A molecular basis for memory failure in Alzheimer's disease (AD) has been recently hypothesized, in which a significant role is attributed to small, soluble oligomers of amyloid β-peptide (Aβ). Aβ oligomeric ligands (also known as ADDLs) are known to be potent inhibitors of hippocampal long-term potentiation, which is a paradigm for synaptic plasticity, and have been linked to synapse loss and reversible memory failure in transgenic mouse AD models. If such oligomers were to build up in human brain, their neurological impact could provide the missing link that accounts for the poor correlation between AD dementia and amyloid plaques. This article, using antibodies raised against synthetic Aβ oligomers, verifies the predicted accumulation of soluble oligomers in AD frontal cortex. Oligomers in AD reach levels up to 70-fold over control brains. Brain-derived and synthetic oligomers show structural equivalence with respect to mass, isoelectric point, and recognition by conformation-sensitive antibodies. Both oligomers, moreover, exhibit the same striking patterns of attachment to cultured hippocampal neurons, binding on dendrite surfaces in small clusters with ligand-like specificity. Binding assays using solubilized membranes show oligomers to be high-affinity ligands for a small number of nonabundant proteins. Current results confirm the prediction that soluble oligomeric Aβ ligands are intrinsic to AD pathology, and validate their use in new approaches to therapeutic AD drugs and vaccines.

The cognitive hallmark of early Alzheimer's disease (AD) is an extraordinary inability to form new memories. For many years, this dementia was attributed to nerve-cell death induced by deposits of fibrillar amyloid beta (Abeta). A newer hypothesis has emerged, however, in which early memory loss is considered a synapse failure caused by soluble Abeta oligomers. Such oligomers rapidly block long-term potentiation, a classic experimental paradigm for synaptic plasticity, and they are strikingly elevated in AD brain tissue and transgenic-mouse AD models. The current work characterizes the manner in which Abeta oligomers attack neurons. Antibodies raised against synthetic oligomers applied to AD brain sections were found to give diffuse stain around neuronal cell bodies, suggestive of a dendritic pattern, whereas soluble brain extracts showed robust AD-dependent reactivity in dot immunoblots. Antigens in unfractionated AD extracts attached with specificity to cultured rat hippocampal neurons, binding within dendritic arbors at discrete puncta. Crude fractionation showed ligand size to be between 10 and 100 kDa. Synthetic Abeta oligomers of the same size gave identical punctate binding, which was highly selective for particular neurons. Image analysis by confocal double-label immunofluorescence established that >90% of the punctate oligomer binding sites colocalized with the synaptic marker PSD-95 (postsynaptic density protein 95). Synaptic binding was accompanied by ectopic induction of Arc, a synaptic immediate-early gene, the overexpression of which has been linked to dysfunctional learning. Results suggest the hypothesis that targeting and functional disruption of particular synapses by Abeta oligomers may provide a molecular basis for the specific loss of memory function in early AD.

A nanoscale optical biosensor based on localized surface plasmon resonance (LSPR) spectroscopy has been developed to monitor the interaction between the antigen, amyloid-beta derived diffusible ligands (ADDLs), and specific anti-ADDL antibodies. Using the sandwich assay format, this nanosensor provides quantitative binding information for both antigen and second antibody detection that permits the determination of ADDL concentration and offers the unique analysis of the aggregation mechanisms of this putative Alzheimer's disease pathogen at physiologically relevant monomer concentrations. Monitoring the LSPR-induced shifts from both ADDLs and a second polyclonal anti-ADDL antibody as a function of ADDL concentration reveals two ADDL epitopes that have binding constants to the specific anti-ADDL antibodies of 7.3 x 10(12) M(-1) and 9.5 x 10(8) M(-1). The analysis of human brain extract and cerebrospinal fluid samples from control and Alzheimer's disease patients reveals that the LSPR nanosensor provides new information relevant to the understanding and possible diagnosis of Alzheimer's disease.

The recently developed ultrasensitive bio-barcode assay was used to measure the concentration of amyloid-β-derived diffusible ligands (ADDLs), a potential soluble pathogenic Alzheimer's disease (AD) marker, in the cerebrospinal fluid (CSF) of 30 individuals. ADDL concentrations for the subjects diagnosed with AD were consistently higher than the levels in the CSF taken from nondemented age-matched controls. Studies of ADDLs or for any other potential pathogenic AD markers in CSF have not been possible because of their low concentration in CSF (<1 pM). This study is a step toward a diagnostic tool, based on soluble pathogenic markers for the debilitating disease.

Amyloid beta 1-42 (Abeta(1-42)) is a self-associating peptide that becomes neurotoxic upon aggregation. Toxicity originally was attributed to the presence of large, readily formed Abeta fibrils, but a variety of other toxic species are now known. The current study shows that Abeta(1-42) can self-assemble into small, stable globular assemblies free of fibrils and protofibrils. Absence of large molecules was verified by atomic force microscopy (AFM) and nondenaturing gel electrophoresis. Denaturing electrophoresis revealed that the globular assemblies comprised oligomers ranging from trimers to 24mers. Oligomers prepared at 4 degrees C stayed fibril-free for days and remained so when shifted to 37 degrees C, although the spectrum of sizes shifted toward larger oligomers at the higher temperature. The soluble, globular Abeta(1-42) oligomers were toxic to PC12 cells, impairing reduction of MTT and interfering with ERK and Rac signal transduction. Occasionally, oligomers were neither toxic nor recognized by toxicity-neutralizing antibodies, suggesting that oligomers could assume alternative conformations. Tests for oligomerization-blocking activity were carried out by dot-blot immunoassays and showed that neuroprotective extracts of Ginkgo biloba could inhibit oligomer formation at very low doses. The observed neurotoxicity, structure, and stability of synthetic Abeta(1-42) globular assemblies support the hypothesis that Abeta(1-42) oligomers play a role in triggering nerve cell dysfunction and death in Alzheimer's disease.

Radioresistance is a major challenge in prostate cancer (CaP) radiotherapy (RT). In this study, we investigated the role and association of epithelial-mesenchymal transition (EMT), cancer stem cells (CSCs) and the PI3K/Akt/mTOR signaling pathway in CaP radioresistance. We developed three novel CaP radioresistant (RR) cell lines (PC-3RR, DU145RR and LNCaPRR) by radiation treatment and confirmed their radioresistance using a clonogenic survival assay. Compared with untreated CaP-control cells, the CaP-RR cells had increased colony formation, invasion ability and spheroid formation capability (P<0.05). In addition, enhanced EMT/CSC phenotypes and activation of the checkpoint proteins (Chk1 and Chk2) and the PI3K/Akt/mTOR signaling pathway proteins were also found in CaP-RR cells using immunofluorescence, western blotting and quantitative real-time PCR (qRT-PCR). Furthermore, combination of a dual PI3K/mTOR inhibitor (BEZ235) with RT effectively increased radiosensitivity and induced more apoptosis in CaP-RR cells, concomitantly correlated with the reduced expression of EMT/CSC markers and the PI3K/Akt/mTOR signaling pathway proteins compared with RT alone. Our findings indicate that CaP radioresistance is associated with EMT and enhanced CSC phenotypes via activation of the PI3K/Akt/mTOR signaling pathway, and that the combination of BEZ235 with RT is a promising modality to overcome radioresistance in the treatment of CaP. This combination approach warrants future in vivo animal study and clinical trials.

Yes-associated protein (YAP) is a central player in cancer development, with functions extending beyond its recognized role in cell growth regulation. Recent work has identified a link between YAP/transcriptional coactivator with PDZ-binding motif (TAZ) and the DNA damage response. Here, we investigated the mechanistic underpinnings of the cross-talk between DNA damage repair and YAP activity. Ku70, a key component of the nonhomologous end joining pathway to repair DNA damage, engaged in a dynamic competition with TEAD4 for binding to YAP, limiting the transcriptional activity of YAP. Depletion of Ku70 enhanced interaction between YAP and TEAD4 and boosted YAP transcriptional capacity. Consequently, Ku70 loss enhanced tumorigenesis in colon cancer and hepatocellular carcinoma (HCC) in vivo. YAP impeded DNA damage repair and elevated genome instability by inducing PARP1 degradation through the SMURF2-mediated ubiquitin-proteasome pathway. Analysis of samples from patients with HCC substantiated the link between Ku70 expression, YAP activity, PARP1 levels, and genome instability. In conclusion, this research provides insight into the mechanistic interactions between YAP and key regulators of DNA damage repair, highlighting the role of a Ku70-YAP-PARP1 axis in preserving genome stability. Significance: Increased yes-associated protein transcriptional activity stimulated by loss of Ku70 induces PARP1 degradation by upregulating SMURF2 to inhibit DNA damage, driving genome instability and tumorigenesis.