알츠하이머성 치매 (Alzheimer’s disease, AD)는 점증적인 기억력 손실로 인한 인지기능 및 행동 장애를 가지는 대표적인 신경퇴행성질환으로, 베타-아밀로이드 단백질 (β-amyloid ...
알츠하이머성 치매 (Alzheimer’s disease, AD)는 점증적인 기억력 손실로 인한 인지기능 및 행동 장애를 가지는 대표적인 신경퇴행성질환으로, 베타-아밀로이드 단백질 (β-amyloidprotein, Aβ)이 뇌에 침적되어 생성되는 노인반 (senile plaque)과 과인산화 타우단백질의 침적으로 인한 신경섬유 덩어리 (neurofibrillary tangle, NFT)의 형성이 대표적인 특징이다. 특히, Aβ는 노인반의 주된 구성 물질로 인정되면서 AD 발병에 있어 가장 유력한 원인으로 지목되고 있다. Aβ는 amyloid precursor protein (APP) 라는 뇌 세포막을 관통하고 있는 형태의 전구단백질로부터 α, β, γ-secretase의 작용을 받아 분해된다. 정상인의 경우, APP의 N-말단이 α- 및 γ-secretase에 의해 순차적으로 절단되어 신경독성이 없는 peptide를 세포 밖으로 유리시키는 반면, AD 환자는 β- 및 γ-secretase가 작용하여 Aβ1-40/42를 생성하게 된다. AD 치료를 위해 Aβ 형성에 관여하는 효소인 β-, γ-secretase가 주 target으로 부각되었으나 γ-secretase는 Notch pathway의 부작용 뿐 만 아니라 이 효소의 저해로 인해 생성되는 C99 단편에 의한 세포독성이 관측되었다. 반면 β-Secretase의 경우 in vivo 실험 결과, BACE1 knock out mice에서 Aβ가 생성되지 않았으며 부작용 없이 β-amyloid 및 C99 단편 생성의 억제를 관찰하였다. Aβ는 활성산소 (reactive oxygen species, ROS)를 생성하여 세포막 지방질, 단백질, DNA 및 당류의 산화 등을 통해 뇌세포 손상을 일으킬 뿐 아니라 APP의 과발현 및 β-secretase의 활성화를 통해 APP로부터 더 많은 Aβ를 생성하고 또 다시 산화적 스트레스를 야기하는 악순환을 반복한다. 특히 세포 분화, 증식 및 염증반응에서 중요한 역할을 하는 전사인자 nuclear factor κB (NF-κB)를 자극하여 NF-κB signaling pathway를 촉진시킨다. 평상시 NF-κB는 inhibitor of κB (IκB-α) 결합한 비활성형태로 세포질에 존재하지만 Aβ 유도 독성에 의해 IκB-α로부터 분리된 후 Aβ에 의해 활성화된 mitogen-activated protein kinase (MAPKs; p38, ERK1/2, JNK)에 의해 활성형이 되어 핵 속으로 들어가게 된다. 이 때, NF-κB는 cyclooxygenase-2 (COX-2)와 inducible nitric oxide (iNOS) 의 유전자를 발현시킴으로 TNF-α, NO, PGE2와 같은 염증 반응물질들을 생성한다. 이렇게 생성된 물질들은 다시 NF-κB를 자극하여 계속적인 염증반응을 일으킴으로써 세포사멸을 유도하여 결국엔 AD를 유발한다. 또한 Aβ는 세포 내 oxidative stress를 가중시켜 caspase family를 활성화시키고 apoptosis로 인한 세포사멸을 유도하여 AD가 발병한다. 이와 같은 배경에 따라 본 연구에서는 이질풀로부터, Aβ 형성에 처음으로 관여하는 효소인 β-secretase를 저해할 수 있는 활성물질의 탐색하여 Aβ로 유도한 신경세포 독성 및 산화적 스트레스를 저해 효과를 살펴보았다. 또한 Aβ로 인해 2차적으로 발생한 염증반응 및 세포사멸의 억제 효과를 살펴봄으로써 천연물로부터 항알츠하이머성 치매 선도물질을 다각적으로 탐색하였다. 이러한 효과를 확인하기 위해 Aβ유도 독성에 대한 PC12 세포의 생존력, ROS 형성저해 및 세포사멸 억제 효과를 관찰하였다. Aβ 처리 시 PC12 세포의 생존율이 감소하고 세포내 ROS와 apoptosis 생성 및 caspase-3 활성이 증가하였다. 또한 cell cycle에도 영향을 미쳐 세포 사멸에 이르게 되는 결과를 나타내었다. 반면 제라닌 또는 코릴라진을 처리할 경우 세포생존율이 증가하였고 세포내 ROS와 apoptosis 생성이 감소하였다. 게다가 caspase-3 활성을 억제시켰으며 cell cycle 또한 대조군과 유사하게 회복되는 것을 관찰할 수 있었다. 제라닌과 코릴라진의 염증 반응 억제효과를 관찰한 결과, NF-κB (p65)와 IκB-α의 인산화 억제로 iNOS, COX-2, TNF-α, NO 및 PGE2 발현이 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 그 upstream kinase인 MAPK의 경우, 제라닌은 JNK > ERK1/2 > p38 순이며 코릴라진은 ERK > p38, JNK 순으로 인산화를 억제시켰다.
알츠하이머성 치매 (Alzheimer’s disease, AD)는 점증적인 기억력 손실로 인한 인지기능 및 행동 장애를 가지는 대표적인 신경퇴행성질환으로, 베타-아밀로이드 단백질 (β-amyloid protein, Aβ)이 뇌에 침적되어 생성되는 노인반 (senile plaque)과 과인산화 타우단백질의 침적으로 인한 신경섬유 덩어리 (neurofibrillary tangle, NFT)의 형성이 대표적인 특징이다. 특히, Aβ는 노인반의 주된 구성 물질로 인정되면서 AD 발병에 있어 가장 유력한 원인으로 지목되고 있다. Aβ는 amyloid precursor protein (APP) 라는 뇌 세포막을 관통하고 있는 형태의 전구단백질로부터 α, β, γ-secretase의 작용을 받아 분해된다. 정상인의 경우, APP의 N-말단이 α- 및 γ-secretase에 의해 순차적으로 절단되어 신경독성이 없는 peptide를 세포 밖으로 유리시키는 반면, AD 환자는 β- 및 γ-secretase가 작용하여 Aβ1-40/42를 생성하게 된다. AD 치료를 위해 Aβ 형성에 관여하는 효소인 β-, γ-secretase가 주 target으로 부각되었으나 γ-secretase는 Notch pathway의 부작용 뿐 만 아니라 이 효소의 저해로 인해 생성되는 C99 단편에 의한 세포독성이 관측되었다. 반면 β-Secretase의 경우 in vivo 실험 결과, BACE1 knock out mice에서 Aβ가 생성되지 않았으며 부작용 없이 β-amyloid 및 C99 단편 생성의 억제를 관찰하였다. Aβ는 활성산소 (reactive oxygen species, ROS)를 생성하여 세포막 지방질, 단백질, DNA 및 당류의 산화 등을 통해 뇌세포 손상을 일으킬 뿐 아니라 APP의 과발현 및 β-secretase의 활성화를 통해 APP로부터 더 많은 Aβ를 생성하고 또 다시 산화적 스트레스를 야기하는 악순환을 반복한다. 특히 세포 분화, 증식 및 염증반응에서 중요한 역할을 하는 전사인자 nuclear factor κB (NF-κB)를 자극하여 NF-κB signaling pathway를 촉진시킨다. 평상시 NF-κB는 inhibitor of κB (IκB-α) 결합한 비활성형태로 세포질에 존재하지만 Aβ 유도 독성에 의해 IκB-α로부터 분리된 후 Aβ에 의해 활성화된 mitogen-activated protein kinase (MAPKs; p38, ERK1/2, JNK)에 의해 활성형이 되어 핵 속으로 들어가게 된다. 이 때, NF-κB는 cyclooxygenase-2 (COX-2)와 inducible nitric oxide (iNOS) 의 유전자를 발현시킴으로 TNF-α, NO, PGE2와 같은 염증 반응물질들을 생성한다. 이렇게 생성된 물질들은 다시 NF-κB를 자극하여 계속적인 염증반응을 일으킴으로써 세포사멸을 유도하여 결국엔 AD를 유발한다. 또한 Aβ는 세포 내 oxidative stress를 가중시켜 caspase family를 활성화시키고 apoptosis로 인한 세포사멸을 유도하여 AD가 발병한다. 이와 같은 배경에 따라 본 연구에서는 이질풀로부터, Aβ 형성에 처음으로 관여하는 효소인 β-secretase를 저해할 수 있는 활성물질의 탐색하여 Aβ로 유도한 신경세포 독성 및 산화적 스트레스를 저해 효과를 살펴보았다. 또한 Aβ로 인해 2차적으로 발생한 염증반응 및 세포사멸의 억제 효과를 살펴봄으로써 천연물로부터 항알츠하이머성 치매 선도물질을 다각적으로 탐색하였다. 이러한 효과를 확인하기 위해 Aβ유도 독성에 대한 PC12 세포의 생존력, ROS 형성저해 및 세포사멸 억제 효과를 관찰하였다. Aβ 처리 시 PC12 세포의 생존율이 감소하고 세포내 ROS와 apoptosis 생성 및 caspase-3 활성이 증가하였다. 또한 cell cycle에도 영향을 미쳐 세포 사멸에 이르게 되는 결과를 나타내었다. 반면 제라닌 또는 코릴라진을 처리할 경우 세포생존율이 증가하였고 세포내 ROS와 apoptosis 생성이 감소하였다. 게다가 caspase-3 활성을 억제시켰으며 cell cycle 또한 대조군과 유사하게 회복되는 것을 관찰할 수 있었다. 제라닌과 코릴라진의 염증 반응 억제효과를 관찰한 결과, NF-κB (p65)와 IκB-α의 인산화 억제로 iNOS, COX-2, TNF-α, NO 및 PGE2 발현이 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 그 upstream kinase인 MAPK의 경우, 제라닌은 JNK > ERK1/2 > p38 순이며 코릴라진은 ERK > p38, JNK 순으로 인산화를 억제시켰다.
Amyloid β peptide25-35 (Aβ25-35), a major component of senile plaques in Alzheimer’s disease (AD), is known to induce the redox imbalance, mitochondrial dysfunction, caspase activation and NF-κB signaling pathway, resulting in neuronal cell death. In this study, the multifunctional potential of gera...
Amyloid β peptide25-35 (Aβ25-35), a major component of senile plaques in Alzheimer’s disease (AD), is known to induce the redox imbalance, mitochondrial dysfunction, caspase activation and NF-κB signaling pathway, resulting in neuronal cell death. In this study, the multifunctional potential of geraniin and corilagin isolated from Geranium thunbergii (G. thunbergii) for the AD, β-site APP cleaving enzyme 1 (BACE1) inhibitory activities, as well as anti-inflammatory and antioxidant activities was investigated. Geraniin and corilagin exerted strong BACE1-specific inhibition with the half maximal inhibitory concentration (IC50) value of 7.5×10-7 M and 3.4×10-5 M. In addition, we examined the calculated docking poses of geraniin and corilagin to human BACE1 and revealed the interaction of geraniin with the allosteric site of the enzyme bound. The cultured PC 12 cells were pretreated with different doses (0.1, 1, and 10 μM) of geraniin and corilagin for 1 h, followed by the incubation with 50 μM Aβ25-35 for 24 h. Aβ25-35-induced cell death was predominantly prevented by the geraniin and corilagin through diminishing of cellular oxidative stress and attenuating apoptosis by inhibiting caspase-3 activity. NF-κB is activated and subsequently facilitates the transcription of numerous genes involved in inflammation, such as iNOS and COX-2, which plays an important role in the pathophysiology of AD. The effects of geraniin and corilagin on the activation of TNF-α, NF-κB, IκBα, MAPKs (p38, ERK1/2 and JNK) as well as on the downstream mediators of inflammation, such as iNOS and COX-2, were investigated. Our data indicate that geraniin and corilagin predominantly inhibited the expression of pro-inflammatory mediators such as iNOS and COX-2 protein expressions and cytokines including NO, PGE2 and TNF-α. Moreover, geraniin and corilagin prevented nuclear translocation of the NF-κB subunit by reducing inhibitory IκB-α and NF-κB phosphorylation. However, geraniin strongly suppressed JNK and ERK phosphorylation, but corialgin reduced ERK phosphorylation. In contrast, Taken together, geraniin and corialgin isolated from G. thunbergii possess the possible beneficial effects in AD by inhibiting of BACE1 and protecting Aβ-induced toxicity and therefore, may be a potent promising candidate for AD treatment.
Amyloid β peptide25-35 (Aβ25-35), a major component of senile plaques in Alzheimer’s disease (AD), is known to induce the redox imbalance, mitochondrial dysfunction, caspase activation and NF-κB signaling pathway, resulting in neuronal cell death. In this study, the multifunctional potential of geraniin and corilagin isolated from Geranium thunbergii (G. thunbergii) for the AD, β-site APP cleaving enzyme 1 (BACE1) inhibitory activities, as well as anti-inflammatory and antioxidant activities was investigated. Geraniin and corilagin exerted strong BACE1-specific inhibition with the half maximal inhibitory concentration (IC50) value of 7.5×10-7 M and 3.4×10-5 M. In addition, we examined the calculated docking poses of geraniin and corilagin to human BACE1 and revealed the interaction of geraniin with the allosteric site of the enzyme bound. The cultured PC 12 cells were pretreated with different doses (0.1, 1, and 10 μM) of geraniin and corilagin for 1 h, followed by the incubation with 50 μM Aβ25-35 for 24 h. Aβ25-35-induced cell death was predominantly prevented by the geraniin and corilagin through diminishing of cellular oxidative stress and attenuating apoptosis by inhibiting caspase-3 activity. NF-κB is activated and subsequently facilitates the transcription of numerous genes involved in inflammation, such as iNOS and COX-2, which plays an important role in the pathophysiology of AD. The effects of geraniin and corilagin on the activation of TNF-α, NF-κB, IκBα, MAPKs (p38, ERK1/2 and JNK) as well as on the downstream mediators of inflammation, such as iNOS and COX-2, were investigated. Our data indicate that geraniin and corilagin predominantly inhibited the expression of pro-inflammatory mediators such as iNOS and COX-2 protein expressions and cytokines including NO, PGE2 and TNF-α. Moreover, geraniin and corilagin prevented nuclear translocation of the NF-κB subunit by reducing inhibitory IκB-α and NF-κB phosphorylation. However, geraniin strongly suppressed JNK and ERK phosphorylation, but corialgin reduced ERK phosphorylation. In contrast, Taken together, geraniin and corialgin isolated from G. thunbergii possess the possible beneficial effects in AD by inhibiting of BACE1 and protecting Aβ-induced toxicity and therefore, may be a potent promising candidate for AD treatment.
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