Oxidative stress is implicated in neuronal apoptosis that occurs in physiological settings and in neurodegenerative disorders. Superoxide anion radical, produced during mitochondrial respiration, is involved in the generation of several potentially damaging reactive oxygen species including peroxynitrite. To examine directly the role of superoxide and peroxynitrite in neuronal apoptosis, we generated neural cell lines and transgenic mice that overexpress human mitochondrial manganese superoxide dismutase (MnSOD). In cultured pheochromocytoma PC6 cells, overexpression of mitochondria-localized MnSOD prevented apoptosis induced by Fe 2+ , amyloid β-peptide (Aβ), and nitric oxide-generating agents. Accumulations of peroxynitrite, nitrated proteins, and the membrane lipid peroxidation product 4-hydroxynonenal (HNE) after exposure to the apoptotic insults were markedly attenuated in cells expressing MnSOD. Glutathione peroxidase activity levels were increased in cells overexpressing MnSOD, suggesting a compensatory response to increased H 2 O 2 levels. The peroxynitrite scavenger uric acid and the antioxidants propyl gallate and glutathione prevented apoptosis induced by each apoptotic insult, suggesting central roles for peroxynitrite and membrane lipid peroxidation in oxidative stress-induced apoptosis. Apoptotic insults decreased mitochondrial transmembrane potential and energy charge in control cells but not in cells overexpressing MnSOD, and cyclosporin A and caspase inhibitors protected cells against apoptosis, demonstrating roles for mitochondrial alterations and caspase activation in the apoptotic process. Membrane lipid peroxidation, protein nitration, and neuronal death after focal cerebral ischemia were significantly reduced in transgenic mice overexpressing human MnSOD. The data suggest that mitochondrial superoxide accumulation and consequent peroxynitrite production and mitochondrial dysfunction play pivotal roles in neuronal apoptosis induced by diverse insults in cell culture and in vivo .

Estradiol protects against brain injury, neurodegeneration, and cognitive decline.Our previous work demonstrates that physiological levels of estradiol protect against stroke injury and that this protection may be mediated through receptor-dependent alterations of gene expression.In this report, we tested the hypothesis that estrogen receptors play a pivotal role in mediating neuroprotective actions of estradiol and dissected the potential biological roles of each estrogen receptor (ER) subtype, ER␣ and ER␤, in the injured brain.To investigate and delineate these mechanisms, we used ER␣-knockout (ER␣KO) and ER␤-knockout (ER␤KO) mice in an animal model of stroke.We performed our studies by using a controlled endocrine paradigm, because endogenous levels of estradiol differ dramatically among ER␣KO, ER␤KO, and wild-type mice.We ovariectomized ER␣KO, ER␤KO, and the respective wild-type mice and implanted them with capsules filled with oil (vehicle) or a dose of 17␤-estradiol that produces physiological hormone levels in serum.One week later, mice underwent ischemia.Our results demonstrate that deletion of ER␣ completely abolishes the protective actions of estradiol in all regions of the brain; whereas the ability of estradiol to protect against brain injury is totally preserved in the absence of ER␤.Thus, our results clearly establish that the ER␣ subtype is a critical mechanistic link in mediating the protective effects of physiological levels of estradiol in brain injury.Our discovery that ER␣ mediates protection of the brain carries far-reaching implications for the selective targeting of ERs in the treatment and prevention of neural dysfunction associated with normal aging or brain injury.

Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) is an endogenous insulinotropic peptide secreted from the gastrointestinal tract in response to food intake. It enhances pancreatic islet β-cell proliferation and glucose-dependent insulin secretion, and lowers blood glucose and food intake in patients with type 2 diabetes mellitus (T2DM). A long-acting GLP-1 receptor (GLP-1R) agonist, exendin-4 (Ex-4), is the first of this new class of antihyperglycemia drugs approved to treat T2DM. GLP-1Rs are coupled to the cAMP second messenger pathway and, along with pancreatic cells, are expressed within the nervous system of rodents and humans, where receptor activation elicits neurotrophic actions. We detected GLP-1R mRNA expression in both cultured embryonic primary cerebral cortical and ventral mesencephalic (dopaminergic) neurons. These cells are vulnerable to hypoxia- and 6-hydroxydopamine–induced cell death, respectively. We found that GLP-1 and Ex-4 conferred protection in these cells, but not in cells from Glp1r knockout (-/-) mice. Administration of Ex-4 reduced brain damage and improved functional outcome in a transient middle cerebral artery occlusion stroke model. Ex-4 treatment also protected dopaminergic neurons against degeneration, preserved dopamine levels, and improved motor function in the 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) mouse model of Parkinson's disease (PD). Our findings demonstrate that Ex-4 can protect neurons against metabolic and oxidative insults, and they provide preclinical support for the therapeutic potential for Ex-4 in the treatment of stroke and PD.

Amyloid β-peptide (Aβ) is a major fibrillar component of neuritic plaques in Alzheimer's disease (AD) brains and is related to the pathogenesis of the disease. We hypothesized that amyloid formation could be inhibited by peptides homologous to Aβ (position 17-21) with a similar degree of hydrophobicity, but with a very low propensity to adopt a β-sheet conformation by incorporating proline residues (anti-β-sheet peptides or β-sheet inhibitors). An 11-residue peptide with these characteristics binds to Aβ, inhibits Aβ fibril formation and partially disaggregates preformed fibrilsin vitro.Shorter anti-β-sheet peptides and analogs containing D-amino acids are also able to inhibit Aβ fibrillogenesis. The latter are more resistant to proteolytic degradation and may serve as a starting point to design more efficient peptides derivatives to inhibit amyloidogenesis in vivo.

The degenerative process of Alzheimer's disease is linked to a shift in the balance between amyloid-beta (Abeta) production, clearance, and degradation. Neprilysin has recently been implicated as a major extracellular Abeta degrading enzyme in the brain. However, there has been no direct demonstration that neprilysin antagonizes the deposition of amyloid-beta in vivo. To address this issue, a lentiviral vector expressing human neprilysin (Lenti-Nep) was tested in transgenic mouse models of amyloidosis. We show that unilateral intracerebral injection of Lenti-Nep reduced amyloid-beta deposits by half relative to the untreated side. Furthermore, Lenti-Nep ameliorated neurodegenerative alterations in the frontal cortex and hippocampus of these transgenic mice. These data further support a role for neprilysin in regulating cerebral amyloid deposition and suggest that gene transfer approaches might have potential for the development of alternative therapies for Alzheimer's disease.

Abstract Recent findings suggest that hypercholesterolemia may contribute to the onset of Alzheimer’s disease‐like dementia but the underlying mechanisms remain unknown. In this study, we evaluated the cognitive performance in rodent models of hypercholesterolemia in relation to neuroinflammatory changes and amyloid precursor protein (APP) processing, the two key parameters of Alzheimer’s disease pathogenesis. Groups of normal C57BL/6 and low density lipoprotein receptor (LDLR)‐deficient mice were fed a high fat/cholesterol diet for an 8‐week period and tested for memory in a radial arm maze. It was found that the C57BL/6 mice receiving a high fat diet were deficient in handling an increasing working memory load compared with counterparts receiving a control diet while the hypercholesterolemic LDLR−/− mice showed impaired working memory regardless of diet. Immunohistochemical analysis revealed the presence of activated microglia and astrocytes in the hippocampi from high fat‐fed C57BL/6 mice and LDLR−/− mice. Consistent with a neuroinflammatory response, the hyperlipidemic mice showed increased expression of cytokines/mediators including tumor necrosis factor‐α, interleukin‐1β and ‐6, nitric oxide synthase 2, and cycloxygenase 2. There was also an induced expression of the key APP processing enzyme i.e. β‐site APP cleaving enzyme 1 in both high fat/cholesterol‐fed C57BL/6 and LDLR−/− mice accompanied by an increased generation of C‐terminal fragments of APP. Although ELISA for beta‐amyloid failed to record significant changes in the non‐transgenic mice, a threefold increase in beta‐amyloid 40 accumulation was apparent in a strain of transgenic mice expressing wild‐type human APP on high fat/cholesterol diet. The findings link hypercholesterolemia with cognitive dysfunction potentially mediated by increased neuroinflammation and APP processing in a non‐transgenic mouse model.

BACKGROUND Serum amyloid A (SAA) proteins increase dramatically in the blood following inflammation. Recently, SAAs are increased in humans following stroke and in ischemic animal models. However, the impact of SAAs on whether this signal is critical in the ischemic brain remains unknown. Therefore, we investigated the role of SAA and SAA signaling in the ischemic brain. METHODS Wildtype and SAA deficient mice were exposed to middle cerebral artery occlusion and reperfusion, examined for the impact of infarct volumes, behavioral changes, inflammatory markers, TUNEL staining, and BBB changes. The underlying mechanisms were investigated using SAA deficient mice, transgenic mice and viral vectors. RESULTS SAA levels were significantly increase following MCAo and mice deficient in SAAs showed reduced infarct volumes and improved behavioral outcomes. SAA deficient mice showed a reduction in TUNEL staining, inflammation and decreased glial activation. Mice lacking acute phase SAAs demonstrated a reduction in expression of the NLRP3 inflammasome and SAA/NLRP3 KO mice showed improvement. Restoration of SAA expression via SAA tg mice or adenoviral expression reestablished the detrimental effects of SAA. A reduction in BBB permeability was seen in the SAA KO mice and anti-SAA antibody treatment reduced the effects on ischemic injury. CONCLUSIONS SAA signaling plays a critical role in regulating NLRP3-induced inflammation and glial activation in the ischemic brain. Blocking this signal will be a promising approach for treating ischemic stroke. GRAPHIC ABSTRACT A graphic abstract is available for this article.