Chronic restraint stress alters gene expression profile in brain and liver

Stress is one of the important risk factors for multifunctional diseases including diabetes, cancers, arteriosclerosis, and psychological diseases such as fear, anxiety and depression disorders. It is well known that hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis plays a critical role in the stress response. To test the hypothesis that chronic stress induces changes of gene expression in various organs of the body, a series of experiments was performed. To identify genes whose expression is altered in response to chronic restraint stress, hypothalamus/pituitary gland and liver are chosen. To establish the optimized the chronic stress treatment paradigm, the physiological criteria, body weight and food intake, were investigated i n both control and stress animals. Restraint stress treated for 8 hours a day significantly decreased the body weight gain despite of the increase of food intake, which was constantly maintained during the period of day 7-22 after stress treatment. According to these results, the restraint stress paradigm treated for 8 hours daily for 14 days was considered as a candidate regimen. This chronic stress paradigm was re- evaluated whether it was sufficient to produce behavioral changes such as anxiety and depression. As predicted, mice exposed to the chronic stress paradigm displayed the increased anxiety and depression. Therefore, restraint stress treating for 8 hours daily for 14 days was chosen as a chronic stress treatment paradigm in the present study. Using this chronic stress study model, the altered gene expression profile in the course of stress responses in brain and in liver was examined. Microarray analyses revealed the list of total 107 genes in brain and 235 genes in liver whose expression were altered by chronic stress. A notable feature of the gene expression profile was the increased expression of genes related to synaptic plasticity in the hypothalamus/pituitary gland, and fatty acid/lipid/sterol metabolism and detoxification in the liver. This study provided the molecular evidence that chronic stress can massively alter the gene expression profile in brain and liver. The genes identified in this study will be useful resources not only for understanding the mechanism of stress response, but also for the management of stress in the future.;스트레스는 암, 뇌졸중, 당뇨병 등의 발병 및 진행에 직접 또는 간접적인 영향을 준다. 스트레스의 반응에 있어서 HPA축을 통한 조절 기전은 비교적 잘 알려져 있지만, 스트레스가 신체의 각 부위에 어떤 영향을 주며, 그 구체적인 작용 기전이 무엇인지는 여전히 불명확하다. 본 연구에서는 만성 스트레스가 신체의 여러 부위에서 유전자 발현의 변화를 포함한 생리적 변화를 유도할 것이라는 가설을 검증하고자 하였다. 이를 위하여 만성 스트레스 모델을 이용하여 모델동물의 중추신경계인 뇌와 스트레스 반응의 표적 기관의 하나인 간에서 스트레스 반응에 의해 발현이 달라지는 유전자를 동정하였다. 적절한 만성 스트레스 처치 모델을 확립하기 위해 만성 스트레스의 결과로서 나타날 것으로 예상되는 생리적 변화의 기준으로 스트레스 처치 동물의 몸무게의 변화와 먹이 섭취량을 조사하였다. 하루에 8시간씩 신체구금 스트레스를 처치하였을 경우 먹이 섭취량은 증가하였으나 몸무게의 증가는 현저히 억제되었다. 또한 스트레스 처치 마우스는 대조 그룹에 비해 상당히 증가된 불안감과 우울증 증상을 보였다. 이와 같은 생리학적, 행동학적 지표에 근거하여 본 연구에서는 하루에 8시간 동안, 연속으로 14일간의 신체구금 스트레스를 처치하는 패러다임을 만성 스트레스 처치 방법으로 채택하였다. 확립된 신체구금 스트레스 연구 모델을 이용하여 시상하부/뇌하수체 (hypothalamus/pituitary gland)와 간에서 만성 스트레스에 의해 발현의 변화를 보이는 유전자를 microarray방법으로 조사하였다. 그 결과로서 시상하부/뇌하수체 및 간에서 대조군과 비교하여 유전자 발현의 증·감 비율이 1.8배 이상 변한 유전자를 각각 107개, 235개를 분리하였다. 시상하부/뇌하수체의 경우 시냅스 가변정의 변화에 관여하는 유전자들이 탐지되었으나 대체로 선별된 유전자들은 특별한 기능적 부류에 밀집되어 있지 않았다. 간에서 탐지된 상당수의 유전자는 흥미롭게도 지질 대사나 독성 제거에 관여하는 것으로 이러한 유전자들은 음식물, 약품 그리고 주변 환경에 존재하는 화학물질들에 의해 간에서 유도되는 유전자들과 중복성이 있었다. 본 연구는 만성 스트레스가 신체의 다양한 부분에서 유전자 발현을 변화시킬 수 있다는 증거들을 제시하였다. 밝혀진 이러한 유전자들은 장차 만성 스트레스의 작용 기전을 이해하며, 나아가 스트레스를 조절하는데 있어서 유용한 분자생물학적 정보로서 이용될 것으로 기대된다CONTENTS = 1 LIST OP FIGURES = 3 LIST OF TABLES = 4 ABBREVIATIONS = 5 ABSTRACT = 6 Ⅰ. INTRODUCTION = 8 Ⅱ. SPECIFIC AIMS = 15 Ⅲ. MAIERIALS AND METHODS = 17 A. Animals and restraint sfress = 17 B. Behavioral assessments = 18 1. Elevated plus maze test = 18 2. Open fietd test = 19 3. Forced swim test = 19 C. Preparation of internal organs = 20 D. Microarray analysis = 21 1. Microarray analysis of gene expression in hypothalamus/pltultary gland = 21 a. Tissues and RNA preparation = 21 b. Microarray Hybridization = 21 c. Scanning of signals and analysis of data = 23 2. Microarray analysis of gene expression in liver = 23 a. Tissues and RNA preparation = 23 b. Microarray Hybndization = 24 c. Scanning of signals and analysls of data = 25 E. Reverse transcription (RT)-RCR analysis = 25 F. Statistical analysis = 27 Ⅳ, RESULTS AND DISCUSSION = 28 A. Establishment of chronic restraint stress model = 28 1. Chronic stress increased food intake, but reduced body weight = 29 2. Chronic restraint stress increased anxiety and depression = 33 3. Internal organs = 41 B. Gene expressions in brain and liver were altered by chronic restraint stress = 41 1. Gene expressions in the brain were altered by chronic restraint stress = 44 2. Gene expressions ine liver were altered by chronic restraint stress = 51 Ⅴ. SUMMARY AND CONCLUSION = 67 Ⅵ. REFERENCES = 68 Ⅶ. 국문초록 = 83 Ⅷ. ACKNOWLEDGEMENT = 8

Adenynyl cyclase type 5 is an essential mediator of the mesolimbic opioid receptor function and stress coping responses

몰핀은 포함한 오피오이드는 mu, delta, kappa 수용체들을 활성화시키고 억제성 G-단백질인 Gi/o를 활성화시키며, 활성화된 G-단백질은 아데닐릴 싸이클라아제 (AC)의 활성을 억제하여 몰핀의 약리학적 효과를 나타낸다. 즉, 아데닐릴 싸이클라아제(AC)는 오피오이드 작용 과정에서 중요한 효과기 (effector)로 기능하며 오피오이드 수용체가 활성화되면 AC의 효소 기능이 억제된다고 알려져 있다. 그러나 알려진 10 종류의 아데닐릴 싸이클라아제 중에서 어느 종류가 어떤 오피오이드 수용체들과 연계되어 있는지, 또 몰핀의 주요 기능을 전달하는 주 효과기인지 알려진 것이 거의 없다. 본 연구에서는 오피오이드의 작용에 타입 5 아데닐릴 싸이클라아제가 관여하는지 알아보기 위해 타입 5 아데닐릴 싸이클라아제가 녹아웃된 마우스를 사용하였다. 먼저, 널리 사용되고 있는 오피오이드인 몰핀을 이용하여 몰핀에 의해 유발되는 마우스의 활동성의 증가 (hyperlocomotion)와 통증억제 (analgesia), 내성 (tolerance), 보상효과 (reward), 의존성 (physical dependence & withdrawal)의 형성 정도를 정상 마우스와 비교하여 관찰하였다. 녹아웃 마우스의 경우, 모르핀에 의해 유도되는 이러한 대부분의 행동들이 정상 마우스에 비해 낮아져 있었다. 이러한 행동특징이 오피오이드 수용체 중에서 어떤 수용체의 영향인지 알아보기 위해 수용체 특이적인 활성제 (agonist)를 투여하고 마우스의 행동적인 특징을 관찰하였다. Mu-수용체와 delta-수용체에 대한 활성제에 의한 마우스의 활동성 증가 효과는 녹아웃 마우스에서 완전히 결여되거나 아주 낮아져 있었으나, kappa-수용체의 활성제의 경우는 정상 마우스와 유사한 수준으로 관찰되었다. 이는 선조체 막단백질을 이용한 아데닐릴 싸이클라아제의 활성도 측정결과와도 일관된 것이었다. 이러한 결과들은 type 5 아데닐릴 싸이클라아제가 in vivo에서 mu-수용체와 delta-수용체에 중요한 신호 전달 물질이며 오피오이드의 작용에서 cAMP 체계가 중요한 역할을 담당할 것임을 시사한다. 만성 스트레스가 불안증 (anxiety)을 유발시킨다는 보고들이 있지만 스트레스 반응과 불안증이 어떻게 연계되어 있는지는 잘 알려지지 않다. 또한, cAMP 체계가 불안증 등의 심리적 반응에 연관되어 있다는 보고 들이 있으나 그 구체적인 메커니즘은 알려져 있지 않다. 타입 5 아데닐릴 싸이클라아제의 녹아웃 마우스는 open field test, novel object test, elevated plus maze test에서 정상 마우스에 비해 불안감이 감소되어 있었다. 불안감이 감소되어 있는 녹아웃 마우스의 특징은 D1 도파민 수용체의 활성제인 dihydrexidine을 투여한 경우 불안감이 보다 낮아지고 D1 도파민 수용체의 억제제인 SCH23390을 투여하면 불안감이 정상 마우스와 유사할 정도로 증가되었다. 불안감이 감소되어 있음에도 불구하고 타입 5 아데닐릴 싸이클라아제 녹아웃 마우스는 2시간의 신체구금 스트레스를 매일 반복하여 주었을 때, 스트레스를 받은 정상 마우스에 비해 체중과 먹이섭취량이 유의할 정도로 감소되었고 불안감이 형성되었으며 심지어 약 20% 정도의 마우스는 스트레스를 받은지 5일 이내에 죽었다. 이러한 스트레스 반응이 어떤 뇌 부위에 의한 것인지 알아보기 위해 신체구금 스트레스에 의해 활성화되는 뇌 부위에서 c-Fos 발현 양상을 조사하였다. 대체로 정상 마우스와 AC5 녹아웃 마우스 간의 차이가 없었으나 스트레스를 받은 녹아웃 마우스 뇌의 dorsal striatum에서의 c-Fos 발현이 스트레스를 받은 정상 마우스에 비해 현저히 감소되어 있었다. 녹아웃 마우스의 스트레스 반응은 D1 수용체의 길항제인 SCH23390와 GABA(A) 수용체의 활성제인 diazepam을 처리하였을 때 유의하게 완화되었다. 이러한 결과들은 타입 5 아데닐릴 싸이클라아제와 D1 도파민 수용체, GABA(A) 수용체 체계가 스트레스와 불안감에 중요한 신경 조절 인자임을 시사해 준다.;Opioid drugs produce their pharmacological effects by activating Gi/o-linked mu, delta, and kappa opioid receptors. One major effector for these receptors is adenylyl cyclase, which is inhibited upon receptor activation. However, little is known about which of the ten known forms of adenylyl cyclase are involved in mediating opioid actions. In this study, it was demonstrated that all of the major behavioral effects of morphine, including locomotor activation, analgesia, tolerance, reward, and physical dependence and withdrawal, are attenuated in mice lacking adenylyl cyclase type 5 (AC5), a form of adenylyl cyclase that is highly enriched in striatum. Furthermore, the behavioral effects of selective mu or delta opioid receptor agonists are lost in AC5-/- mice, whereas the behavioral effects of selective kappa opioid receptor agonists are unaffected. These behavioral data are consistent with the observation that the ability of a mu or delta opioid receptor agonist to suppress adenylyl cyclase activity was absent in striatum of AC5-/- mice. Together, these results establish AC5 as an important component of mu and delta opioid receptor signal transduction mechanisms in vivo, and provide further support for the importance of the cAMP pathway as a critical mediator of opioid action. Chronic stress evokes anxiety. However, how the stress responses and anxiety are interrelated has yet to be elucidated. In the present study, the neural substrates regulating stress coping and anxiety-related behaviors were explored. Mice lacking AC5 gene showed tonic anxiolytic-like behaviors in the open field and the elevated plus maze tests. The anxiolytic-like responses of AC5-/- mice were reinforced by the D1 receptor agonist DHX, while they were extinguished by the D1 receptor antagonist, SCH23390. Despite their anxiolytic-like behavioral trait, AC5-/- mice showed a dramatic reduction of body weight and increased anxiety in response to the subchronic restraint stress (2 hr/day, 5 days), and >20% of stress-treated AC5 -/- mice died due to the failure of proper stress coping. The stress-triggered c-Fos induction in the brain of AC5-/- was silent in the dorsal striatum, which sharply contrasted with the enhanced c-Fos induction in the corresponding region of AC5+/+ mice. In the AC5-/- animals that were treated with SCH23390 prior to being subjected to restraint stress, the stress-induced loss of body weight and the evoked anxiety reverted to the levels of the untreated AC5-/- mice. The GABA(A) receptor agonist, diazepam, was also anxiolytic in the AC5-/- mice and significantly improved the stress coping ability of the mutant mice. These results suggest that the AC5/cAMP, D1 dopamine receptor and GABA(A) receptor systems constitute a part of the neural substrates controlling both stress coping responses and anxiety-related behaviors.I. INTRODUCTION 1 II. SPECIFIC AIMS 11 III. MATERIALS AND METHODS 13 A. Animals 13 B. Behavioral assessments 13 1. Open field test 13 2. Conditioned placed preference test 14 3. Morphine withdrawal test 14 4. Hot plate test 15 5. Elevated plus maze test 15 C. Restraint stress 16 D. Drug administration 16 E. Adenylyl cyclase assay 17 F. GTP[γ-35S] binding assay 18 G. Opioid receptor-stimulated GTP[γ-35S] binding autoradiography 18 H. Reverse transcription (RT)-RCR analysis 18 I. Western blot analysis 19 J. Immumohistochemistry 19 K. Visualization of stereotaxic injection sites in striarum 21 L. Statistical analysis 21 Part 1. AC5 and Opioid Receptors 22 IV. INTRODUCTION 22 V. RESULTS 26 A. Behavioral responses to morphine in AC5-/- mice 26 B. Behavioral responses to opioid receptor agonists in AC5-/- mice 32 C. Opioid Regulation of Adenylyl Cyclase Activity in AC5-/- Mice 41 VI. DISCUSSION 47 Part 2. AC5 and Stress Coping 52 VII. INTRODUCTION 52 VIII. RESULTS 57 A. Tonic anxiolytic-like behaviors of AC5-/- mice 57 B. Anxiolytic-like behavior of AC5-/- mice is modulated by D1 dopamine receptor system 60 C. Neural activity markers of D1 and D2 dopamine receptor systems in AC5-/-Stress coping responses of AC5-/- 66 D. Inferior stress-coping responses of AC5-/- mice 71 E. Overactivation of the hypothalamus-pituitary-adrenal gland (HPA) axis in AC5-/- mice following restraint stress 77 F. The stress responses of AC5-/- mice were modulated by the GABA(A) receptor or D1 dopamine receptor system 80 G. The dorso-lateral striatum as a neurophysiological substrate linking AC5 to stress control 82 IX. DISCUSSION 88 X. CONCLUSION 95 XI. REFERENCES 97 XII. 국문초록 11

Study for drug repositioning and target identification ofL-DOPA-induced dyskinesia in Parkinson’s disease

파킨슨병에서 레보도파 유도 이상운동증 치료 약물 및 신규 타겟 후보도출OGM476201

SK-PC-B70M confers anti-oxidant activity and reduces Aβ levels in the brain of Tg2576 mice

SK-PC-B70M is an oleanolic-glycoside saponin-enriched fraction derived from the root of Pulsatilla koreana. Recently, it was reported that hederacolchiside-E is an active ingredient of SK-PC-B70M that confers a neuroprotective effect against the cytotoxicity induced by Aβ(1-42) in SK-N-SH neuroblastoma cells. SK-PC-B70M improves scopolamine-induced impairments of spatial working memory in rats. In the present study, we investigated whether SK-PC-B70M has a beneficial effect on the Tg2576 murine model of Alzheimer's disease. ELISA analysis revealed that the levels of soluble and insoluble forms of Aβ(1-42) in Tg2576 mice fed SK-PC-B70M (2000 ppm) from 11 months to 16 months of age were reduced to, respectively, 66% and 79% of the control Tg2576 mice. Anti-Aβ antibody-stained brain sections of Tg2576 mice with SK-PC-B70M (2000 ppm) consistently showed a reduction in plaque formation in the brain. Western blot analyses showed altered expressions of various cellular factors, such as up-regulation of transthyretin, phospho-ERK, and phospho-CREB in the brain treated with SK-PC-B70M. SK-PC-B70M suppressed the neuronal toxicity induced by H2O2 in primary cortical culture. Moreover, biochemical and immunohistochemical analyses showed that the levels of malondialdehyde (MDA) and 4-hydroxy-2-nonenal (HNE), oxidized by-products of lipid peroxidation, were notably reduced in the hippocampus of Tg2576 mice treated with SK-PC-B70M compared with the Tg2576 control. These results suggest that SK-PC-B70M attenuates AD-like pathology in the brain of Tg2576 mice. © 2008 Elsevier B.V. All rights reserved

A pharmeceutical composition for preventing or treating degenerative brain disease comprising PspA, as active ingredient

본 발명은 PspA를 포함하는 퇴행성 뇌질환의 예방 또는 치료용 약학 조성물, 퇴행성 뇌질환 예방 또는 개선용 식품 조성물 및 상기 약학 조성물을 이용하여 퇴행성 뇌질환을 예방 또는 치료하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서 제공하는 PspA는 노화에 의해 유발되는 뇌의 인지기능 저하증상을 부분적으로 회복시킬 수 있으므로, 유사한 증상을 나타내는 퇴행성 뇌질환의 효과적인 예방 또는 치료에 널리 활용될 수 있을 것이다.open국

A composition containing Humulus japonicus extracts for preventing or treating liver disease or atherosclerosis

본 발명은 환삼덩굴 추출물 또는 이의 분획물을 포함하는 인슐린저항성 관련 질환의 예방 또는 치료용 조성물, 상기 조성물을 이용한 인슐린저항성 관련 질환의 예방 또는 치료 방법, 환삼덩굴 추출물 또는 이의 분획물을 포함하는 인슐린저항성 관련 질환의 예방 또는 개선용 식품 조성물, 사료첨가제 또는 사료용 조성물 및 의약외품 조성물에 관한 것이다.국

Anti-parkinson's effect of Extract of Daphne genkwa and its Active ingradient

The present invention relates to: a pharmaceutical composition or a Nurr1 activating composition for the prevention or treatment of a neurodegenerative disease or a disease induced by impaired Nurr1 function, wherein the composition comprises an active ingredient in the form of genkwanin N or yuanhuacine, a Daphne genkwa extract comprising one or more of the above compounds, or a fraction thereof; or a functional food additive for preventing or alleviating a neurodegenerative disease or a disease induced by impaired Nurr1 function, wherein the additive comprises genkwanin N or yuanhuacine, a Daphne genkwa extract comprising one or more of the above compounds, or a fraction thereof; and a method for the prevention or treatment of a neurodegenerative disease or a disease induced by impaired Nurr1 function, wherein the method comprises the step of administering the pharmaceutical composition.국

Pharmaceutical composition for preventing or treating neurodegenerative diseases comprising compounds isolated from daphne genkwa extract

본 발명은 팥꽃나무 추출물로부터 분리된 화합물인 겐콰닌 N(Genkwanine N) 또는 유안후아신(Yuanhuacine), 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 유효성분으로 포함하는 신경퇴행성 질환 예방 또는 치료용 약학적 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로본 발명은 팥꽃나무의 유기용매 추출물로부터 분리된 Genkwanine N 또는 Yuanhuacine, 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 유효성분으로 포함하는 신경퇴행성 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물, Nurr1 기능 장애에 의해 유발되는 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물, Nurr1 활성화 조성물 및 상기 Genkwanine N 또는 Yuanhuacine을 유효성분으로 포함하는 신경퇴행성 질환의 예방 또는 개선용 기능성 식품 첨가물에 관한 것이다. 본 발명의 팥꽃나무 추출물로부터 분리한 화합물은 천연물 유래 화합물로서 별다른 부작용을 나타내지 않으면서도, 신경손상에 의한 Nurr1 단백질 활성 억제를 회복시키는데 우수한 효과를 나타냄으로써 Nurr1 단백질의 활성 억제로 인해 유발되는 파킨슨병을 비롯한 신경퇴행성 질환을 예방 또는 치료할 수 있다.국

Composition Comprising Extract of Rhodotypos scandens as Active Ingradient

본 발명은 병아리꽃나무의 줄기를 유기용매로 추출하여 수득한 병아리꽃나무 추출물을 유효성분으로 포함하는 파킨슨병의 예방 또는 치료용 약학적 조성물 및 상기 병아리꽃나무 추출물을 유효성분으로 포함하는 파킨슨병의 예방 또는 개선효과를 나타내는 식품 첨가물에 관한 것이다. 본 발명의 병아리꽃나무 추출물은 별다른 부작용을 나타내지 않으면서도, 파킨슨병을 예방 또는 치료할 수 있으므로, 파킨슨병의 보다 안전한 치료에 널리 활용될 수 있을 것이다.ope

Compostion for preventing or treating the neurodegenerative disease comprising Humulus japonicus extract as active ingredient

본 발명은 환삼덩굴(Humulus japonicus) 추출물 또는 그의 분획물을 유효성분으로 포함하는 퇴행성 뇌질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도파민성 신경세포사의 억제 효과 및 산화 스트레스에 대한 신경세포의 보호 효과와, 인지 능력 및 기억력 개선 효과를 갖는 환삼덩굴 추출물 또는 그의 분획물을 유효성분으로 포함하는 퇴행성 뇌질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물 및 예방 또는 개선용 건강기능식품에 관한 것이다. 본 발명의 환삼덩굴(Humulus japonicus) 추출물 또는 그의 분획물을 유효성분으로 함유하는 조성물은 도파민성 신경세포사를 억제하고, 산화 스트레스에 대한 신경세포의 보호 효과를 지닐 뿐만 아니라, 파킨슨병 및 알츠하이머병과 같은 퇴행성 뇌질환을 지닌 동물 모델에서 인지 능력 및 기억력 개선 효과를 나타내므로, 알츠하이머, 파킨슨병, 루게릭병, 경도 인지장애, 뇌졸중, 및 헌팅턴 병 등을 포함하는 퇴행성 뇌질환의 예방이나 치료를 위한 식품 또는 의약품으로 유용하게 사용될 수 있다.open국