Highlight

This study demonstrates that whey protein isolate (WPI) protects dopaminergic-like SH-SY5Y cells from MPP⁺-induced oxidative stress by activating the Nrf2 signaling pathway. WPI significantly reduced intracellular ROS levels, increased Nrf2 nuclear translocation, and upregulated key antioxidant genes, supporting its potential as a neuroprotective agent in Parkinson’s disease cellular models.

ที่มาและความสำคัญ

โรคพาร์กินสัน (Parkinson’s disease: PD) เป็นโรคทางระบบประสาทที่เสื่อมเรื้อรัง มีลักษณะเด่นคือการสูญเสียเซลล์ประสาทโดพามิเนอร์จิกในสมองส่วน substantia nigra pars compacta ซึ่งนำไปสู่การเคลื่อนไหวช้า กล้ามเนื้อแข็งเกร็ง และอาการสั่น สาเหตุของโรคมีความซับซ้อนและเกี่ยวข้องกับหลายปัจจัย โดยเฉพาะความเครียดออกซิเดชัน (oxidative stress) จากการสะสมของอนุมูลอิสระ (ROS) ซึ่งเป็นตัวการสำคัญที่เร่งการเสื่อมของเซลล์ประสาท กลไกสำคัญในการป้องกันความเสียหายจากอนุมูลอิสระในร่างกายคือ เส้นทางสัญญาณ Nrf2 ซึ่งทำหน้าที่กระตุ้นการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการต้านอนุมูลอิสระ เช่น SOD1, GST, GPX, HMOX1 และ NQO1 โดยปกติ Nrf2 จะถูกยับยั้งในไซโตพลาสซึม แต่เมื่อเกิดภาวะเครียดออกซิเดชัน Nrf2 จะถูกปลดปล่อยและเคลื่อนเข้าสู่นิวเคลียสเพื่อกระตุ้นยีนเหล่านี้ เวย์โปรตีนไอโซเลต (Whey Protein Isolate: WPI) เป็นโปรตีนบริสุทธิ์สูงจากนมวัว มีคุณสมบัติโดดเด่นในด้านความสามารถในการละลายน้ำ ย่อยง่าย และมีกรดอะมิโนจำเป็นครบถ้วน หลายการศึกษารายงานว่า WPI และเปปไทด์ที่ได้จากการย่อยเวย์มีฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ ช่วยเสริมการสร้างกลูตาไธโอน และควบคุมสภาวะรีดอกซ์ในเซลล์ รวมถึงอาจลดการอักเสบในระบบต่าง ๆ ของร่างกาย การศึกษานี้มีความสำคัญ เนื่องจากมุ่งประเมินศักยภาพของ WPI ในการปกป้องเซลล์ประสาทจากความเสียหายที่เกิดจาก MPP⁺ ผ่านกลไกการลดระดับ ROS, กระตุ้นการเข้าสู่นิวเคลียสของ Nrf2 และการกระตุ้นยีนต้านอนุมูลอิสระ เพื่อให้เข้าใจถึงกลไกการออกฤทธิ์ของ WPI ในการป้องกันโรคพาร์กินสันระดับเซลล์ ซึ่งอาจเป็นแนวทางใหม่ในการพัฒนาอาหารฟังก์ชันหรือผลิตภัณฑ์เสริมอาหารสำหรับผู้ป่วยโรคพาร์กินสันในอนาคต

Abstract

The pathogenesis of Parkinson’s disease (PD) consists of the apoptosis of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta (SNpc) due to oxidative stress. The present study aimed to evaluate the potential antioxidant activity of whey protein isolate (WPI) in PD models, using neurotoxin-exposed SH-SY5Y cells differentiated into dopaminergic-like neurons. Our research shows that WPI’s high glutamic acid, aspartic acid, and leucine contribute to its antioxidant and neuroprotective effects, with glutamic acid crucial for glutathione synthesis. In vitro studies found that WPI, at concentrations of 5–1000 µg/mL, is non-toxic to differentiated SH-SY5Y cells. Notably, the lowest con-centration of WPI (5 µg/mL) significantly decreased intracellular reactive oxygen species (ROS) levels in these cells following a 24 h co-treatment with 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP⁺). The antioxidant effects of WPI were also confirmed by the increased expression of HO1 and GPx antioxidant enzymes, which are Nrf2 pathway target genes and were evaluated by real-time PCR. Furthermore, Nrf2 nuclear translocation in the differentiated SH-SY5Y cells was also increased when the cells were exposed to 5 µg/mL of WPI with MPP⁺. These results together suggest that WPI has antioxidant effects on dopaminergic-like neurons in a Parkinson’s disease model.

KEYWORDS: Parkinson’s disease, whey protein isolate, MPP+, Nrf2, antioxidant

Citation: Rungruang, P., Sroyraya, M., & Sansri, V. (2025). Protective Role of Whey Protein Isolate on MPP+-Induced Differentiation of SH-SY5Y Cells by Modulating the Nrf2 Antioxidant Pathway. Molecules, 30(10), 2207; https://doi.org/10.3390/molecules30102207

RELATED SDGs:

SDG Goal หลัก ที่เกี่ยวข้อง

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มรกต สร้อยระย้า
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มรกต สร้อยระย้า
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Panlekha Rungruang
Credit ภาพ: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มรกต สร้อยระย้า

Highlight

การลดการทำงานของ M1 และส่งเสริมการทำงานของ M2 เป็นแนวทางใหม่ที่ท้าทายและมีแนวโน้มในการรักษาโรคพาร์กินสัน ปัจจุบันมีกลยุทธ์ใหม่ๆในการบรรเทาการอักเสบที่ก่อให้เกิดโรคพาร์กินสัน เช่นการใช้อนุภาคนาโนที่มีคุณสมบัติในการบรรเทาบริเวณการอักเสบที่แม่นยำ และการบรรเทาด้วยเซลล์ต้นกำเนิด

ที่มาและความสำคัญ

โรคพาร์กินสันจัดเป็นโรคทางระบบประสาทประเภทหนึ่ง ความผิดปกติของการเคลื่อนไหวเป็นอาการทางคลินิกที่พบในผู้ป่วยโรคพาร์กินสัน การอักเสบของระบบประสาทเป็นหนึ่งในกระบวนการที่สำคัญที่ก่อให้เกิดโรคพาร์กินสันที่เกี่ยวของกับไมโครเกลีย ไมโครเกลียคือเซลล์ภูมิคุ้มกันชนิดหนึ่งที่มีบทบาทสำคัญในกระบวนการการอักเสบของระบบประสาท ในบทความฉบับนี้ได้กล่าวถึงข้อมูลเกี่ยวกับการอักเสบของระบบประสาทที่กระตุ้นด้วยไมโครเกลียและความสัมพันธ์ของการอักเสบในระบบประสาทกับโรคพาร์กินสัน พร้อมทั้งวิธีการรักษาในปัจจุบัน ภายใต้สภาวะปกติไมโครเกลียชนิด M0 จะทำหน้าที่เฝ้าระวังในสมองและตรวจสอบการบุกรุกที่อาจเกิดขึ้น อีกทั้งยังควบคุมการผลิตเซลล์ประสาท สร้างไซแนปส์ใหม่ และหลั่งโมเลกุลควบคุมการเจริญเติบโตเพื่อปกป้องเซลล์ประสาท ภายใต้สภาวะทางพยาธิวิทยา M0 จะเปลี่ยนเป็นรูปแบบฟีโนไทป์ที่ทำงานโดยแบ่งออกเป็นไมโครเกลียที่ก่อให้เกิดการอักเสบ (M1) และไมโครเกลียที่ต้านการอักเสบ (M2) M1 และ M2 แสดงการทำงานที่ตรงกันข้าม โดยที่ M1 microglia ส่งเสริมการอักเสบ และ M2 ต่อต้านการอักเสบ ความสมดุลของการทำงานร่วมกันระหว่าง M1 และ M2 จึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการรักษาระดับการอักเสบในสมอง ปัจจุบันมีกลยุทธ์การรักษาหลายประการสำหรับบรรเทาการอักเสบที่ก่อให้เกิดโรคพาร์กินสัน เช่นการใช้ยาต้านการอักเสบ การใช้สารป้องกันระบบประสาทและสารต้านอนุมูลอิสระ รวมถึงการใช้อนุภาคนาโนที่มีคุณสมบัติในการบรรเทาบริเวณการอักเสบที่แม่นยำ การบรรเทาด้วยเซลล์ต้นกำเนิด และการปรับเปลี่ยนวิถีชีวิต การรักษาเหล่านี้ช่วยปรับปรุงการเคลื่อนไหวของผู้ป่วยทำให้พวกเขามีวิถีชีวิตเหมือนคนอื่น ๆ ซึ่งส่งผลดีต่อความเป็นอยู่ที่ดีทั้งทางจิตใจและอารมณ์ การลดการทำงานของ M1 และส่งเสริมการทำงานของ M2 อาจเป็นแนวทางที่ท้าทายและมีแนวโน้มในการรักษาโรคพาร์กินสัน

Abstract

Parkinson’s disease (PD) is classified as one type of neurodegenerative disorder. Movement disorder, which includes resting tremors and slowness of movement, is a common clinical symptom in PD patients. Neuroinflammation is one of the most important processes involved in the pathogenesis of PD. An inflammatory response in the brain can induce neuronal cell death. Microglia, a type of immune cell, plays a crucial role in neuroinflammation. In this review, we discussed the information on microglia-activated neuroinflammation, its relationship with PD, and therapeutic approaches for neuroinflammation in PD. Under normal conditions, microglia in their inactive state (M0) act as surveillance agents in the brain to investigate potential invasions. They regulate neuron production, remodel synapses, and secrete growth factors to protect the neurons. Under pathological conditions, the M0 transforms into active phenotypes, dividing into pro-inflammatory (M1) and anti-inflammatory (M2) microglia. The M1 and M2 microglia exhibit opposite functions, where M1 microglia promote pro-inflammatory responses, and M2 microglia promote anti-inflammatory responses. This dichotomy of functions is essential for maintaining a healthy level of inflammation in the brain. Presently, multiple therapeutic strategies are available for PD, encompassing anti-inflammatory drugs, neuroprotective compounds, antioxidants, nanoparticles targeting neuroinflammation, stem cell interventions, lifestyle adjustments, and microglia-focused treatments. These treatments improve patients’ movement, allowing them to have lifestyles like others, consequently benefiting their mental and emotional well-being. Preventing microglia from polarising into the M1 phenotype and promoting their polarisation into the M2 phenotype could be a challenging and promising approach for treating PD.

KEYWORDS: Neuroinflammation, Neurodegenerative diseases, Microglia, Parkinson’s disease

Citation: Rungruang, P., Sansri, V. and Sroyraya, M. (2024) “Neuroinflammation-induced neurodegeneration and associated microglia activation in Parkinson’s disease: a novel neurotherapeutic avenue”, Neuroscience Research Notes, 7(1), pp. 271.1–271.21. doi: 10.31117/neuroscirn.v7i1.271.

RELATED SDGs:

SDG Goal หลัก ที่เกี่ยวข้อง

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มรกต สร้อยระย้า
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มรกต สร้อยระย้า
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Panlekha Rungruang
Credit ภาพ: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มรกต สร้อยระย้า

Highlight

TBH alleviates MPP+ and TNF-α-induced cell death in differentiated SH-SY5Y cells.

ที่มาและความสำคัญ

พยาธิสรีรวิทยาของโรคพาร์กินสันเชื่อมโยงกับความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นและการอักเสบในสมองจนกระทั่งทำให้เกิดการตายของเซลล์ประสาทชนิดโดปามิเนอร์จิคในสมองส่วน substantia nigra pars compacta (SNpc) การรักษาโรคพาร์กินสันในปัจจุบันคือการใช้ยาบรรเทาอาการ เช่น ยาเลโวโดปา แต่ยาหลายๆชนิดนี้ยังไม่สามารถรักษาโรคนี้ให้หายขาดได้ นอกจากนี้การใช้ยาในระยะยาวอาจนำไปสู่ผลข้างเคียงได้ ดังนั้นการวิจัยในปัจจุบันจึงเน้นที่จะใช้ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติมาใช้เป็นทางเลือกในการบรรเทาอาการหรือรักษาโรคพาร์กินสันหรือโรคทางระบบประสาทอื่นๆ เนื่องจากอาจจะไม่ก่อให้เกิดผลข้างเคียงหรือเกิดผลข้างเคียงได้น้อย ในระยะหลังๆนี้มีงานวิจัยหลายชิ้นรายงานว่า โปรตีนไฮโดรไลเสตจากปลามีสารต้านอนุมูลอิสระ และคุณสมบัติต่อต้านการอักเสบและลดตายของเซลล์หลายชนิด ซึ่งรวมถึงเซลล์ประสาท ดังนั้นการศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อตรวจสอบฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระและฤทธิ์ต้านการอักเสบของเลือดปาทูน่าเลือดไฮโดรไลเซท (TBH) ในการบรรเทาการตายของเซลล์ประสาทนิวโรบลาสโตมาของมนุษย์ (SH-SY5Y) ที่ได้รับการกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ประสาทที่คล้ายเซลล์ประสาทชนิดโดปามิเนอร์จิก (differentiated SH-SY5Y) ในแง่ของการลดการตายของเซลล์ โดยลดอนุมูลอิสระและลดการอักเสบภายในเซลล์

Abstract

The pathophysiology of Parkinson’s disease (PD) is linked to oxidative stress and inflammatory-induced cell death of dopaminergic neurons in substantia nigra pars compacta (SNpc). The current study aims to investigate the effects of tuna blood hydrolysate (TBH) on the neurodegeneration of Parkinson-like disease models using neurotoxin-induced SH-SY5Y cells differentiated to be dopaminergic-like neurons. It was found that TBH at concentrations ranging from 5 to 250 µg/ml can reduce differentiated SH-SY5Y cell death after exposure to 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP⁺) co-treated with TBH for 24 h. Real-time PCR results indicated that TBH enhanced the expressions of NAD(P)H quinone dehydrogenase 1 (NQO1), catalase (CAT), and thioredoxin reductase (TrxR1), which are Nrf2 downstream antioxidant genes. Bioinformatic analysis and molecular docking revealed that the peptide found in TBH, IPGQPGLPGPPGPPGPPGLG, could penetrate the cell and blood–brain barrier and strongly bind the Keap1-Kelch domain, causing Nrf2 nuclear translocation. Consequently, the upregulation of antioxidant genes ameliorates ROS and reduces dopaminergic neuron death. Another, TBH can reduce differentiated SH-SY5Y cell death and intracellular ROS after exposure to 24 h of co-treatment between TBH and tumor necrosis factor-alpha (TNF-α). Western blot analysis was performed to investigate apoptosis-related proteins. Bcl2 and BDNF are dramatically increased, while BAX, cytochrome c, caspase3, caspase9, and cleaved caspase9 are significantly decreased in co-treating differentiated SH-SY5Y cells with TBH and TNF-α. These findings demonstrated that TBH can suppress the apoptosis of inflammatory differentiated SH-SY5Y cells. Taken together, this study suggests that TBH can alleviate neurodegeneration and has anti-inflammatory effects on dopaminergic-like neurons in the simulation of a PD condition.

KEYWORDS: Parkinson’s disease, MPP+, Nrf2, Keap1-Kelch domain, TNF-α, Tuna blood hydrolysate

Citation: Rungruang, P., Rodthayoy, D., Hawangjoo, M., Klaypradit, W., Chonpathompikunlert, P., Sansri, V., … & Sroyraya, M. (2024). Alleviative and Anti-Inflammatory effects of tuna blood hydrolysates on MPP+ and TNF-α-induced Parkinson-Like disease model through the regulation of Keap1-Nrf2 antioxidant pathway and apoptosis. Journal of Functional Foods, 116, 106134. https://doi.org/10.1016/j.jff.2024.106134

RELATED SDGs:

SDG Goal หลัก ที่เกี่ยวข้อง

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มรกต สร้อยระย้า
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มรกต สร้อยระย้า
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Panlekha Rungruang, Daraphan Rodthayoy
Credit ภาพ: ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.มรกต สร้อยระย้า

Highlight

สาร Andro มีฤทธิ์หลากหลายทางเภสัชวิทยา แต่ในการศึกษานี้ได้ศึกษาฤทธิ์ในการป้องกันการตายของเซลล์ประสาทสายพันธุ์นิวโรบลาสโตมา SH-SY5Y ที่จำลองแบบโรคพาร์กินสันโดยใช้สารพิษต่อระบบประสาท MMP+ การป้องกันนี้ได้ผ่านกระบวนการ mitophagy, กำจัดโปรตีน alpha-synuclein ผ่านทาง autophagy และ เพิ่มความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ ทำให้สาร Andro มีคุณสมบัติที่จะเป็นอีกทางเลือกนึงในการป้องกันโรคพาร์กินสัน

ที่มาและความสำคัญ

โรคพาร์กินสัน เกี่ยวข้องกับการสูญเสียเซลล์โดปามีนและการรวมกันของ alpha-synuclein ซึ่งมีสาเหตุมาจากการสร้างสารอนุมูลอิสระที่มากเกินไปส่งผลให้เกิดการทำงานที่ผิดปกติของไมโตคอนเดรียและกระบวนการออโตฟาจี (autophagy) ตามลำดับ ในปัจจุบันได้มีการศึกษาทางเภสัชวิทยาของสาร Andrographolide หรือ Andro เป็นจำนวนมาก เช่น ฤทธิ์การต้านเบาหวาน ต้านมะเร็ง ต้านการอักเสบ เป็นต้น อย่างไรก็ตามงานวิจัยที่ศึกษาฤทธิ์ของสาร Andro ในการป้องกันสารพิษต่อระบบประสาท (neurotoxin) MMP+ ที่ชักนำในเซลล์ประสาทสายพันธุ์นิวโรบลาสโตมา SH-SY5Y ให้เป็นโรคพาร์กินสันยังไม่พบ ดังนั้นในการศึกษานี้ เราจึงได้ตั้งสมมติฐานว่า สาร Andro น่าจะมีฤทธิ์ป้องกันระบบประสาทต่อสาร MMP+ ที่ชักนำให้เกิดการตายแบบ apoptosis โดยผ่านทางกระบวน mitophagy เพื่อกำจัดไมโตคอนเดรียที่มีการทำงานที่ผิดปกติและการต้านสารอนุมูลอิสระ

Abstract

Parkinson’s disease (PD) is associated with dopaminergic neuron loss and alpha-synuclein aggregation caused by ROS overproduction, leading to mitochondrial dysfunction and autophagy impairment. Recently, andrographolide (Andro) has been extensively studied for various pharmacological properties, such as anti-diabetic, anti-cancer, anti-inflammatory, and anti-atherosclerosis. However, its potential neuroprotective effects on neurotoxin MPP⁺-induced SH-SY5Y cells, a cellular PD model, remain uninvestigated. In this study, we hypothesized that Andro has neuroprotective effects against MPP⁺-induced apoptosis, which may be mediated through the clearance of dysfunctional mitochondria by mitophagy and ROS by antioxidant activities. Herein, Andro pretreatment could attenuate MPP⁺-induced neuronal cell death that was reflected by reducing mitochondrial membrane potential (MMP) depolarization, alpha-synuclein, and pro-apoptotic proteins expressions. Concomitantly, Andro attenuated MPP⁺-induced oxidative stress through mitophagy, as indicated by increasing colocalization of MitoTracker Red with LC3, upregulations of the PINK1–Parkin pathway, and autophagy-related proteins. On the contrary, Andro-activated autophagy was compromised when pretreated with 3-MA. Furthermore, Andro activated the Nrf2/KEAP1 pathway, leading to increasing genes encoding antioxidant enzymes and activities. This study elucidated that Andro exhibited significant neuroprotective effects against MPP⁺-induced SH-SY5Y cell death in vitro by enhancing mitophagy and clearance of alpha-synuclein through autophagy, as well as increasing antioxidant capacity. Our results provide evidence that Andro could be considered a potential supplement for PD prevention.

Keywords: Parkinson’s disease, andrographolide, MPP+, SH-SY5Y cells, ROS, Nrf2, mitophagy

Citation: Prasertsuksri, P.; Kraokaew, P.; Pranweerapaiboon, K.; Sobhon, P.; Chaithirayanon, K. Neuroprotection of Andrographolide against Neurotoxin MPP⁺-Induced Apoptosis in SH-SY5Y Cells via Activating Mitophagy, Autophagy, and Antioxidant Activities. Int. J. Mol. Sci.2023, 24, 8528. https://doi.org/10.3390/ijms24108528

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

15. LIFE ON LAND

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.กุลธิดา ชัยธีระยานนท์
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.กุลธิดา ชัยธีระยานนท์
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Prachayaporn Prasertsuksri
เครดิตภาพ: รองศาสตราจารย์ ดร.กุลธิดา ชัยธีระยานนท์

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 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

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