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

ผลของเสียงดังในระดับที่ส่งผลให้เกิดการสูญเสียการได้ยินส่งผลต่อการเกิดสภาวะเครียดและความเป็นพิษต่อโปรตีน และการเกิดการกระตุ้นของเครือข่ายการรักษาสมดุลโปรตีน

Highlight:
การได้ยินเสียงที่ดังมากเกินไปจนถึงในระดับของมลภาวะทางเสียงนั้นสามารถส่งผลให้เกิดการสูญเสียการได้ยินได้ โดยกลไกที่ทำให้เกิดการสูญเสียการได้ยินนั้นเกิดจากสาเหตุของระบบประสาทการได้ยิน การศึกษาวิจัยครั้งนี้ได้ทำการศึกษาถึงผลกระทบที่เกิดขึ้นจากเสียงในระดับต่างๆ ต่อการเปลี่ยนแปลงของโปรติโอมและการวัดการทำงานต่างๆที่เกิดขึ้นในโคเคลีย การศึกษาโปรติโอมิกส์เชิงปริมาณในครั้งนี้พบว่าการได้รับเสียงดังนั้นส่งผลให้เกิดสภาวะความเป็นพิษต่อโปรตีน (Proteotoxicity)

ที่มาและความสำคัญ
การศึกษาถึงการตอบสนองของระบบประสาทการได้ยินในโคเคลีย ต่อการกระตุ้นของเสียงที่อยู่ในระดับที่เป็นมลภาวะทางเสียง การศึกษานี้เป็นการศึกษาถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในระดับโปรตีและทรานสคริปโตม เพื่อที่จะได้มาซึ่งข้อมูลของโปรตีนและยีนที่สามารถนำมาใช้เป็นเป้าหมายในการรักษาหรือป้องกันอันตรายที่เกิดขึ้นจากมลภาวะทางเสียงได้

Summary
Exposure to excessive sound causes noise-induced hearing loss through complex mechanisms and represents a common and unmet neurological condition. We investigate how noise insults affect the cochlea with proteomics and functional assays. Quantitative proteomics reveals that exposure to loud noise causes proteotoxicity. We identify and confirm hundreds of proteins that accumulate, including cytoskeletal proteins, and several nodes of the proteostasis network. Transcriptomic analysis reveals that a subset of the genes encoding these proteins also increases acutely after noise exposure, including numerous proteasome subunits. Global cochlear protein ubiquitylation levels build up after exposure to excess noise, and we map numerous posttranslationally modified lysines residues. Several collagen proteins decrease in abundance, and Col9a1 specifically localizes to pillar cell heads. After two weeks of recovery, the cochlea selectively elevates the abundance of the protein synthesis machinery. We report that overstimulation of the auditory system drives a robust cochlear proteotoxic stress response.

KEYWORDS: proteostasis, noise-induced hearing loss, cochlear synaptopathy, neurodegeneration, quantitative proteomics

Citation: Jongkamonwiwat et al., 2020, Cell Reports 33, 108431
November 24, 2020, © 2020 The Authors.
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.108431

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.นพพร จงกมลวิวัฒน์
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.นพพร จงกมลวิวัฒน์