Neuronal ischemia is a pathological process caused by a lack of oxygen (anoxia) and glucose (hypoglycemia), resulting in neuronal death. It is believed that apoptosis is one of the mechanisms involved in ischemic cell death. Neuronal apoptosis is a process characterized by nuclear DNA fragmentation, changes of plasma membrane organization. To elucidate the mechanism of neuronal death following ischemic insult and to develop neuroprotective effects of Daebowonjeon(DBWJ) against ischemic damage, in vitro models are used. In vitro models of cell death have been devloped with pheochromocytoma (PC12) cell, which have become widely used as neuronal models of oxidative stress, trophic factor, serum deprivation and chemical hypoxia. Using a special ischemic device and PC12 cultures, we investigated an in vitro model of ischemia based on combined Oxygen and Glucose Deprivation (OGD) insult, followed by reoxygenation, mimicking the pathological conditions of ischemia. In this study, Daebowonjeon rescued PC12 cells from Oxygen-Glucose Deprivation (OGD)-induced cell death in a dose-dependent manner The nuclear staining of PC12 cells clearly showed that DBWJ attenuated nuclear condensation and fragmentation which represent typical neuronal apoptotic characteristics. DBWJ also prevents the LDH release and induction of Hypoxia Inducing Factor (HIF)-1 by OGD-exposed PC12 cells. Furthermore, DBWJ reduced the activation of polyADP-ribose polymerase (PARP) by OGO-exposed PC12 cells. These results suggest that apoptosis is an important characteristic of OGD-induced neuronal death and that oriental medicine, such as DBWJ, may prevent PC12 cell from OG D-induced neuronal death by inhibiting the apoptotic process.
Kim, Mi-Sook;Kim, Wonwoo;Park, In Hwan;Kim, Hee Jong;Lee, Eunjin;Jung, Jae-Hoon;Cho, Lawrence Chinsoo;Song, Chang W.
Radiation Oncology Journal
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제33권4호
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pp.265-275
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2015
Despite the increasing use of stereotactic body radiation therapy (SBRT) and stereotactic radiation surgery (SRS) in recent years, the biological base of these high-dose hypo-fractionated radiotherapy modalities has been elusive. Given that most human tumors contain radioresistant hypoxic tumor cells, the radiobiological principles for the conventional multiple-fractionated radiotherapy cannot account for the high efficacy of SBRT and SRS. Recent emerging evidence strongly indicates that SBRT and SRS not only directly kill tumor cells, but also destroy the tumor vascular beds, thereby deteriorating intratumor microenvironment leading to indirect tumor cell death. Furthermore, indications are that the massive release of tumor antigens from the tumor cells directly and indirectly killed by SBRT and SRS stimulate anti-tumor immunity, thereby suppressing recurrence and metastatic tumor growth. The reoxygenation, repair, repopulation, and redistribution, which are important components in the response of tumors to conventional fractionated radiotherapy, play relatively little role in SBRT and SRS. The linear-quadratic model, which accounts for only direct cell death has been suggested to overestimate the cell death by high dose per fraction irradiation. However, the model may in some clinical cases incidentally do not overestimate total cell death because high-dose irradiation causes additional cell death through indirect mechanisms. For the improvement of the efficacy of SBRT and SRS, further investigation is warranted to gain detailed insights into the mechanisms underlying the SBRT and SRS.
We elucidated the effects of various components of ischemic medium on the outcome of simulated ischemia-reperfusion injury. Hypoxia for up to 12 hours induced neither apoptotic bodies nor LDH release. However, reoxygenation after 6 or 12 hours of hypoxia resulted in a marked LDH release along with morphological changes compatible with oncotic cell death. H9c2 cells were then subjected to 6 hours of simulated ischemia by exposing them to modified hypoxic glucose-free Krebs-Henseleit buffer. Lowered pH (pH 6.4) of simulated-ischemic buffer resulted in the generation of apoptotic bodies during ischemia, with no concomitant LDH release. The degree of reperfusion-induced LDH release was not affected by the pH of ischemic buffer. Removal of sodium bicarbonate from the simulated ischemic buffer markedly increased cellular damages during both the simulated ischemia and reperfusion. Addition of lactate to the simulated ischemic buffer increased apoptotic cell death during the simulated ischemia. Most importantly, concomitant acidosis and high lactate concentration in ischemic buffer augmented the reperfusion-induced oncotic cell death. These results confirmed the influences of acidosis, bicarbonate deprivation and lactate on the progression and outcome of the simulated ischemia-reperfusion, and also demonstrated that concomitant acidosis and high lactate concentration in simulated ischemic buffer contribute to the development of reperfusion injury.
Zhai, Changlin;Qian, Qang;Tang, Guanmin;Han, Bingjiang;Hu, Huilin;Yin, Dong;Pan, Haihua;Zhang, Song
Molecules and Cells
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제40권12호
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pp.916-924
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2017
MicroRNAs are widely involved in the pathogenesis of cardiovascular diseases through regulating gene expression via translational inhibition or degradation of their target mRNAs. Recent studies have indicated a critical role of microRNA-206 in myocardial ischaemia-reperfusion (I/R) injury. However, the function of miR-206 in myocardial I/R injury is currently unclear. The present study was aimed to identify the specific role of miR-206 in myocardial I/R injury and explore the underlying molecular mechanism. Our results revealed that the expression level of miR-206 was significantly decreased both in rat I/R group and H9c2 cells subjected to hypoxia/reoxygenation (H/R) compared with the corresponding control. Overexpression of miR-206 observably decreased infarct size and inhibited the cardiomyocyte apoptosis induced by I/R injury. Furthermore, bioinformatics analysis, luciferase activity and western blot assay proved that $Gadd45{\beta}$ (growth arrest DNA damage-inducible gene $45{\beta}$) was a direct target gene of miR-206. In addition, the expression of pro-apoptotic-related genes, such as p53, Bax and cleaved caspase3, was decreased in association with the down-regulation of $Gadd45{\beta}$. In summary, this study demonstrates that miR-206 could protect against myocardial I/R injury by targeting $Gadd45{\beta}$.
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.
뇌졸중 치료에 사용되는 tPA는 탁월한 혈전 용해 효과를 보이고 있어 혈액의 흐름을 용이하게 하는데 중요한 역할을 한다. 그러나 tPA 치료법은 매우 짧은 시간 내에 사용해야하는 단점과 출혈, 부종과 같은 여러 가지 부작용이 수반될 수 있기 때문에 매우 제한적이다. 이전의 실험 결과에 따르면 tPA의 이러한 양면적인 현상은 MMP의 활성 조절과 관련이 있는 것으로 보고되어 있으나 세포시스템을 활용한 이들의 직접적인 효과나 조절 기전에 대한 연구는 거의 알려져 있지 않다. 본 연구는 임상에서 사용되는 tPA의 부정적인 효과를 극복하기 위한 방안을 모색하고자 tPA와 MMP 활성과의 조절 기전을 살펴보았다. 랫트의 뇌로부터 추출한 신경세포에서 tPA의 처리는 MMP의 발현을 촉진시켰고 저산소상태에서 tPA에 의한 MMP활성 증가가 더욱 가속화되었으며 JNK 신호전달 경로를 통해 조절되는 것을 확인하였다.
Han, A Reum;Yang, Ji Woong;Na, Jung-Min;Choi, Soo Young;Cho, Sung-Woo
BMB Reports
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제52권7호
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pp.439-444
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2019
Although hypoxic/ischemic injury is thought to contribute to the incidence of Alzheimer's disease (AD), the molecular mechanism that determines the relationship between hypoxia-induced ${\beta}$-amyloid ($A{\beta}$) generation and development of AD is not yet known. We have now investigated the protective effects of N,4,5-trimethylthiazol-2-amine hydrochloride (KHG26702), a novel thiazole derivative, on oxygen-glucose deprivation (OGD)-reoxygenation (OGD-R)-induced $A{\beta}$ production in SH-SY5Y human neuroblastoma cells. Pretreatment of these cells with KHG26702 significantly attenuated OGD-R-induced production of reactive oxygen species and elevation of levels of malondialdehyde, prostaglandin $E_2$, interleukin 6 and glutathione, as well as superoxide dismutase activity. KHG26702 also reduced OGD-R-induced expression of the apoptotic protein caspase-3, the apoptosis regulator Bcl-2, and the autophagy protein becn-1. Finally, KHG26702 reduced OGD-R-induced $A{\beta}$ 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 KHG26702 may prevent neuronal cell damage from OGD-R-induced toxicity.
Liu, Kai-Hsi;Lin, Hung-Yin;Thomas, James L.;Shih, Yuan-Pin;Yang, Zhuan-Yi;Chen, Jen-Tsung;Lee, Mei-Hwa
Journal of Ginseng Research
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제46권5호
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pp.621-627
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2022
Background: Panax ginseng (ginseng) is a traditional medicine that is reported to have cardioprotective effects; ginsenosides are the major bioactive compounds in the ginseng root. Methods: Magnetic molecularly imprinted polymer (MMIP) nanoparticles might be useful for both the extraction of the targeted (imprinted) molecules, and for the delivery of those molecules to cells. In this work, plant growth regulators were used to enhance the adventitious rooting of ginseng root callus; imprinted polymeric particles were synthesized for the extraction of ginsenoside Rb1 from root extracts, and then employed for subsequent particle-mediated delivery to cardiomyocytes to mitigate hypoxia/reoxygenation injury. Results: These synthesized composite nanoparticles were first characterized by their specific surface area, adsorption capacity, and magnetization, and then used for the extraction of ginsenoside Rb1 from a crude extract of ginseng roots. The ginsenoside-loaded MMIPs were then shown to have protective effects on mitochondrial membrane potential and cellular viability for H9c2 cells treated with CoCl2 to mimic hypoxia injury. The protective effect of the ginsenosides was assessed by staining with JC-1 dye to monitor the mitochondrial membrane potential. Conclusion: MMIPs can play a dual role in both the extraction and cellular delivery of therapeutic ginsenosides.
Jing, Fu;Liang, Yu;Qian, Yu;Nengwei, Yu;Fei, Xu;Suping, Li
Journal of Ginseng Research
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제47권2호
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pp.274-282
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2023
Background: Ginsenoside compound K (CK) stimulated activation of the PI3K-Akt signaling is one of the major mechanisms in promoting cell survival after stroke. However, the underlying mediators remain poorly understood. This study aimed to explore the docking protein of ginsenoside CK mediating the neuroprotective effects. Materials and methods: Molecular docking, surface plasmon resonance, and cellular thermal shift assay were performed to explore ginsenoside CK interacting proteins. Neuroscreen-1 cells and middle cerebral artery occlusion (MCAO) model in rats were utilized as in-vitro and in-vivo models. Results: Ginsenoside CK interacted with recombinant human PTP1B protein and impaired its tyrosine phosphatase activity. Pathway and process enrichment analysis confirmed the involvement of PTP1B and its interacting proteins in PI3K-Akt signaling pathway. PTP1B overexpression reduced the tyrosine phosphorylation of insulin receptor substrate 1 (IRS1) after oxygen-glucose deprivation/reoxygenation (OGD/R) in neuroscreen-1 cells. These regulations were confirmed in the ipsilateral ischemic hemisphere of the rat brains after MCAO/R. Ginsenoside CK treatment reversed these alterations and attenuated neuronal apoptosis. Conclusion: Ginsenoside CK binds to PTP1B with a high affinity and inhibits PTP1B-mediated IRS1 tyrosine dephosphorylation. This novel mechanism helps explain the role of ginsenoside CK in activating the neuronal protective PI3K-Akt signaling pathway after ischemia-reperfusion injury.
Stachys sieboldii Miq. (chinese artichoke), which has been extensively used in oriental traditional medicine to treat of ischemic stroke; however, the role of Stachys sieboldii Miq. (SSM) in cerebral ischemia/reperfusion (I/R) injury is not yet fully understood. In the current study, the neuroblastoma cell line (SH-SY5Y) were subjected to oxygen-glucose deprivation/reperfusion (OGD/R) to simulate I/R injury in vitro model. The results showed that SSM improved OGD/R-induced inhibitory effect on cell viability of SH-SY5Y Cells. SSM displayed anti-oxidative activity as proved by the decreased levels of reactive oxygen species (ROS) and malondialdehyde (MDA), and increased activities of superoxide dismutase (SOD) and glutathione peroxidase (GPx) in OGD/R-induced SH-SY5Y Cells. In addition, cell apoptosis was markedly decreased after SSM treatment in OGD/R-induced SH-SY5Y Cells. The up-regulation of Bcl-2 and down-regulation of Bax, thus reducing the Bax/Bcl-2 ratio that in turn protected the activation of caspase-9 and -3, and inhibition of poly (ADP-ribose) polymerase cleavage, which was associated with the blocking of cytochrome c release to the cytoplasm. Collectively, SSM protected human neuroblastoma SH-SY5Y cells from OGD/R-induced injury via preventing mitochondrial-dependent pathway through scavenging excessive ROS, suggesting that SSM might be a potential agent for the ischemic stroke therapy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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