There is evidence that medications or vitamins that increase the levels of brain catecholamines and protect against oxidative damage may reduce the neuronal damage and slow the progression of Alzheimer's disease.

Investigation of axonal biology in the central nervous system (CNS) is hindered by a lack of an appropriate in vitro method to probe axons independently from cell bodies. Here we describe a microfluidic culture platform that polarizes the growth of CNS axons into a fluidically isolated environment without the use of targeting neurotrophins. In addition to its compatibility with live cell imaging, the platform can be used to (i) isolate CNS axons without somata or dendrites, facilitating biochemical analyses of pure axonal fractions and (ii) localize physical and chemical treatments to axons or somata. We report the first evidence that presynaptic (Syp) but not postsynaptic (Camk2a) mRNA is localized to developing rat cortical and hippocampal axons. The platform also serves as a straightforward, reproducible method to model CNS axonal injury and regeneration. The results presented here demonstrate several experimental paradigms using the microfluidic platform, which can greatly facilitate future studies in axonal biology.

ContextSeveral reports from small clinical trials have suggested that estrogen replacement therapy may be useful for the treatment of Alzheimer disease (AD) in women.ObjectiveTo determine whether estrogen replacement therapy affects global, cognitive, or functional decline in women with mild to moderate AD.DesignThe Alzheimer's Disease Cooperative Study, a randomized, double-blind, placebo-controlled clinical trial conducted between October 1995 and January 1999.SettingThirty-two study sites in the United States.ParticipantsA total of 120 women with mild to moderate AD and a Mini-Mental State Examination score between 12 and 28 who had had a hysterectomy.InterventionsParticipants were randomized to estrogen, 0.625 mg/d (n = 42), or 1.25 mg/d (n = 39), or to identically appearing placebo (n = 39). One subject withdrew after randomization but before receiving medication; 97 subjects completed the trial.Main Outcome MeasuresThe primary outcome measure was change on the Clinical Global Impression of Change (CGIC) 7-point scale, analyzed by intent to treat; secondary outcome measures included other global measures as well as measures of mood, specific cognitive domains (memory, attention, and language), motor function, and activities of daily living; compared by the combined estrogen groups vs the placebo group at 2, 6, 12, and 15 months of follow-up.ResultsThe CGIC score for estrogen vs placebo was 5.1 vs 5.0 (P = .43); 80% of participants taking estrogen vs 74% of participants taking placebo worsened (P = .48). Secondary outcome measures also showed no significant differences, with the exception of the Clinical Dementia Rating Scale, which suggested worsening among patients taking estrogen (mean posttreatment change in score for estrogen, 0.5 vs 0.2 for placebo; P = .01).ConclusionsEstrogen replacement therapy for 1 year did not slow disease progression nor did it improve global, cognitive, or functional outcomes in women with mild to moderate AD. The study does not support the role of estrogen for the treatment of this disease. The potential role of estrogen in the prevention of AD, however, requires further research.

The amyloid A4 or beta peptide is a major component of extracellular amyloid deposits that are a characteristic feature of Alzheimer's disease. We synthesized a series of peptide analogs of the A4/beta peptide which are progressively longer at their carboxyl termini, including 42- and 39-residue peptides which represent the major forms of the A4/beta peptide in senile plaque and the hereditary cerebral hemorrhage with amyloidosis form, respectively. All peptides tested, beta 1-28 through beta 1-42, formed amyloid-like fibrils and previously unreported thin sheet-like structures which stained with thioflavin T and Congo Red. The solubility of beta 1-42 and shorter peptides was pH and concentration dependent, with a broad insolubility profile in the pH range of 3.5-6.5 and at concentrations above 0.75 mg/ml. Only peptides of 42 residues or longer were significantly insoluble at pH 7.4. beta 1-47 and beta 1-52 peptides are highly insoluble in aqueous media but are soluble at 40 mg/ml in the alpha helix-promoting solvent, 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol. Sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis revealed that the beta 1-42 peptide migrates as a series of higher molecular mass aggregates whereas shorter peptides migrate as monomers. Aggregation is also dependent on pH, peptide concentration, and time of incubation in aqueous medium. These results indicate that the length of the hydrophobic carboxyl terminus of the A4/beta peptide is important in determining the solubility and aggregation properties of the A4/beta peptide and that acid pH environment, high peptide concentration, and long incubation time would be predicted to be important factors in promoting amyloid deposition.

Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and nerve growth factor (NGF) support the viability and function of many types of neurons, and are likely mediators of activity-dependent changes in the CNS. We examined BDNF and NGF mRNA levels in several brain areas of adult male rats following 0, 2, 4, or 7 nights with ad libitum access to running wheels. BDNF mRNA was significantly increased in several brain areas, most notably in the hippocampus and caudal13 of cerebral cortex following 2, 4, and 7 nights with exercise. Significant elevations in BDNF mRNA were localized in Ammon's horn areas 1 (CAI) and 4 (CA4) of the hippocampus, and layers II–III of the caudal neocortex and retrosplenial cortex. NGF mRNA was also significantly elevated in the hippocampus and caudal13 of the cortex, affecting primarily the dentate gyrus granular layer (DG) and CA4 of the hippocampus and layers II–III in caudal neocortex.

A series of ω-phosphono-α-car☐ylic acids were tested as antagonists of excitatory amino acid depolarizations and long-term potentiation (LTP) in region CA1 of rat hippocampal slices. The 5- and 7-phosphono compounds (±AP5and±AP7) blocked N-methyl-D-aspartate (NMDA) depolarizations and prevented the induction of LTP of the synaptic field potential and population spike components of the Schaffer collateral response.±AP5and±AP7 did not reduce kainate or quisqualate depolarizations and did not affect unpoten synaptic response amplitude.±AP5, ±AP6and±AP8 did not block amino acid excitant responses or LTP.These results demonstrate that NMDA receptors present in hippocampal region CA1 are not necessary for normal synaptic transmission, but are involved in the initiation of long-term synaptic plasticity.

Synapses that employ excitatory amino acids (EAA) as their neurotransmitter use multiple combinations of receptors, apparently yielding different functional properties. The most well-characterized receptor class, the N-methyl-d-aspartate (NMDA) receptor, is found throughout the brain but primarily in telencephalic regions. Phencyclidine and glycine binding sites, which interact allosterically with NMDA receptors, have almost identical distributions. NMDA sites also extensively overlap with the quisqualate excitatory amino acid receptor class, but are less often found co-localized with the kainate receptor class. Evidence obtained with presynaptic markers - high affinity glutamate or aspartate uptake, Ca2+-dependent release, and glutamate and aspartate contents - each indicate that EAA are major transmitters of corticocortical, corticofugal, and sensory systems. Recent advances in the histological analysis of these markers are now providing a more detailed map of the excitatory amino acid system and this anatomical map appears to correspond to the distribution of the sum of the receptors. Thus the receptor systems may represent distinct, anatomically-organized, subsystems of excitatory amino acid-mediated neurotransmission.

Abstract Voluntary physical activity and exercise training can favorably influence brain plasticity by facilitating neurogenerative, neuroadaptive, and neuroprotective processes. At least some of the processes are mediated by neurotrophic factors. Motor skill training and regular exercise enhance executive functions of cognition and some types of learning, including motor learning in the spinal cord. These adaptations in the central nervous system have implications for the prevention and treatment of obesity, cancer, depression, the decline in cognition associated with aging, and neurological disorders such as Parkinson's disease, Alzheimer's dementia, ischemic stroke, and head and spinal cord injury. Chronic voluntary physical activity also attenuates neural responses to stress in brain circuits responsible for regulating peripheral sympathetic activity, suggesting constraint on sympathetic responses to stress that could plausibly contribute to reductions in clinical disorders such as hypertension, heart failure, oxidative stress, and suppression of immunity. Mechanisms explaining these adaptations are not as yet known, but metabolic and neurochemical pathways among skeletal muscle, the spinal cord, and the brain offer plausible, testable mechanisms that might help explain effects of physical activity and exercise on the central nervous system.

ß-Amyloid peptide forms the senile plaques of Alzheimer's disease and has been previously demonstrated to have both trophic and toxic effects on neurons in vitro. We report here that synthetic ß-amyloid peptide shows both aggregation and neurotoxicity after a 2–4 day incubation period, but is neurite-promoting and not toxic in its initially solubilized state. SDS-PAGE characterization shows that newly solubilized ß-amyloid is predominantly monomeric whereas incubated peptide has several high molecular weight species.

Alzheimer's disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder for which there are few therapeutics that affect the underlying disease mechanism. Recent epidemiological studies, however, suggest that lifestyle changes may slow the onset/progression of AD. Here we have used TgCRND8 mice to examine directly the interaction between exercise and the AD cascade. Five months of voluntary exercise resulted in a decrease in extracellular amyloid-β (Aβ) plaques in the frontal cortex (38%; p = 0.018), the cortex at the level of the hippocampus (53%; p = 0.0003), and the hippocampus (40%; p = 0.06). This was associated with decreased cortical Aβ1-40 (35%; p = 0.005) and Aβ1-42 (22%; p = 0.04) (ELISA). The mechanism appears to be mediated by a change in the processing of the amyloid precursor protein (APP) after short-term exercise, because 1 month of activity decreased the proteolytic fragments of APP [for α-C-terminal fragment (α-CTF), 54% and p = 0.04; for β-CTF, 35% and p = 0.03]. This effect was independent of mRNA/protein changes in neprilysin and insulin-degrading enzyme and, instead, may involve neuronal metabolism changes that are known to affect APP processing and to be regulated by exercise. Long-term exercise also enhanced the rate of learning of TgCRND8 animals in the Morris water maze, with significant ( p < 0.02) reductions in escape latencies over the first 3 (of 6) trial days. In support of existing epidemiological studies, this investigation demonstrates that exercise is a simple behavioral intervention sufficient to inhibit the normal progression of AD-like neuropathology in the TgCRND8 mouse model.