Parkinson's disease is a chronic neurodegenerative disorder characterized by the loss of dopamine neurons in the substantia nigra, decreased striatal dopamine levels, and consequent extrapyramidal motor dysfunction. We now report that minocycline, a semisynthetic tetracycline, recently shown to have neuroprotective effects in animal models of stroke/ischemic injury and Huntington's disease, prevents nigrostriatal dopaminergic neurodegeneration in the 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) mouse model of Parkinson's disease. Minocycline treatment also blocked dopamine depletion in the striatum as well as in the nucleus accumbens after MPTP administration. The neuroprotective effect of minocycline is associated with marked reductions in inducible NO synthase (iNOS) and caspase 1 expression. In vitro studies using primary cultures of mesencephalic and cerebellar granule neurons (CGN) and/or glia demonstrate that minocycline inhibits both 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP(+))-mediated iNOS expression and NO-induced neurotoxicity, but MPP(+)-induced neurotoxicity is inhibited only in the presence of glia. Further, minocycline also inhibits NO-induced phosphorylation of p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) in CGN and the p38 MAPK inhibitor, SB203580, blocks NO toxicity of CGN. Our results suggest that minocycline blocks MPTP neurotoxicity in vivo by indirectly inhibiting MPTP/MPP(+)-induced glial iNOS expression and/or directly inhibiting NO-induced neurotoxicity, most likely by inhibiting the phosphorylation of p38 MAPK. Thus, NO appears to play an important role in MPTP neurotoxicity. Neuroprotective tetracyclines may be effective in preventing or slowing the progression of Parkinson's and other neurodegenerative diseases.

We quantified the amount of amyloid beta-peptide (Abeta) immunoreactivity as well as amyloid deposits in a large cohort of transgenic mice overexpressing the V717F human amyloid precursor protein (APP(V717F+/-) TG mice) with no, one, or two mouse apolipoprotein E (Apoe) alleles at various ages. Remarkably, no amyloid deposits were found in any brain region of APP(V717F+/-) Apoe(-/-) TG mice as old as 22 mo of age, whereas age-matched APP(V717F +/-) Apoe(+/-) and Apoe(+/+) TG mice display abundant amyloid deposition. The amount of Abeta immunoreactivity in the hippocampus was also markedly reduced in an Apoe gene dose-dependent manner (Apoe(+/+) > Apoe(+/-) >> Apoe(-/-)), and no Abeta immunoreactivity was detected in the cerebral cortex of APP(V717F+/-) Apoe(-/-) TG mice at any of the time points examined. The absence of apolipoprotein E protein (apoE) dramatically reduced the amount of both Abeta(1-40) and Abeta(1-42) immunoreactive deposits as well as the resulting astrogliosis and microgliosis normally observed in APP(V717F) TG mice. ApoE immunoreactivity was detected in a subset of Abeta immunoreactive deposits and in virtually all thioflavine-S-fluorescent amyloid deposits. Because the absence of apoE alters neither the transcription or translation of the APP(V717F) transgene nor its processing to Abeta peptide(s), we postulate that apoE promotes both the deposition and fibrillization of Abeta, ultimately affecting clearance of protease-resistant Abeta/apoE aggregates. ApoE appears to play an essential role in amyloid deposition in brain, one of the neuropathological hallmarks of Alzheimer's disease.

Abstract The corpus callosum is an oligodendrocyte-enriched brain region, replenished by newborn oligodendrocytes from oligodendrocyte progenitor cells (OPCs) in subventricular zone (SVZ). Lead (Pb) exposure has been associated with multiple sclerosis, a disease characterized by the loss of oligodendrocytes. This study aimed to investigate the effects of Pb exposure on oligodendrogenesis in SVZ and myelination in the corpus callosum. Adult female mice were used for a disproportionately higher prevalence of multiple sclerosis in females. Acute Pb exposure (one ip-injection of 27 mg Pb/kg as PbAc2 24 hr before sampling) caused mild Pb accumulation in the corpus callosum. Ex vivo assay using isolated SVZ tissues collected from acute Pb-exposed brains showed a diminished oligodendrogenesis in SVZ-derived neurospheres compared with controls. In vivo subchronic Pb exposure (13.5 mg Pb/kg by daily oral gavage 4 wk) revealed significantly decreased newborn BrdU+/MBP+ oligodendrocytes in the corpus callosum, suggesting demyelination. Mechanistic investigations indicated decreased Rictor in SVZ OPCs, defective self-defense pathways, and reactive gliosis in the corpus callosum. Given the interwined pathologies between multiple sclerosis and Alzheimer’s disease, the effect of Pb on myelination was evaluated in AD-modeled APP/PS1 mice. Myelin MRI on mice following chronic exposure (1,000 ppm Pb in drinking water as PbAc2 for 20 wk) revealed a profound demyelination in the corpus callosum compared with controls. Immunostaining of the choroid plexus showed diminished signaling molecule (Klotho, OTX2) expressions in Pb-treated animals. These observations suggest that Pb caused demyelination in the corpus callosum, likely by disrupting oligodendrogenesis from SVZ OPCs. Pb-induced demyelination represents a crucial pathogenic pathway in Pb neurotoxicity, including multiple sclerosis.

Abstract Background The iron concentration increases during normal brain development and is identified as a risk factor for many neurodegenerative diseases, it is vital to monitor iron content in the brain non-invasively. Purpose This study aimed to quantify in vivo brain iron concentration with a 3D rosette-based ultra-short echo time (UTE) magnetic resonance imaging (MRI) sequence. Methods A cylindrical phantom containing nine vials of different iron concentrations (iron (II) chloride) from 0.5 millimoles to 50 millimoles and six healthy subjects were scanned using 3D high-resolution (0.94×0.94×0.94 mm 3 ) rosette UTE sequence at an echo time (TE) of 20 μs. Results Iron-related hyperintense signals (i.e., positive contrast) were detected based on the phantom scan, and were used to establish an association between iron concentration and signal intensity. The signal intensities from in vivo scans were then converted to iron concentrations based on the association. The deep brain structures, such as the substantia nigra, putamen, and globus pallidus, were highlighted after the conversion, which indicated potential iron accumulations. Conclusion This study suggested that T 1 -weighted signal intensity could be used for brain iron mapping.