Administration of a phosphodiesterase 4B(PDE4B) inhibitor reduces hippocampal neuronal cell death after global cerebral ischemia = Phosphodiesterase 4B 억제가 전뇌허혈로 인해 발생하는 해마의 신경세포 사멸에 미치는 영향

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Administration of a phosphodiesterase 4B (PDE4B) inhibitor reduces hippocampal neuronal cell death after global cerebral ischemia.

Global cerebral ischemia (GCI) is a condition characterized by insufficient blood supply, leading to various pathological processes, including disturbances in energy metabolism, lysosomal and mitochondrial dysfunction, neuronal degeneration, and cognitive impairment. Particularly phosphodiesterase 4B regulates immunoregulatory mechanisms involved in disease progression. Increased PDE4B reduces cyclic adenosine monophosphate, decreasing protein kinase A activity which impacts lysosome/autophagy functions. Amlexanox (AMX), an inhibitor of PDE4B, is known as an anti-inflammatory immune modulator. By targeting PDE4B, AMX can regulate lysosome/autophagy functions. This study aims to investigate whether the administration of AMX after GCI could enhance lysosomal/autophagy function, and prevent the accumulation of toxic substances, reducing neurodegeneration. In a mouse GCI model, AMX was administered 10 mg/kg intraperitoneally (i.p.) daily after the injury, and the effects of AMX were analyzed. The neurodegeneration in the hippocampus was evaluated using FJB, PDE4B, LAMP2, LC3Ⅱ, BAX, and Bcl2. The results of this study demonstrated that AMX treatment reduced PDE4B levels, improving lysosome/autophagy and mitochondrial functions. This reduction in PDE4B iv activity enhanced lysosome/autophagy functions, decreasing hippocampal neuronal death. In conclusion, AMX has the potential protection against neurodegeneration by enhancing lysosome/autophagy functions through the
PDE4B and regulating cAMP-PKA signals AMX may serve as a promising therapeutic approach to ischemic injury.

국문 초록 (Abstract)

Phosphodiesterase 4B (PDE4B) 억제가 전뇌허혈로 인해 발생하는 해마의 신경세포 사멸에 미치는 영향

전뇌허혈은 뇌의 혈류 공급 부족으로 발생하는 상태로, 에너지 대사 장애, 리소좀 및 미토콘드리아 기능 이상, 신경 세포 시멸, 인지 장애 등 다양한 병리학적 과정이 특징이다. phosphodiesterase 4B (PDE4B)는 질병에 관여하는 면역 조절 메커니즘을 조절한다고 알려져 있다. 증가된 PDE4B는 cyclic adenosine monophosphate (cAMP)를 감소시켜 protein kinase A (PKA) 활성을 감소시키며, 이는 리소좀 및 자가포식 기능에 영향을 미친다. PDE4B 억제제로 알려진 amlexanox (AMX)는 항염증성 면역 조절제로 작용한다. AMX는 PDE4B를 타깃으로 하여 리소좀 및 자가포식 기능을 조절한다. 본 연구는 전뇌허혈 후 AMX 투여가 리소좀 및 자가포식 기능을 강화하고 독성 물질 축적을 방지하여 신경사멸을 감소시킬 수 있는지를 연구하였다. 마우스 전뇌허혈 모델에서 허혈 유도 후 AMX를 매일 10mg/kg 농도로 복강 내 투여하여 효과를 분석하였다. 해마에서의 신경사멸은 FJB, PDE4B, LAMP2, LC3Ⅱ, BAX 등을 이용해 평가하였다. 연구 결과, AMX 투여는 PDE4B 활성 감소 및 리소좀/자가포식 및 미토콘드리아 기능 개선을 나타내었다. 이러한 PDE4B 활성 억제는 리소좀/자가포식 기능 향상을 통해 해마의 신경세포 사멸을 억제함을 알 수 있었다. 결론적으로, 본 연구는 AMX가 PDE4B를 억제하여 cAMP-PKA 신호를 조절하고, 리소좀 및 자가포식 기능을 향상시킴으로써 뇌허혈로 인한 신경세포 사멸을 억제 할 수 있다는 가능성을 보여주고 있음.

목차 (Table of Contents)

• ABSTRACT ENGLISH iii
• I. INTRODUCTION · 1
• II. MATERIAL AND METHODS 4
• 1. Experimental animals 4
• 2. Primary neuron culture 4
• 3. Oxygen-glucose deprivation model · 5
• 4. Cell viability assay (WST assay) · 5
• 5. Global cerebral ischemia induction · 6
• 6. Brain tissue preparation 7
• 7. Measurement of neuronal death 7
• 8. Detection of blood-brain barrier (BBB) disruption · 8
• 9. Immunohistochemistry · 9
• 10. Western blot analysis 10
• 11. Behavior testing 10
• 12. Quantification 11
• 13. Statistical analysis · 12
• III. RESULTS · 13
• IV. DISCUSSION 21
• V. FIGURES 26
• VI. REFERENCES 39
• ABSTRACT KOREAN · 47