ฤทธิ์ของ Frondoside A และ Ginsenoside Rg3 ในการฟื้นฟูเซลล์ประสาทจากโรคพาร์กินสันในสัตว์ทดลองต้นแบบ Caenorhabditis elegans

Highlight:
สาร frondoside A จากปลิงทะเล และ ginsenoside Rg3 จากโสม สามารถลดการฟื้นฟูเซลล์ประสาทจากการถูกทำลาย และลดการเกาะกลุ่มของโปรตีนแอลฟ่าซิลนิวคลิอิน ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของโรคพาร์กินสัน โดยสารสกัดทั้งสองออกฤทธิ์ในการยับยั้งกระบวนการ apoptosis การกระตุ้นเอ็นไซม์ต้านอนุมูลอิสระ และกระตุ้นกระบวนการย่อยสลายโปรตีนที่ผิดปกติภายในเซลล์

ที่มาและความสำคัญ

โรคพาร์กินสันเกิดจากการสูญเสียเซลล์ประสาทสร้างโดปามีนและการสะสมของโปรตีนแอลฟ่าซิลนิวคลิอินในเซลล์ โดยในปัจจุบันยังไม่มีการรักษาโรคพาร์กินสันอย่างมีประสิทธิภาพ และการรักษาที่มีอยู่เป็นเพียงการประคับประคองและรักษาตามอาการที่เกิดขึ้นเท่านั้น ซึ่งมีผลการศึกษาที่ผ่านมาพบว่าสารสกัดซาโปนินมีผลในการป้องกันเซลล์ประสาทในโรคความเสื่อมของระบบประสาทได้ ซึ่งสารสกัดซาโปนินนี้สามารถพบได้ในโสมและปลิงทะเล แต่ยังไม่มีการศึกษาที่ชัดเจนถึงกลไกดังกล่าว ในการศึกษาวิจัยนี้จึงได้ทำการศึกษาการออกฤทธิ์ป้องกันเซลล์ประสาทในการต้านโรคพาร์กินสันของสารสกัด frondoside A จากปลิงทะเล และ ginsenoside Rg3 จากโสม ในสัตว์ทดลองต้นแบบ C. elegans โดยผลการทดลองพบว่าสารสกัด frondoside A และ ginsenoside Rg3 สามารถลดการทำลายของเซลล์ประสาทสร้างโดปามีน และฟื้นฟูพฤติกรรมการหาอาหารซึ่งเป็นหน้าที่หลักของสารสื่อประสาทโดปามีนใน C. elegans รวมถึงการยืดอายุขัยเฉลี่ยของ C. elegans ได้ ซึ่งกลไกนี้เกิดขึ้นจากการลดกระบวนการ apoptosis และการเพิ่มขึ้นของยีนต้านอนุมูลอิสระ นอกจากนี้สารสกัด frondoside A ยังสามารถลดการเกาะกลุ่มกันของโปรตีนแอลฟ่าซิลนิวคลิอิน โดยกระตุ้นผ่านทางกลไกการย่อยโปรตีนที่ผิดปกติภายในเซลล์ ดังนั้นงานวิจัยนี้จึงแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของสารสกัด frondoside A และ ginsenoside Rg3 ในการฟื้นฟูเซลล์ประสาทจากการถูกทำลาย และลดการเกาะกลุ่มของโปรตีนแอลฟ่าซิลนิวคลิอิน ซึ่งจะนำไปสู่การใช้ประโยชน์ของสารสกัดในการป้องกันรักษาโรคพาร์กินสันต่อไป

Abstract

Parkinson’s disease (PD) is a currently incurable neurodegenerative disorder characterized by the loss of dopaminergic (DAergic) neurons in the substantia nigra pars compacta and α-synuclein aggregation. Accumulated evidence indicates that the saponins, especially from ginseng, have neuroprotective effects against neurodegenerative disorders. Interestingly, saponin can also be found in marine organisms such as the sea cucumber, but little is known about its effect in neurodegenerative disease, including PD. In this study, we investigated the anti-Parkinson effects of frondoside A (FA) from Cucumaria frondosa and ginsenoside Rg3 (Rg3) from Panax notoginseng in C. elegans PD model. Both saponins were tested for toxicity and optimal concentration by food clearance assay and used to treat 6-OHDA-induced BZ555 and transgenic α-synuclein NL5901 strains in C. elegans. Treatment with FA and Rg3 significantly attenuated DAergic neurodegeneration induced by 6-OHDA in BZ555 strain, improved basal slowing rate, and prolonged lifespan in the 6-OHDA-induced wild-type strain with downregulation of the apoptosis mediators, egl-1 and ced-3, and upregulation of sod-3 and cat-2. Interestingly, only FA reduced α-synuclein aggregation, rescued lifespan in NL5901, and upregulated the protein degradation regulators, including ubh-4, hsf-1, hsp-16.1 and hsp-16.2. This study indicates that both FA and Rg3 possess beneficial effects in rescuing DAergic neurodegeneration in the 6-OHDA-induced C. elegans model through suppressing apoptosis mediators and stimulating antioxidant enzymes. In addition, FA could attenuate α-synuclein aggregation through the protein degradation process.

KEYWORDS: Parkinson’s disease, dopaminergic neurons, neurodegeneration, α-Synuclein, frondoside A, ginsenoside Rg3, Caenorhabditis elegans

Citation: Chalorak, P.; Sanguanphun, T.; Limboonreung, T.; Meemon, K. Neurorescue Effects of Frondoside A and Ginsenoside Rg3 in C. elegans Model of Parkinson’s Disease. Molecules2021, 26, 4843. https://doi.org/10.3390/molecules26164843

RELATED SDGs:

SDG Goal หลัก ที่เกี่ยวข้อง

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.ไกร มีมล
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.ไกร มีมล
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Pawanrat Chalorak, Tanatcha Sanguanphun
แหล่งทุนวิจัย: Mahidol University (Basic Research Fund: fiscal year 2021)
ภาพถ่าย: รองศาสตราจารย์ ดร.ไกร มีมล

สาร frondoside A บรรเทาการทำลายเซลล์ประสาทโดยยับยั้งการเกาะกลุ่มของโปรตีน amyloid-beta ในสัตว์ทดลองต้นแบบ Caenorhabditis elegans

ที่มาและความสำคัญ

โรคความจำเสื่อม Alzheimer เป็นโรคความเสื่อมของระบบประสาทซึ่งเกิดจากการเกาะกลุ่มกันของโปรตีน amyloid-beta และส่งผลเสียต่อการทำงานของเซลล์ประสาทในระยะยาว การศึกษาวิจัยนี้แสดงให้เห็นฤทธิ์ของสาร frondoside A จากปลิงทะเล Cucumaria frondosa ในการลดการเกาะกลุ่มของโปรตีน amyloid-beta ในหนอน Caenorhabditis elegans ที่ใช้เป็นสัตว์ทดลองต้นแบบของโรค Alzheimer โดยสาร frondoside A มีผลโดยตรงในการลดระดับ amyloid-beta oligomers ที่เป็นพิษต่อเซลล์ ขณะที่ปริมาณ monomers ไม่มีการเปลี่ยนแปลง และยังส่งผลฟื้นฟูการทำงานของเซลล์ประสาทให้ดีขึ้น รวมถึงการลดปริมาณอนุมูลอิสระที่สะสมด้วย การศึกษานี้จึงแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของสาร frondoside A ในการป้องกันโรค Alzheimer และนำไปสู่การวิจัยพัฒนาต่อยอดในอนาคตต่อไป

Abstract
Oligomeric assembly of Amyloid-β (Aβ) is the main toxic species that contribute to early cognitive impairment in Alzheimer’s patients. Therefore, drugs that reduce the formation of Aβ oligomers could halt the disease progression. In this study, by using transgenic Caenorhabditis elegans model of Alzheimer’s disease, we investigated the effects of frondoside A, a well-known sea cucumber Cucumaria frondosa saponin with anti-cancer activity, on Aβ aggregation and proteotoxicity. The results showed that frondoside A at a low concentration of 1 µM significantly delayed the worm paralysis caused by Aβ aggregation as compared with control group. In addition, the number of Aβ plaque deposits in transgenic worm tissues was significantly decreased. Frondoside A was more effective in these activities than ginsenoside-Rg3, a comparable ginseng saponin. Immunoblot analysis revealed that the level of small oligomers as well as various high molecular weights of Aβ species in the transgenic C. elegans were significantly reduced upon treatment with frondoside A, whereas the level of Aβ monomers was not altered. This suggested that frondoside A may primarily reduce the level of small oligomeric forms, the most toxic species of Aβ. Frondoside A also protected the worms from oxidative stress and rescued chemotaxis dysfunction in a transgenic strain whose neurons express Aβ. Taken together, these data suggested that low dose of frondoside A could protect against Aβ-induced toxicity by primarily suppressing the formation of Aβ oligomers. Thus, the molecular mechanism of how frondoside A exerts its anti-Aβ aggregation should be studied and elucidated in the future.

KEYWORDS: amyloid-β, oligomers, Alzheimer’s disease, frondoside A, Caenorhabditis elegans

Citation: Tangrodchanapong T, Sobhon P and Meemon K (2020) Frondoside A Attenuates Amyloid-b Proteotoxicity in Transgenic Caenorhabditis elegans by Suppressing Its Formation. Front. Pharmacol. 11:553579.
https://doi: 10.3389/fphar.2020.553579

RELATED SDGs: 3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.ไกร มีมล
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.ไกร มีมล
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: นายทวีศักดิ์ ตั้งโรจนพงษ์
แหล่งทุนวิจัย: Royal Golden Jubilee (RGJ) Ph.D. Scholarship