4-dicarboxylate (PDC) is a potent inhibitor of glutamate transporters. In our current study, we investigated whether the neuronal death induced by PDC involves mechanisms other than excitotoxicity in mixed mouse cortical cultures. Cortical cultures at 13-14 days in vitro were used and cell death was assessed by measuring the lactate dehydrogenase efflux into bathing media. Glutamate and PDC both induced neuronal death in a concentration-dependent manner but the neurotoxic effects of glutamate were found to be more potent than those of PDC. Treatment with 10, 100 and 200 ${\mu}$M PDC equally potentiated 50 ${\mu}$M glutamate-induced neuronal death. The neuronal death induced by 75 ${\mu}$M glutamate was almost abolished by treatment with the NMDA antagonists, MK-801 and AP-5, but was unaffected by NBQX (an AMPA antagonist), trolox (antioxidant), BDNF or ZVAD-FMK (a pan-caspase inhibitor). However, the neuronal death induced by 200 ${\mu}$M PDC was partially but significantly attenuated by single treatments with MK-801, AP-5, trolox, BDNF or ZVAD-FMK but not NBQX. Combined treatments with MK-801 plus trolox, MK-801 plus ZVAD-FMK or MK-801 plus BDNF almost abolished neuronal death, whereas combined treatments with trolox plus ZVADFMK, trolox plus BDNF or ZVAD-FMK plus BDNF did not enhance the inhibitory action of any single treatment with these drugs. These results demonstrate that the neuronal death induced by PDC involves not only in the excitotoxicity induced by the accumulation of glutamate but also the oxidative stress induced by free radical generation. This suggests that apoptotic neuronal death plays a role in PDCinduced oxidative neuronal injury.
Chondroitin sulfate proteoglycan (CSPG) inhibits neurite outgrowth of various neuronal cell types, and CSPG-associated inhibition of neurite outgrowth is mediated by the Rho/ROCK pathway. Mesenchymal stromal/stem cells (MSCs) have the potential to differentiate into neuron-like cells under specific conditions and have been shown to differentiate into neuron-like cells by co-treatment with the ROCK inhibitor Y27632 and the hypoxia condition mimicking agent $CoCl_2$. In this study, we addressed the hypothesis that a ROCK inhibitor might be beneficial to regenerate neurons during stem cell therapy by preventing transplanted MSCs from inhibition by CSPG in damaged tissues. Indeed, dose-dependent inhibition by CSPG pretreatment was observed during morphological changes of Wharton's jelly-derived MSCs (WJ-MSCs) induced by Y27632 alone. The formation of neurite-like structures was significantly inhibited when WJ-MSCs were pre-treated with CSPG before induction under Y27632 plus $CoCl_2$ conditions, and pretreatment with a protein kinase C inhibitor reversed such inhibition. However, CSPG treatment resulted in no significant inhibition of the WJ-MSC morphological changes into neuron-like cells after initiating induction by Y27632 plus $CoCl_2$. No marked changes were detected in expression levels of neuronal markers induced by Y27632 plus $CoCl_2$ upon CSPG treatment. CSPG also blocked the morphological changes of human bone marrow-derived MSCs into neuron-like cells under other neuronal induction condition without the ROCK inhibitor, and Y27632 pre-treatment blocked the inhibitory effect of CSPG. These results suggest that a ROCK inhibitor can be efficiently used in stem cell therapy for neuronal induction by avoiding hindrance from CSPG.
Vitis amurensis (VA; Vitaceae) has long been used in oriental herbal medicine. It has been reported that roots and seeds of VA have anti-inflammatory and antioxidant effects. In the present study, the protective effect of ethanol extract from stems and leaves of VA on hydrogen peroxide (${H_2}{O_2}$) (100 ${\mu}M$)-induced neuronal cell damage was examined in primary cultured rat cortical neurons. VA (10-100 ${\mu}g$/ml) concentration-dependently inhibited ${H_2}{O_2}$-induced apoptotic neuronal cell death measured by 3-[4,5-Dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyl-tetrazolium bromide (MTT) assay and Hoechst 33342 staining. VA inhibited ${H_2}{O_2}$-induced elevation of intracellular $Ca^{2+}$ concentration (${[Ca^{2+}]}_i$) and generation of reactive oxygen species (ROS), which were measured by fluorescent dyes. Pretreatment of VA also prevented glutamate release into medium induced by 100 ${\mu}M$${H_2}{O_2}$, which was measured by HPLC. These results suggest that VA showed a neuroprotective effect on ${H_2}{O_2}$-induced neuronal cell death by interfering with ${H_2}{O_2}$-induced elevation of ${[Ca^{2+}]}_i$, glutamate release, and ROS generation. This has a significant meaning of finding a new pharmacological activity of stems and leaves of VA in the CNS.
The water extract of Gamiyaengshinhwan (GYH), has been used in vitro tests for its beneficial effects on neuronal survival and neuroprotective functions, particularly in connection with CT105-related dementias and Alzheimer's disease(AD). CT105 derived from proteolytic processing of the $\beta$-amyloid precursor protein (APP), including the amyloid-$\beta$ peptide ($A{\beta}$), plays a critical role in the pathogenesis of Alzheimer's dementia. We determined that transfected overexpressing APP695 and $A{\beta}$ CT105 have a profound attenuation in the Increase in CT105 expressing neuro2A cells from GYH. Experimental evidence indicates that GYH protects against neuronal damage from cells, but its cellular and molecular mechanisms remain unknown. Using a neuroblastoma cell line stably expressing CT105-associated neuronal degeneration, we demonstrated that GYH inhibits formation of amyloid-$\beta$ fragment ($A{\beta}$ CT105). which are the characteristic, and possibly causative, features of AD. The decreased CT105 $A{\beta}$ in the presence of GYH was observed in the conditioned medium of this CT105-secreting cell line under in vitro. In the cells, GYH significantly attenuated mitochondrion-initiated apoptosis and decreased the activity of Bax, a key enzyme in the apoptosis cell-signaling cascade. These results suggest that neuronal damage in AD might be due to two factors: a direct CT05 toxicity and the apoptosis initiated by the mitochondria. Multiple cellular and molecular neuroprotective mechanisms, including attenuation of apoptosis and direct inhibition of CT105 aggregation, underlie the neuroprotective effects of GYH.
Jung, Gwon-Soo;Lee, Kyeong-Min;Park, Jin-Kyu;Choi, Seong-Kyoon;Jeon, Won Bae
BMB Reports
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제46권5호
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pp.276-281
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2013
In this study, we aimed to compare the morphogenetic and neuronal characteristics between monolayer cells and spheroids. For this purpose, we established spheroid formation by growing SH-SY5Y cells on the hydrophobic surfaces of thermally-collapsed elastin-like polypeptide. After 4 days of culture, the relative proliferation of the cells within spheroids was approximately 92% of the values for monolayer cultures. As measured by quantitative assays for mRNA and protein expressions, the production of synaptophysin and neuronspecific enolase (NSE) as well as the contents of cell adhesion molecules (CAMs) and extracellular matrix (ECM) proteins are much higher in spheroids than in monolayer cells. Under the all-trans-retinoic acid (RA)-induced differentiation condition, spheroids extended neurites and further up-regulated the expression of synaptophysin, NSE, CAMs, and ECM proteins. Our data indicate that RA-differentiated SH-SY5Y neurospheroids are functionally matured neuronal architectures.
Objectives: Acupuncture treatment has been clinically used for functional recovery in Parkinson's disease. In the present study, we investigated the effect of acupuncture at Zusanli (ST36) on nigrostriatal dopaminergic neuronal cell death in rats. Methods: A Parkinson's disease model was induced by the unilateral injection of 6-hydroxydopamine (6-OHDA) into the striatum. Acupuncture treatment was performed at Zusanli (ST36) and at the hip, as a non-acupoint, once a day for 14 days. Two weeks after 6-0HDA injection, an apomorphine-induced rotational behavior test showed significant rotational asymmetry in rats with Parkinson's disease. Immunostaining for tyrosine hydroxylase demonstrated a dopaminergic neuronal loss in the substantia nigra and dopaminergic fiber loss in the striatum. Results: Acupuncture at the ST36 acupoint significantly inhibited rotational asymmetry in rats with Parkinson's disease, and also protected against 6-OHDA-induced nigrostriatal dopaminergic neuronal loss. These effects of acupuncture were not observed for non-acupoint acupuncture. Conclusions: The present study shows that acupuncture treatment, especially at the ST36 acupoint, can be used as a useful strategy for the treatment of Parkinson's disease.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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