Objectives: The purpose of this investigation is to evaluate the effects of Woohwangcheongsim-won and to study the mechanism for neuronal death protection in OGD (oxygen-glucose deprivation) model with embryonic day 20 (E20) cortical cells of a rat (Sprague Dawley). Methods: E20 cortical cells were dissociated in neurobasal media and grown for 14 days in vitro (DIV). On 14 DIV, Woohwangcheongsim-won was added to the culture media for 72 hrs. On 17 DIV, cells were given an oxygen-glucose deprivation shock (2hrs and 4hrs) and further incubated in normoxia for another three days. On 20 DIV, Woohwangcheongsim-won's effects for neuronal death protection were evaluated by LDH assay and the mechanisms were studied by Bcl-2, Bak, Bax, caspase family. Results & Conclusions: 1. This study indicates that Woohwangcheongsim-won's effects for neuronal death protection in OGD model is confirmed by LDH assay in culture method of embryonic day 20(E20) cortical neuroblasts. 2. Woohwangcheongsim-won's mechanisms for neuronal death protection in OGD model are to restrain inflow of cytochrome c into cellularity caused by Bcl-2 increase (2hrs and 4hrs), to reduce the caspase cascade initiator caspase-8 (4hrs).
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.
Increasing evidences suggest that ischemia-induced vascular damage is an integral step in the cascade of the cellular and molecular events initiated by cerebral ischemia. In the present study, employing a mouse brain endothelioma-derived cell line, bEnd.3, and oxygen-glucose deprivation (OGD) as an in vitro stroke model, the role of nuclear factor kappa B (NF-${\kappa}B$) activation during ischemic injury was investigated. OGD was found to activate NF-${\kappa}B$ and to induce bEnd.3 cell death in a time-dependent manner. OGD phosphorylated neither 32 Ser nor 42 Tyr of $I{\kappa}B{\alpha}$. OGD did not change the amount of $I{\kappa}B{\alpha}$. The extents of OGD-induced cell death after 8 h, 10 h, 12 h and 14 h of OGD were 10%, 35%, 60% and 85%, respectively. Reperfusion following OGD did not cause additional cell death, indicating no reperfusion injury after ischemic insult in cerebral endothelial cells. Three known as NF-${\kappa}B$ inhibitors, including pyrrolidine dithiocarbamate (PDTC) plus zinc, aspirin and caffeic acid phenethyl ester (CAPE), inhibited OGD-induced NF-${\kappa}B$ activation and increased OGD-induced bEnd.3 cell death in a dose dependent manner. There were no changes in the protein levels of bcl-2, bax and p53 which are modulated by NF-${\kappa}B$ activity. These results suggest that NF-${\kappa}B$ activation might be a protective mechanism for OGD-induced cell death in bEnd.3.
Kim, Yu-Jin;Kim, Soo-Yoon;Sung, Dong-Kyung;Chang, Yun-Sil;Park, Won-Soon
Clinical and Experimental Pediatrics
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제55권7호
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pp.238-248
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2012
Purpose: Hypoxic-ischemic encephalopathy is an important cause of neonatal mortality, as this brain injury disrupts normal mitochondrial respiratory activity. Carnitine plays an essential role in mitochondrial fatty acid transport and modulates excess acyl coenzyme A levels. In this study, we investigated whether treatment of primary cultures of rat cortical neurons with L-carnitine was able to prevent neurotoxicity resulting from oxygen-glucose deprivation (OGD). Methods: Cortical neurons were prepared from Sprague-Dawley rat embryos. L-Carnitine was applied to cultures just prior to OGD and subsequent reoxygenation. The numbers of cells that stained with acridine orange (AO) and propidium iodide (PI) were counted, and lactate dehydrogenase (LDH) activity and reactive oxygen species (ROS) levels were measured. The 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide assay and the terminal uridine deoxynucleotidyl transferase-mediated deoxyuridine triphosphate nick-end labeling assay were performed to evaluate the effect of L-carnitine (1 ${\mu}M$, 10 ${\mu}M$, and 100 ${\mu}M$) on OGD-induced neurotoxicity. Results: Treatment of primary cultures of rat cortical neurons with L-carnitine significantly reduced cell necrosis and prevented apoptosis after OGD. L-Carnitine application significantly reduced the number of cells that died, as assessed by the PI/AO ratio, and also reduced ROS release in the OGD groups treated with 10 ${\mu}M$ and 100 ${\mu}M$ of L-carnitine compared with the untreated OGD group (P<0.05). The application of L-carnitine at 100 ${\mu}M$ significantly decreased cytotoxicity, LDH release, and inhibited apoptosis compared to the untreated OGD group (P<0.05). Conclusion: L-Carnitine has neuroprotective benefits against OGD in rat primary cortical neurons in vitro.
Oxygen glucose deprivation/re-oxygenation (OGD/R) induces neuronal injury via mechanisms that are believed to mimic the pathways associated with brain ischemia. Stachys sieboldii Miq. (Chinese artichoke), which has been extensively used in oriental traditional medicine to treat of ischemic stroke; however, the role of S. sieboldii Miq. (SSM) in OGD/R induced neuronal injury is not yet fully understood. The present research is aimed to investigate the protective effect and possible mechanisms of SSM extract treatment in an in vitro model of OGD/R to simulate ischemia/reperfusion Injury. Pretreatment of these cells with SSM significantly attenuated OGD/R-induced production of reactive oxygen species (ROS) by increasing GPx, SOD, and decreasing MDA. SSM decreased mitochondrial damage caused by OGD/R injury and inhibited the release of cyt-c from mitochondrion to cytoplasm in SH-SY5Y cells. Furthermore, neuronal cell apoptosis caused by OGD/R injury was inhibited by SSM, and SSM could decrease apoptosis by increasing ratio of Bcl-2/Bax and inhibiting caspase signaling pathway in SH-SY5Y cells. SSM demonstrated a neuroprotective effect on the simulated cerebral ischemia in vitro model, and this effect was the inhibition of mitochondria-mediated apoptosis pathway by scavenging of ROS generation. Therefore, SSM may be a promising neuroprotective strategy against ischemic stroke.
Background and Objectives: Neural stem cells (NSCs) remain in the mammalian brain throughout life and provide a novel therapeutic strategy for central nervous system (CNS) injury. Bone morphogenetic protein-6 (BMP-6) had shown a protective effect in different types of cells. However, the role of BMP-6 in NSCs is largely unclear. The present study was aimed to investigate whether BMP-6 could protect human NSCs (hNSCs) against the oxygen and glucose deprivation (OGD)-induced cell death. Methods and Results: Upon challenge with OGD treatment, cell viability was significantly decreased in a time-dependent manner, as indicated by the CCK-8 assay. BMP-6 could attenuate the OGD-induced cell injury in a dose-dependent manner and decrease the number of TUNEL-positive cells. Moreover, BMP-6 markedly weakened the OGD-induced alterations in the expression of procaspase-8/9/3 and reversed the expression of cleaved-caspase-3. Interestingly, noggin protein (the BMP-6 inhibitor) attenuated the neuroprotective effect of BMP-6 in cultured hNSCs. Furthermore, the p38 MAPK signaling pathway was activated by OGD treatment and BMP-6 markedly inhibited the phosphorylation of p38 in a concentration-dependent manner. Pretreatment with noggin abolished the effect of BMP-6 on p38 activation. SB239063, a selective p38 inhibitor, exerted similar effects with BMP-6 in protecting hNSCs against the OGD-induced apoptosis. These results indicated that blocking the phosphorylation of p38 might contribute to the neuroprotective effect of BMP-6 against the OGD-induced injury in hNSCs. Conclusions: These findings suggested that BMP-6 might be a therapeutic target in the OGD-induced cell death, which provides a novel therapeutic strategy for enhancing host and graft NSCs survival in hypoxic-ischemic brain injury.
Although hypoxic/ischemic injury is thought to contribute to the incidence of Alzheimer disease (AD), the molecular mechanism that determines the relationship between hypoxia-induced β-amyloid (Aβ) generation and development of AD is not yet known. In this study, we investigated the protective effects of Acorus gramineus Soland. (AGS) on oxygen-glucose deprivation/reoxygenation (OGD/R)-induced A β production in SH-SY5Y human neuroblastoma cells. Pretreatment of these cells with AGS significantly attenuated OGD/R-induced production of reactive oxygen species (ROS) and elevation of levels of malondialdehyde, nitrite (NO), prostaglandin E2 (PGE2), cytokines (TNF-α, IL-1β and IL-6) and glutathione, as well as superoxide dismutase activity. AGS also reduced OGD/R-induced expression of the apoptotic protein caspase-3, the apoptosis regulator Bcl-2, and the autophagy protein becn-1. Finally, AGS reduced OGD/R-induced Aβ production and cleavage of amyloid precursor protein, by inhibiting secretase activity and suppressing the autophagic pathway. Although supporting data from in vivo studies are required, our results indicate that AGS may prevent neuronal cell damage from OGD/R-induced toxicity.
Bhuiyan, Mohammad Iqbal Hossain;Kim, Hyun-Bok;Kim, Seong-Yun;Cho, Kyung-Ok
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제15권6호
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pp.353-361
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2011
In this study, cyanidin-3-glucoside (C3G) fraction extracted from the mulberry fruit (Morus alba L.) was investigated for its neuroprotective effects against oxygen-glucose deprivation (OGD) and glutamate-induced cell death in rat primary cortical neurons. Cell membrane damage and mitochondrial function were assessed by LDH release and MTT reduction assays, respectively. A time-course study of OGD-induced cell death of primary cortical neurons at 7 days in vitro (DIV) indicated that neuronal death was OGD duration-dependent. It was also demonstrated that OGD for 3.5 h resulted in approximately 50% cell death, as determined by the LDH release assay. Treatments with mulberry C3G fraction prevented membrane damage and preserved the mitochondrial function of the primary cortical neurons exposed to OGD for 3.5 h in a concentration-dependent manner. Glutamate-induced cell death was more pronounced in DIV-9 and DIV-11 cells than that in DIV-7 neurons, and an application of $50{\mu}M$ glutamate was shown to induce approximately 40% cell death in DIV-9 neurons. Interestingly, treatment with mulberry C3G fraction did not provide a protective effect against glutamate-induced cell death in primary cortical neurons. On the other hand, treatment with mulberry C3G fraction maintained the mitochondrial membrane potential (MMP) in primary cortical neurons exposed to OGD as assessed by the intensity of rhodamine-123 fluorescence. These results therefore suggest that the neuroprotective effects of mulberry C3G fraction are mediated by the maintenance of the MMP and mitochondrial function but not by attenuating glutamate-induced excitotoxicity in rat primary cortical neurons.
Kim, Yong-Kwan;Yoon, Hye-Hyeon;Lee, Young-Dae;Youn, Dong-Ye;Ha, Tae-Joung;Kim, Ho-Shik;Lee, Jeong-Hwa
Biomolecules & Therapeutics
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제20권1호
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pp.68-74
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2012
Anthocyanins have received growing attention as dietary antioxidants for the prevention of oxidative damage. Astrocytes, which are specialized glial cells, exert numerous essential, complex functions in both healthy and diseased central nervous system (CNS) through a process known as reactive astrogilosis. Therefore, the maintenance of glial cell viability may be important because of its role as a key modulator of neuropathological events. The aim of this study was to investigate the effect of anthocyanin on the survival of glial cells exposed to oxidative stress. Our results demonstrated that anthocyanin extracts from black soybean increased survival of U87 glioma cells in a dose dependent manner upon oxygen-glucose deprivation (OGD), accompanied by decrease levels of reactive oxygen species (ROS). While treatment cells with anthocyanin extracts or OGD stress individually activated autophagy induction, the effect was signifi cantly augmented by pretreatment cells with anthocyanin extracts prior to OGD. The contribution of autophagy induction to the protective effects of anthocyanin was verifi ed by the observation that silencing the Atg5 expression, an essential regulator of autophagy induction, reversed the cytoprotective effect of anthocyanin extracts against OGD stress. Treatment of U87 cells with rapamycin, an autophagy inducer, increased cell survival upon OGD stress comparable to anthocyanin, indicating that autophagy functions as a survival mechanism against oxidative stress-induced cytotoxicity in glial cells. Our results, therefore, provide a rationale for the use of anthocyanin as a preventive agent for brain dysfunction caused by oxidative damage, such as a stroke.
In several experimental models, estrogens protect neurons against ischemic insults. However, the recent clinical studies of hormone replacement showed negative results to prevent stroke. Therefore, optimal models to study estrogen replacement for neuroprotection are needed before its clinical ap-plication. Organotypic hippocampal slice under oxygen-glucose deprivation (OGD) has been established as a model of cerebral ischemia and has advantages to study drug effects. We investigated whether estrogen protected CAI neurons and affected activation of Akt (pAkt) in CAI region under OGD. Thus, rat hippocampal slices on day 7 of culture were treated with $17-{\beta}$ estradiol (E, 1 nM) for 7 days before 30 min OGD, and cell death of CAI neurons was quantified by propidium iodide (PI) staining and expression of pAkt was studied by Western blot and immunofluorescence. PI intensity in slices treated with E was significantly reduced 72 hour after OGD compared to that of non-treated slices (p < 0.05). E pretreatment also increased the expression of pAkt 72 hour after OGD compared to that of no treatment (p<0.01). These data suggest that estrogen pretreatment may rescue neurons from ischemic insults through the activation of Akt and also indicate that our model would be a useful alternative method to study the mechanisms and effects of estrogen replacement treatment for neuroprotection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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