ฤทธิ์ของสารสกัด decanoic acid จากปลิงทะเลดำในการป้องกันเซลล์ประสาทและต้านโรคพาร์กินสันในสัตว์ทดลอง C. elegans

Highlight

สารสกัด decanoic acid จากปลิงทะเลดำ สามารถลดความเสียหายของเซลล์ประสาท ลดอนุมูลอิสระ ฟื้นฟูการทำงานของเซลล์ประสาท อีกทั้งยังสามารถลดการเกาะกลุ่มของโปรตีนอัลฟ่าไซนิวคลิอิน โดยการกระตุ้นผ่านทาง DAF-16 transcription factor เพื่อกระตุ้นการแสดงออกของยีนต้านอนุมูลอิสระ (sod-3) และยีน heat shock proteins (hsp16.1, hsp16.2 และ hsp12.6)

ที่มาและความสำคัญ

ปลิงทะเลได้นำมาใช้เป็นอาหารและทางการแพทย์ของประเทศแถบเอเชียอย่างยาวนาน การศึกษาวิจัยล่าสุดแสดงให้เห็นว่าสารสกัดจาก ethyl acetate fraction จากปลิงทะเลดำสามารถต้านโรคพาร์กินสันในสัตว์ทดลองได้ การศึกษาวิจัยนี้จึงได้สกัดสารบริสุทธิ์จากปลิงทะเลดำและทดสอบการออกฤทธิ์ในการป้องกันเซลล์ประสาทและต้านโรคพาร์กินสันโดยใช้ C. elegans เป็นสัตว์ทดลองต้นแบบ

Abstract

Sea cucumbers are marine organism that have long been used for food and traditional medicine in Asian countries. Recently, we have shown that ethyl acetate fraction (HLEA) of the crude extract of the black sea cucumber, Holothuria leucospilota, could alleviate Parkinsonism in Caenorhabditis elegans PD models. In this study, we found that the effective neuroprotective activity is attributed to HLEA-P1 compound chemically isolated and identified in H. leucospilota ethyl acetate. We reported here that HLEA-P1 could attenuate DAergic neurodegeneration, improve DAergic-dependent behaviors, reduce oxidative stress in 6-OHDA-induced C. elegans. In addition, HLEA-P1 reduced α-synuclein aggregation, improved behavior deficit and recovered lipid deposition in transgenic C. elegans overexpressing α-synuclein. We also found that HLEA-P1 activates nuclear localization of DAF-16 transcription factor of insulin/IGF-1 signaling (IIS) pathway. Treatment with 25 μg/ml of HLEA-P1 upregulated transcriptional activity of DAF-16 target genes including anti-oxidant genes (such as sod-3) and small heat shock proteins (such as hsp16.1, hsp16.2, and hsp12.6) in 6-OHDA-induced worms. In α-synuclein-overexpressed C. elegans strain, treatment with 5 μg/ml of HLEA-P1 significantly activated mRNA expression of sod-3 and hsp16.2. Chemical analysis demonstrated that HLEA-P1 compound is decanoic acid/capric acid. Taken together, our findings revealed that decanoic acid isolated from H. leucospilota exerts anti-Parkinson effect in C. elegans PD models by partly modulating IIS/DAF-16 pathway.

KEYWORDS: Parkinson’s disease, dopaminergic neurons, α-synuclein, Holothuria leucospilota, C. elegans, decanoic acid

Citation: Sanguanphun T, Sornkaew N, Malaiwong N, Chalorak P, Jattujan P, Niamnont N, Sobhon P and Meemon K (2022) Neuroprotective effects of a medium chain fatty acid, decanoic acid, isolated from H. leucospilota against Parkinsonism in C. elegans PD model. Front. Pharmacol. 13:1004568. doi: 10.3389/fphar.2022.1004568

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.ไกร มีมล
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.ไกร มีมล
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Tanatcha Sanguanphun
แหล่งทุนวิจัย: Specific League Funds from Mahidol University to KM and Ph.D. scholarship from Science Achievement Scholarship of Thailand (SAST) to TS.
Credit ภาพ: รองศาสตราจารย์ ดร.ไกร มีมล

ฤทธิ์ของ Cyclic Ether 2-Butoxytetrahydrofuran จากปลิงทะเลขาวในการลดความเป็นพิษของอะไมลอยด์สะสมในสัตว์ทดลอง Caenorhabditis elegans และปฏิกิริยาทางเคมีที่เกี่ยวข้อง

Highlight:
สารสกัด 2-butoxytetrahydrofuran (2-BTHF) จากปลิงทะเลขาว สามารถลดการเกาะกลุ่มเป็น oligomer ของโปรตีนอะไมลอยด์-เบต้าซึ่งเป็นสาเหตุของโรคความจำเสื่อมอัลไซเมอร์ และป้องกันเซลล์ประสาทจากการถูกทำลายได้ โดยสารสกัด 2-BTHF ออกฤทธิ์โดยการทำปฏิกิริยาเคมีกับโปรตีน heat shock factor 1 (HSF-1) เพื่อกระตุ้นการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับกลไก autophagy ในการสลายโปรตีนอะไมลอยด์เบต้า

ที่มาและความสำคัญ
การสะสมและเกาะกลุ่มกันของโปรตีนอะไมลอยด์-เบต้า เป็นพยาธิสภาพอย่างหนึ่งซึ่งเป็นสาเหตุของโรคความจำเสื่อมอัลไซเมอร์ ในการศึกษาวิจัยนี้จึงได้ทำการสกัดแยกสาร 2-butoxytetrahydrofuran (2-BTHF) จากปลิงทะเลขาวและนำมาทดสอบศักยภาพในการต้านโรคอัลไซเมอร์โดยศึกษาการเกาะกลุ่มของโปรตีนอะไมลอยด์เบต้าในสัตว์ทดลองต้นแบบ Caenorhabditis elegans ผลการทดลองพบว่าสารสกัด 2-BTHF สามารถลดการอ่อนแรงของกล้ามเนื้อซึ่งเกิดจากพิษที่มีการสะสมของโปรตีนอะไมลอยด์เบต้าได้ และมีความสามารถในการป้องกันเซลล์ประสาทจากการถูกทำลายได้ ผลจากการย้อมโปรตีนพบว่าสารสกัด 2-BTHF ไม่มีผลต่อระดับของโปรตีนอะไมลอยด์เบต้าโมเลกุลเดี่ยว แต่จะมีผลลดการสะสมของโปรตีนที่รวมกลุ่มกันเป็น oligomer ซึ่งมีพิษต่อเซลล์ได้ นอกจากนี้สารสกัด 2-BTHF ยังมีผลลดระดับอนุมูลอิสระซึ่งเกิดจากการสะสมเกาะกลุ่มของโปรตีนอะไมลอยด์เบต้า ผลการวิจัยเชิงลึกพบว่าสารสกัด 2-BTHF ออกฤทธิ์โดยการทำปฏิกิริยาเคมีกับโปรตีน heat shock factor 1 (HSF-1) ที่ตำแหน่ง histidine 63 และ glutamine 72 เพื่อกระตุ้นการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับกลไก autophagy ในการสลายโปรตีนอะไมลอยด์เบต้าที่เกาะกลุ่มกันและลดความเป็นพิษดังกล่าวได้ ดังนั้น ผลการวิจัยนี้จึงชี้ให้เห็นถึงศักยภาพของสารสกัด 2-BTHF ในการสลายโปรตีนอะไมลอยด์เบต้าที่เกาะกลุ่มกันเพื่อลดความเป็นพิษของโปรตีนอะไมลอยด์เบต้าผ่านทางโปรตีน heat shock factor 1 (HSF-1) และกลไก autophagy ซึ่งจะนำไปสู่แนวทางการรักษาโรคความจำเสื่อมอัลไซเมอร์ต่อไป

Abstract
The pathological finding of amyloid-β (Aβ) aggregates is thought to be a leading cause of untreated Alzheimer’s disease (AD). In this study, we isolated 2-butoxytetrahydrofuran (2-BTHF), a small cyclic ether, from Holothuria scabra and demonstrated its therapeutic potential against AD through the attenuation of Aβ aggregation in a transgenic Caenorhabditis elegans model. Our results revealed that amongst the five H. scabra isolated compounds, 2-BTHF was shown to be the most effective in suppressing worm paralysis caused by Aβ toxicity and in expressing strong neuroprotection in CL4176 and CL2355 strains, respectively. An immunoblot analysis showed that CL4176 and CL2006 treated with 2-BTHF showed no effect on the level of Aβ monomers but significantly reduced the toxic oligomeric form and the amount of 1,4-bis(3-carboxy-hydroxy-phenylethenyl)-benzene (X-34)-positive fibril deposits. This concurrently occurred with a reduction of reactive oxygen species (ROS) in the treated CL4176 worms. Mechanistically, heat shock factor 1 (HSF-1) (at residues histidine 63 (HIS63) and glutamine 72 (GLN72)) was shown to be 2-BTHF’s potential target that might contribute to an increased expression of autophagy-related genes required for the breakdown of the Aβ aggregate, thus attenuating its toxicity. In conclusion, 2-BTHF from H. scabra could protect C. elegans from Aβ toxicity by suppressing its aggregation via an HSF-1-regulated autophagic pathway and has been implicated as a potential drug for AD.

KEYWORDS: Alzheimer’s disease, amyloid-β, 2-butoxytetrahydrofuran, C. elegans, H. scabra, sea cucumber

Citation: Tangrodchanapong, T.; Sornkaew, N.; Yurasakpong, L.; Niamnont, N.; Nantasenamat, C.; Sobhon, P.; Meemon, K. Beneficial Effects of Cyclic Ether 2-Butoxytetrahydrofuran from Sea Cucumber Holothuria scabra against Aβ Aggregate Toxicity in Transgenic Caenorhabditis elegans and Potential Chemical Interaction. Molecules2021, 26, 2195. https://doi.org/10.3390/molecules26082195

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

14. LIFE BELOW WATER

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.ไกร มีมล
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.ไกร มีมล
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Taweesak Tangrodchanapong
แหล่งทุนวิจัย: Royal Golden Jubilee (RGJ) Ph.D. scholarship and Mahidol University (Basic Research Fund: fiscal year 2021))