The exact causes of cell death in Parkinson's disease (PD) remain unknown despite extensive studies on PD.The identification of signaling and metabolic pathways involved in PD might provide insight into the molecular mechanisms underlying PD. The neurotoxin 1-methyl-4-phenylpyridinium ($MPP^+$) induces cellular changes characteristic of PD, and $MPP^+$-based models have been extensively used for PD studies. In this study, pathways that were significantly perturbed in $MPP^+$-treated human neuroblastoma SH-EP cells were identified from genome-wide gene expression data for five time points (1.5, 3, 9, 12, and 24 h) after treatment. The mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway and endoplasmic reticulum (ER) protein processing pathway showed significant perturbation at all time points. Perturbation of each of these pathways resulted in the common outcome of upregulation of DNA-damage-inducible transcript 3 (DDIT3). Genes involved in ER protein processing pathway included ubiquitin ligase complex genes and ER-associated degradation (ERAD)-related genes. Additionally, overexpression of DDIT3 might induce oxidative stress via glutathione depletion as a result of overexpression of CHAC1. This study suggests that upregulation of DDIT3 caused by perturbation of the MAPK signaling pathway and ER protein processing pathway might play a key role in $MPP^+$-induced neuronal cell death. Moreover, the toxicity signal of $MPP^+$ resulting from mitochondrial dysfunction through inhibition of complex I of the electron transport chain might feed back to the mitochondria via ER stress. This positive feedback could contribute to amplification of the death signal induced by $MPP^+$.
Signal transducer and activator of transcription 4 (STAT4), a STAT family member, mediates interleukin 12 (IL12) signal transduction. IL12 is known to be related to calorie-restricted status. In the central nervous system, IL12 also enhances the production of nitric oxide (NO), which regulates food intake. In this study, the expression of neuronal NO synthase (Nos1), which is also related to food intake, was investigated in the hypothalamic areas of Stat4 knockout (KO) mice using nicotinamide adenine dinucleotide phosphate-diaphorase (NADPH-d) histochemistry, a marker for neurons expressing Nos1 enzyme. Western blots were also performed to evaluate Nos1 and Fos expression. Wild-type Balb/c (WT group, n=10 male) and Stat4 KO mice (Stat4 KO group, n=8 male) were used. The body weight and daily food intake in the WT group were $22.4{\pm}0.3$ and 4.4 g per day, while those in the Stat4 KO group were $18.7{\pm}0.4$ and 1.8 g per day, respectively. Stat4 mice had lower body weight and food intake than Balb/c mice. Optical intensities of NADPH-d-positive neurons in the paraventricular nucleus (PVN) and lateral hypothalamic area (LHA) of the Stat4 KO group were significantly higher than those of the WT group. Western blotting analysis revealed that the hypothalamic Nos1 and Fos expression of the Stat4 KO group was up-regulated, compared to that in the WT group. These results suggest that Stat4 may be related to the regulation of food intake and expression of Nosl in the hypothalamus.
tyrosine 인산화효소계를 통한 신호전달은 신경의 발생과 연접환성조절에 중요한 역할을 한다. 흰쥐 소뇌의 연접후치밀질에 존재하는 tyrosine 함유 당백질들을 조사하기 위하여 immunoblot 분석을 한 결과, 소뇌 연접후치밀질의 전반적인 단백질조성은 전뇌와 비슷하였다. phosphotyrosine 특이성 항체로, immunobolot 한 결과 소뇌의 주된 tyrosine 인산화 단백질은 50 kD 크기의 새로운 단백질이었다. PSD-50로 명명한 이 단백질은 SDS-PAGE에서 $\alpha$CaMKII와 같은 위치에 이동하였다. 그러나 소뇌에는 전뇌에 비하여 적은량의 $\alpha$CaMKII가 존재함에도 불구하고 전뇌보다 더 강한 phosphotyrosine immunoblot signal을 보이는 것으로 보아 PSD-50는 아마도 $\alpha$CaMKII와는 다른 단백질로 추정된다.
Kim, Ji-Eun;Ji, Eun-Sang;Seo, Jin-Hee;Lee, Moon-Hyoung;Cho, Se-Hyung;KimPak, Young-Mi;Seo, Tae-Beom;Kim, Chang-Ju
Animal cells and systems
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제16권3호
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pp.190-197
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2012
Depression is one of the most prevalent diseases of alcohol abuse. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) plays a critical role in cell survival in the hippocampus. Phosphorylation of extracellular signal-regulated kinase 1/2 (p-ERK1/2) is induced by BDNF, and it regulates cell proliferation and differentiation in the brain. We investigated the effects of alcohol intake on depression-like behavior, cell proliferation, expressions of BDNF and its downstream molecules in the hippocampus using Mongolian gerbils. The gerbils were divided into four groups: control group, 0.5 g/kg alcohol-treated group, 1 g/kg alcohol-treated group, 2 g/kg alcohol-treated group. Each dose of alcohol was orally administered for 3 weeks. The present results demonstrated that alcohol intake induced depression-like behavior. Both 5-hydroxytryptamine synthesis and its synthesizing enzyme tryptophan hydroxylase expression in the dorsal raphe and cell proliferation in the hippocampal dentate gyrus were decreased by alcohol intake. Alcohol intake suppressed BDNF expression, and resulted in the decrease of its downstream molecules, pERK1/2 and Bcl-2, in the hippocampus. We showed that alcohol intake may lead to a depressed-like state with reduced hippocampal cell proliferation through inhibition of the BDNF-ERK signaling pathway.
Tau plays a role in numerous neuronal processes, such as vesicle transport, microtubule-plasma membrane interaction and intracellular localization of proteins. SUMO (Small Ubiquitin-like Modifier) modification (SUMOylation) appears to regulate diverse cellular processes including nuclear transport, signal transduction, apoptosis, autophagy, cell cycle control, ubiquitin-dependent degradation, as well as gene transcription. We noticed that putative SUMOylation site is localized at $^{340}K$ of $Tau(^{339}VKSE^{342})$ with the consensus sequence information (${\Phi}KxE$ ; where ${\Phi}$ represents L, I, V or F and x is any amino acid). In this report, we demonstrated that $^{340}K$ of Tau is the SUMOylation site and that a point mutant of Tau S214E (an analog of the phospho $^{214}S$ Tau) promotes its SUMOylation at $^{340}K$ and its nuclear or nuclear vicinity localization, by co-immunoprecipitation and confocal microscopy analysis. Further, we demonstrate that the Tau S214E (neither Tau S214A nor Tau K340R) mutant increases its protein stability. However, the SUMOylation at $^{340}K$ of Tau did not influence cell survival, as determined by FACS analysis. Therefore, our results suggested that the phosphorylation of Tau on $^{214}S$ residue promotes its SUMOylation on $^{340}K$ residue and nuclear vicinity localization, and increases its stability, without influencing cell survival.
An exceptionally conserved sequence that is shared among most G protein-coupled neurotransmitter receptors is an aspartate-arginine-tyrosine triplet that is located at the second cytoplasmic domain. Using the ml subtype of muscarinic acetylcholine receptors as an example, a point mutation of the arginine residue at position 123 into asparagine was induced. This mutation resulted in a complete blockade of the carbachol-induced increases of PI hydrolysis and intracellular $Ca^2$$^{+}$ level, in spite of the expression of the wild-type and mutant receptors at similar concentrations in Chinese hamster ovary cells. In marked contrast, the muscarinic agonist carbachol induced concentration-dependent enhancement of the activity of NO synthase at mutant ml receptors although the enhancement was significantly smaller than at wild-type ml receptors. These data suggest that this highly conserved arginine residue plays an important role in coupling of muscarinic receptors to the second messenger systems and the presence of alternate mechanisms of activation of neuronal NO synthase which might be operative in the absence of large changes in the concentration of cellular $Ca^{2+}$.2+/.
Purpose: To assess clinical proton MR spectroscopy (MRS) as a noninvasive method for evaluating tumor malignancy at 3T high field system. Methods: Using 3T MRI/MRS system, localized water-suppressed single-voxel technique in patients with brain tumors was employed to evaluate spectra with peaks of N-acetyl aspartate (NAA), choline-containing compounds (Cho), creatine/phosphocreatine (Cr) and lactate. On the basis of Cr, these peak areas were quantificated as a relative ratio. Results: The variation of metabolites measurements of the designated region in 10 normal volunteers was less than 10%. Normal ranges of NAA/Cr and Cho/Cr ratios were 1.67$\pm$018 and 1.16:1:0.15, respectively. NAA/Cr ratio of all tumor tissues was significantly lower than that of the normal tissues (P=0.005). Cho/Cr ratio of high-grade gliomas was significantly higher than that of low-grade gliomas (P= 0.001), Except 4 menigiomas, lactate signal was observed in all tumor cases. Conclusions: The present study demonstrated that the neuronal degradation or loss was observed in all tumor tissues. Higher grade of brain tumors was correlated with higher Cho/Cr ratio, indicating a significant dependence of Cho levels on malignancy of gliomas. This results suggest that clinical proton MR spectroscopy could be useful to predict tumor malignancy. Acknowledgement: This study was supported by a grant of the Mid and Long Term Nuclear R/D Plan Program, Ministry of Science and Technology, Republic of Korea.
Kim, Somi;Kim, TaeHyun;Lee, Hye-Ryeon;Kong, Young-Yun;Kaang, Bong-Kiun
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제19권6호
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pp.515-522
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2015
Notch signaling is a key regulator of neuronal fate during embryonic development, but its function in the adult brain is still largely unknown. Mind bomb-2 (Mib2) is an essential positive regulator of the Notch pathway, which acts in the Notch signal-sending cells. Therefore, genetic deletion of Mib2 in the mouse brain might help understand Notch signaling-mediated cell-cell interactions between neurons and their physiological function. Here we show that deletion of Mib2 in the mouse brain results in impaired hippocampal spatial memory and contextual fear memory. Accordingly, we found impaired hippocampal synaptic plasticity in Mib2 knock-out (KO) mice; however, basal synaptic transmission did not change at the Schaffer collateral-CA1 synapses. Using western blot analysis, we found that the level of cleaved Notch1 was lower in Mib2 KO mice than in wild type (WT) littermates after mild foot shock. Taken together, these data suggest that Mib2 plays a critical role in synaptic plasticity and spatial memory through the Notch signaling pathway.
Heterotrimeric GTP binding proteins (G proteins) mediate signal transduction generated by neurotransmitter and hormones. Among G-proteins, Go is classified as a member of the Go/Gi family and the most abundant heterotrimeric G protein in brain. Most of the mechanistic analyses on the activation of Go indicated its action to be mediated by the $G{\beta}{\gamma}$ dimer because downstream effectors for its ${\alpha}$ subunit have not been clearly defined. To determine the downstream effectors of alpha subunits of Go ($Go{\alpha}$), we used yeast two-hybrid system to screen $Go{\alpha}$ interacting partners in cDNA library from the human brain. A brain specific high mobility group box containing protein (BHX), A possible transcription factor, was identified as a $Go{\alpha}$ interacting protein. We confirmed interaction between $Go{\alpha}$ and BHX employing in vitro affinity binding assay. Moreover, active form of $Go{\alpha}$ preferentially interacts with BHX than inactive farm. Our findings indicate that $Go{\alpha}$ could modulate gene expression via interaction with BHX during neuronal or brain development.
Moon, Il Soo;Cho, Sun-Jung;Jin, IngNyol;Walikonis, Randall
Molecules and Cells
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제24권1호
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pp.76-82
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2007
By combining in situ hybridization (ISH) and immunocytochemistry (IC), microscopic topological localization of mRNAs and proteins can be determined. Although this technique can be applied to a variety of tissues, it is particularly important for use on neuronal cells which are morphologically complex and in which specific mRNAs and proteins are located in distinct subcellular domains such as dendrites and dendritic spines. One common technical problem for combined ISH and IC is that the signal for immunocytochemical localization of proteins often becomes much weaker after conducting ISH. In this manuscript, we report a simplified but robust protocol that allows immunocytochemical localization of proteins after ISH. In this protocol, we fix cultured cortical or hippocampal neurons with 4% paraformaldehyde (PFA), rinse briefly in PBS, and then further fix the cells with $-20^{\circ}C$ methanol. Our method has several major advantages over previously described ones in that (1) it is simple, as it is just consecutive routine fixation procedures, (2) it does not require any special alteration to the fixation procedures such as changes in salt concentration, and (3) it can be used with antibodies that are compatible with either methanol (MeOH-) or PFA-fixed target proteins. To our best knowledge, we are the first to employ this fixation method for fluorescence ISH + IC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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