Date of Award

10-2021

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Medical Sciences (MSMS)

Department

Pharmacology and Therapeutics

First Advisor

Dr. Shreesh Kumar Ojha

Abstract

Parkinson's disease (PD) is one of the prevalent neurodegenerative diseases in elderly population. The symptoms of PD often begin with motor and cognitive impairment that are attributed to the dopaminergic neurons degeneration. Rotenone (ROT) is a naturally derived pesticide that is used in agriculture to control pests. It is a neurotoxin well-established for use in resembling PD symptoms in research. Limonene (LMN) is a plant derived monoterpene extracted from citrus peel with a wide range of therapeutic effects. Due to the shortage in available therapeutic agents that can cure or halt the progressive degeneration of PD, the main aim of this thesis is to scrutinize and to reach a consensus regarding the potential neuroprotective effects of LMN in a rat model of ROT-induced PD against underlying mechanisms including oxidative stress, neuro-inflammation and apoptosis. An animal model of PD was established on Wistar rats by intraperitoneal injection of (2.5 mg/kg) ROT for 28 days. Modulatory functions of LMN (50 mg/kg, p.o) were investigated by performing immunofluorescence for Ionized calcium-binding adaptor protein-1 (Iba-I), Glial fibrillary acidic protein (GFAP) and Tyrosine Hydroxylase (TH) in both striatum and substantia nigra. Superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione (GSH), malondialdehyde (MDA) were also evaluated. Neuro-inflammation biomarkers; interleukin-1β (IL-1β), interleukin-6 (IL-6), and tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) were assessed by ELISA. Immunoblotting was performed for measuring other biomarkers including cyclooxygenase-2 (COX-2), inducible nitric oxide synthase (iNOS), Bax, Bcl-2, cleaved caspase-3 and caspase-9, Cytochrome C, Brain Derived Neurotrophic Factor (BDNF), mitochondrial complex-I (MC-I), α-Synuclein and NF-κB. Rotarod test was also performed to assess motor coordination. Results showed a significant loss in dopaminergic neurons following ROT administration. However, LMN treatment rescued the dopaminergic neurons from the progressive loss in both substantia nigra and striatum. LMN attenuated the activation of astrocytes and microglia observed in ROT-injected rats and decreased the raised levels of inflammatory mediators, such as COX-2 and iNOS, IL-1β, IL-6 and TNF-α in addition to suppressing NF-κB signaling pathway. LMN treatment restored the activity of antioxidant enzymes, prevented glutathione depletion and inhibited lipid peroxidation. The phosphorylated JNK and P38 kinases were downregulated in LMN pretreated rats, while p-mTOR was upregulated. Apoptosis was remarkably alleviated by LMN administration evident by the increase in anti-apoptotic and the reduction in pro-apoptotic proteins. Motor functions were also improved significantly in LMN treated rats. Findings reported a regressive α-Synuclein expression, improved BDNF level and a restoration of complex-1 activity following LMN administration. Given these findings, LMN mitigated ROT-induced dopaminergic neurodegeneration, which is suggestive of the protective properties of LMN in PD treatment through various biological mechanisms.

Arabic Abstract

داء باركنسون (PD) ھو أحد الأمراض العصبیة التنكسیة السائدة بین كبار السن. غالباً ما تبدأ أعراض شلل الرعاش بضعف حركي وإدراكي ینُسب إلى تنكس الخلایا العصبیة الدوبامینیة. الروتینون (ROT) ھو مبید آفات مشتق بشكل طبیعي ویستخدم في الزراعة لمكافحة الآفات. وھو سم عصبي راسخ لاستخدامه في محاكاة أعراض شلل الرعاش في البحث العلمي. اللیمونین (LMN) ھو نبات أحادي التربین مشتق من نبات مستخلص من قشر الحمضیات مع مجموعة واسعة من التأثیرات العلاجیة. بسبب النقص في العوامل العلاجیة المتاحة التي یمكن أن تعالج أو توقف التدھور التدریجي لمرض باركنسون، فإن الھدف الرئیسي من ھذه الأطروحة ھو التدقیق والتوصل إلى توافق في الآراء بشأن التأثیرات الوقائیة العصبیة المحتملة للیمونین في نموذج الفئران لـ(PD) المستحدث بالـ(ROT) ضد الآلیات الأساسیة بما في ذلك الإجھاد التأكسدي والتھاب الأعصاب وموت الخلایا المبرمج. تم إنشاء نموذج حیواني لـPD على فئران Wistar عن طريق الحقن داخل الصفاق من ROT (2.5 مجم/كجم) لمدة 28 يوماً. تم التحقیق في الوظائف المعدلة لـNMN (50مغ/كغ) عن طريق إجراء تألق مناعي لبروتین محول ربط الكالسیوم المؤین -1 (Iba-1)، البروتين الحمضي الليفي الدبقي (GFAP) وتيروزين ھیدروكسیلاز (TH) في كل من المخطط الأسود والمادة السوداء. تم أیضًا تقییم دیسموتاز الفائق (SOD)، الكاتلاز (CAT)، الجلوتاثيون (GSH)، (MDA). في المؤشرات الحيوية للالتهاب العصبي. تم تقييم interleukin-1β (IL-1β) و interleukin-6 (IL-6) وعامل نخر الورم ألفا (TNF-α) بواسطة ELISA. تم إجراء التكتل التكتل المناعي لقیاس المؤشرات الحیویة الأخرى بما في ذلك انزیمات الأكسدة الحلقیة -2 (COX-2)، سینثاز أكسید النیتریك المحرض، (iNOS)، BAX، Bcl-2، caspase-3,9، السیتوكروم -C، عامل التغذیة العصبیة المشتق من الدماغ (BDNF)، مركب المیتوكوندریا (MC-I)، α-Synuclein وNF-B. تم إجراء اختبار Rotarod أیضًا لتقییم التنسیق الحركي. أظھرت النتائج خسارة كبیرة في الخلایا العصبیة الدوبامینیة بعد إعطاء ROT. ومع ذلك، أنقذ علاج LMN الخلایا العصبیة الدوبامینیة من الفقد التدریجي في كل من المادة السوداء والمخطط. خفف LMN من تنشیط الخلایا النجمیة والخلایا الدبقیة الصغیرة التي لوحظت في الفئران المحقونة بالـROT وقلل المستویات المرتفعة من الوسطاء الالتھابیین، مثل COX-2 و iNOSو IL-1βوIL-6 و TNF-α بالإضافة إلى قمع إشارات مسار NF-κB. أعاد علاج LMN نشاط الإنزیمات المضادة للأكسدة، ومنع استنفاد الجلوتاثیون وتثبیط بیروكسید الدھون. تم تنظیم كینازات JNK وP38 المفسفرة في الفئران المعالجة مسبقاً بـ LMN، بينما بینما تمت إعادة تنظیم p-mTOR. تم التخفيف من موت الخلايا المبرمج بشكل ملحوظ من خلال حقن LMN كان واضحاً من خلال زیادة وتقلیل البروتینات المضادة للاستماتة والبروتینات المؤیدة للاستماتة على التوالي. كما تم تحسین الوظائف الحركیة بشكل ملحوظ في الفئران المعالجة بـ LMN. أبلغت النتائج عن تراجع في تعبیر α-Synuclein وتحسن مستوى BDNE واستعادة نشاط مركب -1 بعد LMN. بالنظر إلى ھذه النتائج، خفف LMN من التنكس العصبي الدوبامیني الناجم عن ROT، والذي یوحي بالخصائص الوقائیة لـ LMNفي علاج PD من خلال آلیات بیولوجیة مختلفة.

Download
COinS