ฤทธิ์ของ diterpene glycosides จากปลิงทะเลขาวในการสลายโปรตีนแอลฟ่าซิลนิวคลีอินและป้องกันเซลล์ประสาทจากการถูกทำลายในสัตว์ทดลองต้นแบบ C. elegans

Highlight:
สารสกัด diterpene glycosides จากปลิงทะเลขาว สามารถลดการสะสมของโปรตีน α-synuclein และป้องกันเซลล์ประสาทสร้างโดปามีนจากการถูกทำลายด้วยโปรตีน α-synuclein ที่สะสมมากเกินไปในโรคพาร์กินสัน โดยมีกลไกการออกฤทธิ์ ผ่านทางยีน lc-3/lgg-1 และ atg-7/atg-7 ในกลไก autophagy

ที่มาและความสำคัญ

ปลิงทะเลขาวมีคุณค่าทางอาหารและมีประโยชน์ต่อสุขภาพมายาวนาน โดยผลงานวิจัยเมื่อเร็วๆ นี้พบว่าสารสกัดหยาบของปลิงทะเลขาวมีฤทธิ์ป้องกันเซลล์ประสาทในโรคพาร์กินสันได้ ดังนั้นการศึกษาวิจัยนี้จึงได้ทำการสกัดแยกสาร diterpene glycosides จากปลิงทะเลขาวและนำมาทดสอบศักยภาพในการลดการสะสมของโปรตีน a-synuclein และป้องกันเซลล์ประสาทจากการถูกทำลายด้วยโปรตีน a-synuclein ที่สะสมมากเกินไป ซึ่งเป็นสาเหตุหลักในการเกิดโรคพาร์กินสัน โดยใช้ C. elegans เป็นสัตว์ทดลองต้นแบบ ผลการศึกษาพบว่าสาร diterpene glycosides จากปลิงทะเลขาวสามารถลดการสะสมของโปรตีน a-synuclein เพิ่มอัตราการเคลื่อนไหวและอายุขัยของสัตว์ทดลองที่สูญเสียไปจากโปรตีน a-synuclein ที่สะสม นอกจากนี้สาร diterpene glycosides ยังสามารถป้องกันเซลล์ประสาทสร้างโดปามีนจากพิษที่เกิดจากโปรตีน a-synuclein ที่สะสมมากเกินไป และฟื้นฟูพฤติกรรมของสัตว์ทดลองจากระดับโดปามีนที่เพิ่มสูงขึ้นหลังจากได้รับสาร diterpene glycosides ผลการวิจัยเชิงลึกยังพบว่าสาร diterpene glycosides สามารถเพิ่มการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับกลไก autophagy เช่น beclin-1/bec-1, lc-3/lgg-1 และ atg-7/atg-7 ซึ่งเมื่อยืนยันด้วยการศึกษาโดย RNA interference พบว่าทั้ง lc-3/lgg-1 และ atg-7/atg-7 เกี่ยวข้องกับการสลายโปรตีน a-synuclein ที่สะสมและป้องกันเซลล์ประสาทสร้างโดปามีนจากการถูกทำลายด้วยโปรตีน a-synuclein ที่สะสมมากเกินไป

Abstract

Ethnopharmacological relevance

Holothuria (Metriatyla) scabra Jaeger (H. scabra), sea cucumber, is the marine organism that has been used as traditional food and medicine to gain the health benefits since ancient time. Although our recent studies have shown that crude extracts from H. scabra exhibited neuroprotective effects against Parkinson’s disease (PD), the underlying mechanisms and bioactive compounds are still unknown.

Aim of the study

In the present study, we examined the efficacy of purified compounds from H. scabra and their underlying mechanism on α-synuclein degradation and neuroprotection against α-synuclein-mediated neurodegeneration in a transgenic Caenorhabditis elegans PD model.

Material and methods

The H. scabra compounds (HSEA-P1 and P2) were purified and examined for their toxicity and optimal dose-range by food-clearance and lifespan assays. The α-synuclein degradation and neuroprotection against α-synuclein-mediated neurodegeneration were determined using transgenic C. elegans model, Punc-54::α-syn and Pdat-1:: α-syn; Pdat-1::GFP, respectively, and then further investigated by determining the behavioral assays including locomotion rate, basal slowing rate, ethanol avoidance, and area-restricted searching.

The underlying mechanisms related to autophagy were clarified by quantitative PCR and RNAi experiments.

Results

Our results showed that HSEA-P1 and HSEA-P2 significantly diminished α-synuclein accumulation, improved motility deficits, and recovered the shortened lifespan. Moreover, HSEA-P1 and HSEA-P2 significantly protected dopaminergic neurons from α-synuclein toxicity and alleviated dopamine-associated behavioral deficits, i.e., basal slowing, ethanol avoidance, and area-restricted searching. HSEA-P1 and HSEA-P2 also up-regulated autophagy-related genes, including beclin-1/bec-1, lc-3/lgg-1, and atg-7/atg-7. RNA interference (RNAi) of these genes in transgenic α-synuclein worms confirmed that lc-3/lgg-1 and atg-7/atg-7 were required for α-synuclein degradation and DAergic neuroprotection activities of HSEA-P1 and HSEA-P2. NMR and mass spectrometry analysis revealed that the HSEA-P1 and HSEA-P2 contained diterpene glycosides.

Conclusion

These findings indicate that diterpene glycosides extracted from H. scabra decreases α-synuclein accumulation and protects α-synuclein-mediated DAergic neuronal loss and its toxicities via lgg-1 and atg-7.

KEYWORDS: Parkinson’s disease, α-synuclein, Dopaminergic neuron, Caenorhabditis elegans, Holothuria scabra, Diterpene glycoside

Citation: Chalorak P, Sornkaew N, Manohong P, Niamnont N, Malaiwong N, Limboonreung T, Sobhon P, Aschner M, Meemon K*. Diterpene glycosides from Holothuria scabra exert the α-synuclein degradation and neuroprotection against α-synuclein-mediated neurodegeneration in C. elegans model. J Ethnopharmaco. 2021; 279:114347.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jep.2021.114347

RELATED SDGs:

SDG Goal หลัก ที่เกี่ยวข้อง

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

SDG Goal ที่เกี่ยวข้องอื่น ๆ

14. LIFE BELOW WATER

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.ไกร มีมล
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.ไกร มีมล
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Pawanrat Chalorak
แหล่งทุนวิจัย: Royal Golden Jubilee Ph.D. scholarship (PHD/0137/2559), Mahidol University (Basic Research Fund: fiscal year 2021 – BRF2-NDFR27/2564), National Institute of Environmental Health Sciences R01ES10563 and R01ES07331

ฤทธิ์ของ metformin ต่อการป้องกันการความเสื่อมของเซลล์ประสาทและการเกาะกลุ่มของโปรตีน α -synuclein ในโรคพาร์กินสัน

ที่มาและความสำคัญ
โรคพาร์กินสัน เป็นโรคความเสื่อมของระบบประสาทที่พบมากเป็นอันดับสองที่ทำให้เกิดความผิดปกติของการเคลื่อนไหวและกระบวนการคิดวิเคราะห์ต่างๆ ซึ่งส่งผลเสียต่อสุขภาพชีวิตในที่สุด จากการศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้ พบว่าสาร metformin ซึ่งเป็นยาที่ใช้ในการรักษาผู้ป่วยโรคเบาหวานมีฤทธิ์ในการป้องกันโรคความเสื่อมระบบประสาทได้ ดังนั้นการวิจัยครั้งนี้จึงศึกษาการทำงานและออกฤทธิ์ของสาร metformin ต่อโรคพาร์กินสันโดยใช้หนอน C. elegans สัตว์ทดลองต้นแบบ โดยผลการศึกษาพบว่าสาร metformin ที่ความเข้มข้น 10 มิลลิโมลาร์ สามารถลดความเสียหายของเซลล์ประสาทและฟื้นฟูการทำงานของเซลล์ประสาทโดยการเพิ่มการทำงานของยีนที่ใช้ในการสร้างสารสื่อประสาท dopamine ให้สูงขึ้นได้ รวมถึงยังสามารถยับยั้งการเกาะกลุ่มกันของโปรตีน α-synuclein ซึ่งเป็นสาเหตุของโรคได้ อย่างไรก็ตามการศึกษาพบว่าสาร metformin ไม่สามารถเพิ่มอายุขัยเฉลี่ยของสัตว์ทดลองให้สูงขึ้นได้ ซึ่งคงต้องอาศัยการศึกษาค้นคว้าในเชิงลึกต่อไป

Abstract
Parkinson’s disease (PD), the second most progressive neurodegenerative disease causing motor impairment and defective cognitive function, has been a burden to the quality of life for decades and remain incurable. Metformin, a biguanide anti-diabetic drugs for type 2 diabetes mellitus, recently exhibits a neuroprotective effect in many neurological disorders. Ultimately, the aim of the study was to elucidate the neuroprotective effects of metformin against PD in C. elegans models of 6-hydroxydopamine-induced dopaminergic neurodegeneration and α-synuclein protein aggregation. Our experiments showed that 10 mM metformin significantly decreased neurodegeneration in 6-hydroxydopamine-induced worms, and recovered its food-sensing behavior without an affect to the nematode development. Moreover, 10 mM metformin also inhibited α-synuclein aggregation and recovered the lipid deposition. Gene expression analysis revealed that metformin could upregulate cat-2 gene expression and GFP-tagged SOD-3 expression. However, metformin did not significantly alter mean or maximum lifespan of the PD model organism. Therefore, this study highlighted the neuroprotective effects of metformin on dopaminergic neurons and α-synuclein, while its precise mechanism should be conducted in the future.

KEYWORDS: Metformin, Parkinson’s Disease, Neuroprotection, Dopaminergic neuron, α-Synuclein, Caenorhabditis elegans

Citation: Nada Saewanee, Theethawat Praputpittaya, Nawaphat Malaiwong, Pawanrat Chalorak, Krai Meemon,
Neuroprotective effect of metformin on dopaminergic neurodegeneration and α-synuclein aggregation in C. elegans model of Parkinson’s disease, Neuroscience Research, Volume 162, 2021, Pages 13-21, ISSN 0168-0102, https://doi.org/10.1016/j.neures.2019.12.017.

RELATED SDGs: 3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.ไกร มีมล
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.ไกร มีมล
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Nada Saewanee, Theethawat Praputpittaya, Nawaphat Malaiwong, Pawanrat Chalorak
แหล่งทุนวิจัย: Mahidol University