New insights into the roles of endolysosomal cathepsins in the pathogenesis of Alzheimer's disease: Cathepsin inhibitors as potential therapeutics

CNS and Neurological Disorders - Drug Targets

Volumn 7, Issue 3, 2008, Pages 270-277

  Haque, Azizul ^a,b   Banik, Naren L ^a,b   Ray, Swapan K ^a,b,c  

^a MEDICAL UNIVERSITY OF SOUTH CAROLINA   (United States)

^b MEDICAL UNIVERSITY OF SOUTH CAROLINA   (United States)

^c UNIVERSITY OF SOUTH CAROLINA SCHOOL OF MEDICINE   (United States)

Author keywords

Alzheimer's disease (AD); Amyloid beta (A ) peptide; Apoptosis; Autophagy; Cathepsin inhibitors; Cathepsins; Immune responses; Neurodegeneration

Indexed keywords

ACETYLLEUCYLVALYLLYSINE ALDEHYDE; ALOXISTATIN; AMYLOID BETA PROTEIN; AMYLOID PRECURSOR PROTEIN; ASPARTIC PROTEINASE; ASPARTIC PROTEINASE INHIBITOR; CATHEPSIN; CATHEPSIN B; CATHEPSIN B INHIBITOR; CATHEPSIN D; CATHEPSIN D INHIBITOR; CYSTEINE PROTEINASE INHIBITOR; LYSOSOME ENZYME; MAJOR HISTOCOMPATIBILITY ANTIGEN; N (3 PROPYLCARBAMOYLOXIRANE 2 CARBONYL)ISOLEUCYLPROLINE; PROTEINASE;

ALZHEIMER DISEASE; APOPTOSIS; AUTOIMMUNE DISEASE; AUTOPHAGY; DEGENERATIVE DISEASE; DEMENTIA; DRUG MECHANISM; DRUG TARGETING; ELDERLY CARE; ENZYME ACTIVITY; HUMAN; IMMUNE RESPONSE; INFLAMMATORY DISEASE; LYSOSOME; MAJOR HISTOCOMPATIBILITY COMPLEX; MOLECULAR MECHANICS; NEOPLASM; NERVE DEGENERATION; NONHUMAN; PATHOGENESIS; PROTEIN ANALYSIS; PROTEIN BLOOD LEVEL; PROTEIN DEGRADATION; PROTEIN FUNCTION; PROTEIN SYNTHESIS; REVIEW; SENILE PLAQUE;

ALZHEIMER DISEASE; AMYLOID BETA-PROTEIN PRECURSOR; ANIMALS; CATHEPSINS; ENZYME INHIBITORS; HUMANS; LYSOSOMES; MODELS, BIOLOGICAL;

EID: 48249121176     PISSN: 18715273     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.2174/187152708784936653     Document Type: Review

References (107)

1. Cataldo, A.M.; Nixon, R.A. Proc. Natl. Acad Sci. USA, 1990, 87, 3861-3865.
2. Nakamura, Y.; Takeda, M.; Suzuki, H.; Hattori, H.; Tada, K.; Hariguchi, S.; Hashimoto, S.; Nishimura, T. Neurosci. Lett., 1991, 130, 195-198.
3. Cataldo, A.M.; Hamilton, D.J.; Nixon, R.A. Brain Res., 1994, 640, 68-80.
4. Hook, V.Y. BioDrugs, 2006, 20, 105-119.
5. Munger, J.S.; Haass, C.; Lemere, C.A.; Shi, G.P.; Wong, W.S.; Teplow, D.B.; Selkoe, D.J.; Chapman, H.A. Biochem. J., 1995, 311, 299-305.
6. Tagawa, K.; Maruyama, K.; Ishiura, S. Ann. N.Y. Acad. Sci., 1992, 674, 129-137.
7. LaFerla, F.M.; Green, K.N.; Oddo, S. Nat. Rev. Neurosci., 2007, 8, 499-509.
8. Hook, V.; Kindy, M.; Hook, G. Biol. Chem., 2007, 388, 247-252.
9. Mueller-Steiner, S.; Zhou, Y.; Arai, H.; Roberson, E.D.; Sun, B.; Chen, J.; Wang, X.; Yu, G.; Esposito, L.; Mucke, L.; Gan, L. Neuron, 2006, 51, 703-714.
10. Van Broeck, B.; Van Broeckhoven, C.; Kumar-Singh S. Neurodegener. Dis., 2007, 4, 349-365.
11. Tagawa, K.; Kunishita, T.; Maruyama, K.; Yoshikawa, K.; Kominami, E.; Tsuchiya, T.; Suzuki, K.; Tabira, T.; Sugita, H.; Ishiura, S. Biochem. Biophys. Res. Commun., 1991, 177, 377-387.
12. Evin, G.; Cappai, R.; Li, Q.X.; Culvenor, J.G.; Small, D.H.; Beyreuther, K.; Masters, C.L. Biochemistry, 1995, 34, 14185-14192.
13. Mackay, E.A.; Ehrhard; A.; Moniatte, M.; Guenet, C.; Tardif C.; Tamus, C.; Sorokine, O.; Heintzelmann, B.; Nay, C.; Remy, J.M.; Higaki, J.; Van Dorsselaer, A.; Wagner, J.; Danzin, C.; Mamont, P. Eur. J. Biochem., 1997, 244, 414-425.
14. Tsai, J.Y.; Wolfe, M.S.; Xia, W. Curr. Med. Chem., 2002, 9, 1087-10106.
15. Cataldo, A.M.; Thayer, C.Y.; Bird, E.D.; Wheelock, T.R.; Nixon, R.A. Brain Res., 1990, 513, 181-192.
16. Nixon, R.A.; Cataldo, A.M.; Mathews, P.M. Neurochem. Res., 2000, 25, 1161-1172.
17. Ding, J.D.; Lin, J.; Mace, B.E.; Herrmann, R.; Sullivan, P.; Bowes Rickman, C. Vis. Res., 2007, [Epub ahead of print].
18. Buckwalter, M.S.; Coleman, B.S.; Buttini, M.; Barbour, R.; Schenk, D.; Games, D.; Seubert, P.; Wyss-Coray, T. J. Neurosci., 2006, 26, 11437-11441
19. Amano, T.; Nakanishi, H.; Oka, M.; Yamamoto, K. Exp. Neurol., 1995, 136, 171-182.
20. Nakanishi, H. Ageing Res. Rev., 2003, 2, 367-381.
21. Clark, A.K.; Yip, P.K.; Grist, J.; Gentry, C.; Staniland, A.A.; Marchand, F.; Dehvari, M.; Wotherspoon, G.; Winter, J.; Ullah, J.; Bevan, S.; Malcangio, M. Proc. Natl. Acad Sci. USA, 2007, 104, 10655-10660.
22. Yamashima, T. Prog. Neurobiol., 2000, 62, 273-295.
23. Benchoua, A.; Braudeau, J.; Reis, A.; Couriaud, C.; Onténiente B. J. Cereb. Blood Flow Metab., 2004, 24, 1272-1279.
24. Reynolds, A.; Laurie, C.; Mosley, R.L.; Gendelman, H.E. Int. Rev. Neurobiol., 2007, 82, 297-325.
25. Hinault, M.P.; Ben-Zvi, A.; Goloubinoff, P. J. Mol. Neurosci., 2006, 30, 249-265.
26. Wang, J.; Ho, L.; Chen, L.; Zhao, Z.; Zhao, W.; Qian, X.; Humala, N.; Seror, I.; Bartholomew, S.; Rosendorff, C.; Pasinetti, G.M. J. Clin. Invest., 2007, 117, 3393-3402.
27. Nixon, R.A. Neurobiol. Aging, 2005, 26, 373-382.
28. Stahl, S.; Reinders, Y.; Asan, E.; Mothes, W.; Conzelmann, E.; Sickmann, A.; Felbor, U. Biochim. Biophys. Acta, 2007, 1774, 1237-1246.
29. Nixon, R.A.; Cataldo, A.M. J. Alzheimers Dis., 2006, 9, 277-289.
30. Kim, Y.J.; Sapp, E.; Cuiffo, B.G.; Sobin, L.; Yoder, J.; Kegel, K.B.; Qin, Z.H.; Detloff, P.; Aronin, N.; DiFiglia, M. Neurobiol. Dis., 2006, 22, 346-356.
31. Nixon, R.A.; Mathews, P.M.; Cataldo, A.M. J. Alzheimers Dis., 2001, 3, 97-107.
32. Hook, V.; Toneff, T.; Bogyo, M.; Greenbaum, D.; Medzihradszky, K.F.; Neveu, J.; Lane, W.; Hook, G.; Reisine, T. Biol. Chem., 2005, 386, 931-940. Erratum in: Biol. Chem., 2005, 386, 1325.
33. Mantle, D., Falkous, G.; Ishiura, S.; Perry, R.H.; Perry, E.K. J. Neurol. Sci., 1995, 131, 65-70.
34. Lee, D.C.; Womble, T.A.; Mason, C.W.; Jackson, I.M.; Lamango, N.S.; Severs, W.B.; Palm, D.E. Neurochem. Int., 2007, 50, 607-618.
35. Isahara, K.; Ohsawa, Y.; Kanamori, S.; Shibata, M.; Waguri, S.; Sato, N.; Gotow, T.; Watanabe, T.; Momoi, T.; Urase, K.; Kominami, E.; Uchiyama, Y. Neuroscience, 1999, 91, 233-249.
36. Shibata, M.; Kanamori, S.; Isahara, K.; Ohsawa, Y.; Konishi, A.; Kametaka, S.; Watanabe, T.; Ebisu, S.; Ishido, K.; Kominami E.; Uchiyama, Y. Biochem. Biaphys. Res. Commun., 1998, 251, 199-203.
37. Bi, X.; Haque, T.S.; Zhou, J.; Skillman, A.G.; Lin, B.; Lee, C.E.; Kuntz, I.D.; Ellman, J.A.; Lynch, G. J. Neurochem., 2000, 74, 1469-1477.
38. Cataldo, A.M.; Barnett, J.L.; Berman, S.A.; Li, J.; Quarless, S.; Bursztajn, S.; Lippa, C.; Nixon, R.A. Neuron, 1995, 14, 671-680.
39. Bi, X.; Zhou, J.; Lynch, G. Exp. Neurol., 1999, 158, 312-327
40. Ventruti, A.; Cuervo, A.M. Curr. Neurol. Neurosci. Rep., 2007, 7, 443-451.
41. Rideout, H.J.; Lang-Rollin, L; Stefanis, L. Int. J. Biochem. Cell. Biol., 2004, 36, 2551-2562.
42. Klionsky, D.J. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol., 2007, 8, 931-937.
43. Kim, Y.J.; Takahashi, R. Ann. N.Y. Acad. Sci., 2006, 1086, 11-20.
44. Komatsu, M.; Wang, Q.J.; Holstein, G.R.; Friedrich, V.L. Jr.; Iwata, J.; Kominami, E.; Chait, B.T.; Tanaka, K.; Yue, Z. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2007, 104, 14489-1494.
45. Hara, T.; Nakamura, K.; Matsui, M.; Yamamoto, A.; Nakahara, Y.; Suzuki-Migishima, R.; Yokoyama, M.; Mishima, K.; Saito, I.; Okano, H.; Mizushima, N. Nature, 2006, 441, 885-889.
46. Komatsu, M.; Kominami, E.; Tanaka, K. Autophagy, 2006, 2, 315-317.
47. Chu, C.T. J. Neuropathol. Exp. Neurol., 2006, 65, 423-432.
48. Banik, N.L. Crit. Rev. Neurobiol., 1992, 6, 257-271
49. Benuck, M.; Marks, N.; Hashim G.A. Eur. J. Biochem., 1975, 52, 615.
50. Hashim, G.A.; Eylar E.H. Arch. Biochem. Biophys., 1969, 129, 635.
51. Marks, N.; Grynbaum, A.; Levine, S. Brain Res., 1977, 123, 147-157.
52. Zhou, W.; Scott, S.A.; Shelton, S.B.; Crutcher, K.A. Neuroscience, 2006, 143, 689-701.
53. Ertekin-Taner, N. Neurol. Clin., 2007, 25, 611-667.
54. Levi, O.; Dolev, I.; Belinson, H.; Michaelson, D.M. J. Neurochem., 2007, 103, 1031-1040.
55. Zhang, Y.; Vasudevan, S.; Sojitrawala, R.; Zhao, W.; Cui, C.; Xu, C.; Fan, D.; Newhouse, Y.; Balestra, R.; Jerome, W.G.; Weisgraber, K.; Li, Q.; Wang, J. Biochemistry, 2007, 46, 10722-10732.
56. Ma, J.; Tanaka, K.F.; Yamada G.; Ikenaka, K. Neurochem. Res., 2007, 32, 311-320.
57. Houseweart, M.K.; Pennacchio, L.A.; Vilaythong, A.; Peters, C.; Noebels, J.L.; Myers, R.M. J. Neurobiol., 2003, 56, 315-327.
58. Wisniewski, T.; Frangione, B. Neurosci. Lett., 1992, 135, 235-238.
59. Corder, E.H.; Saunders, A.M.; Strittmatter, W.J.; Schmechel, D.E.; Gaskell, P.C.; Small, G.W.; Roses, A.D.; Haines, J.L.; Pericak-Vance, M.A. Science, 1993, 261, 921-923.
60. Jung, H.; Lee, E.Y.; Lee, S.I. Brain Res., 1999, 844, 43-54.
61. Bernstein, H.G.; Wiederanders, B. Brain Res., 1994, 667, 287-290.
62. Amano, T.; Nakanishi, H.; Kondo, T.; Tanaka, T.; Oka, M.; Yamamoto, K. Mech. Ageing Dev., 1995, 83, 133-141.
63. Nixon, R.A. Ann. N. Y. Acad Sci., 2000, 924, 117-131.
64. Gray, J.; Haran, M.M.; Schneider, K.; Vesce, S.; Ray, A.M.; Owen, D.; White, I.R.; Cutler, P.; Davis, J.B. J. Biol. Chem., 2001, 276, 32750-3275.
65. Tsuchiya, K.; Kohda, Y.; Yoshida, M.; Zhao, L.; Ueno, T.; Yamashita, J.; Yoshioka, T.; Kominami, E.; Yamashima, T. Exp. Neurol., 1999, 155, 187-94.
66. Chin, J.H.; Ma, L.; MacTavish, D.; Jhamandas, J.H. J. Neurosci., 2007, 27, 9262-9269.
67. Bednarski, E.; Lauterborn, J.C.; Gall, C.M.; Lynch, G. Exp. Neurol., 1998, 150, 128-135.
68. Dillen, K.; Annaert, W. Int. Rev. Cytol., 2006, 254, 215-300.
69. Kelly, B.L.; Vassar, R.; Ferreira, A. J. Biol. Chem., 2005, 280, 31746-31753.
70. Games, D.; Bard, F.; Grajeda, H.; Guido, T.; Khan, K.; Soriano, F.; Vasquez, N.; Wehner, N.; Johnson-Wood, K.; Yednock, T.; Seubert, P.; Schenk, D. Ann. NY. Acad. Sci., 2000, 920, 274-284.
71. Arbel, M.; Solomon, B. Curr. Alzheimer Res., 2007,, 4, 437-445.
72. Monsonego, A.; Zota, V.; Kami, A.; Krieger, J.I.; Bar-Or, A.; Bitan, G.; Budson, A.E.; Sperling, R.; Selkoe, D.J.; Weiner, H.L. J. Clin. Invest., 2003, 112, 415-422.
73. Giubilei, F.; Antonini, G.; Montesperelli, C.; Sepe-Monti, M.; Cannoni, S.; Pichi, A.; Tisei, P.; Casini, A.R.; Buttinelli, C.; Prencipe, M., Salvetti, M.; Ristori and Dement. Geriatr. Cogn. Disord., 2003, 16, 35-38.
74. Chiappelli, M.; Tumini, E.; Porcellini, E.; Licastro, F. Expert Rev. Neurother., 2006, 6, 1327-1336.
75. Britschgi, M.; Wyss-Coray, T. Int. Rev. Neurobiol., 2007, 82, 205-233.
76. Ethell, D.W.; Shippy, D.; Cao, C.; Cracchiolo, J.R.; Runfeldt, M.; Blake B.; Arendash, G.W. Neurobiol. Dis., 2006, 23, 351-361.
77. He, Y.; Sun, S.H.; Chen, R.W.; Guo, Y.J.; He, X.W.; Huang, L.; Chen, Z.H.; Shi, K.; Zhu, W.J. Alzheimer Dis. Assoc. Disord., 2005, 19, 171-177.
78. Haque, M.A.; Hawes, J.W.; Blum, J.S. J. Immunol., 2001, 166, 4543-4551.
79. Haque, A.; Blum, J.S. J. Biol. Regul. Homeost. Agents, 2005, 19, 93-104.
80. Ghochikyan, A.; Mkrtichyan, M.; Petrushina, I.; Movsesyan, N.; Karapetyan, A.; Cribbs, D.H.; Agadjanyan, M.G. Vaccine, 2006, 24, 2275-2282.
81. Iribarren, P.; Cui, Y.H.; Le, Y.; Wang, J.M. Arch. Immunol. Ther. Exp. (Warsz), 2002, 50, 187-196.
82. Windisch, M.; Hutter-Paier, B.; Schreiner, E. J. Neural. Transm. Suppl., 2002, 62, 149-164.
83. Nath, A.; Hall, E.; Tuzova, M.; Dobbs, M.; Jons, M.; Anderson, C.; Woodward, J.; Guo, Z.; Fu, W.; Kryscio, R.; Wekstein, D.; Smith, C.; Markesbery, W.R.; Mattson, M.P. Neuromol. Med., 2003, 3, 29-39.
84. Avramovich-Tirosh, Y.; Reznichenko, L.; Mit, T.; Zheng, H.; Fridkin, M.; Weinreb, O.; Mandel, S.; Youdim, M.B. Curr. Alzheimer Res., 2007, 4, 403-411.
85. Parachikova, A.; Agadjanyan, M.G.; Cribbs, D.H.; Blurton-Jones, M.; Perreau, V.; Rogers, J.; Beach, T.G.; Cotman, C.W. Neurobiol. Aging, 2007, 28, 1821-1833.
86. Wiendl, H.; Feger, U.; Mittelbronn, M.; Jack, C.; Schreiner, B.; Stadelmann, C.; Antel, J.; Brueck, W.; Meyermann, R.; Bar-Or, A.; Kieseier, B.C.; Weller, M. Brain, 2005, 128, 2689-26704.
87. Listì, F.; Candore, G.; Balistreri, C.R.; Grimaldi, M.P.; Orlando, V.; Vasto, S.; Colonna-Romano, G.; Lio, D.; Licastro, F.; Franceschi, C.; Caruso, C. Rejuvenation Res., 2006, 9, 99-101.
88. Candore, G.; Balistreri, C.R.; Colonna-Romano, G.; Lio, D.; Caruso, C. Exp. Gerontol., 2004, 39, 645-652.
89. Manuel, S.L.; Rahman, S.; Wigdahl, B.; Khan, Z.K.; Jain, P. Front. Biosci., 2007, 12, 4315-4335.
90. Akiyama, H.; Barger, S.; Bamum, S.; Bradt, B.; Bauer, J.; Cole, G.M.; Cooper, N.R.; Eikelenboom, P.; Emmerling, M.; Fiebich, B.L.; Finch, C.E.; Frautschy, S.; Griffin, W.S.; Hampel, H.; Hull, M.; Landreth, G.; Lue, L.; Mrak, R.; Mackenzie, I.R.; McGeer, P.L.; O'Banion, M.K.; Pachter, J.; Pasinetti, G.; Plata-Salaman, C.; Rogers, J.; Rydel, R.; Shen, Y.; Streit, W.; Strohmeyer, R.; Tooyoma, I.; Van Muiswinkel, F.I.; Veerhuis, R.; Walker, D.; Webster, S.; Wegrzyniak, B.; Wenk, G.; Wyss-Coray, T. Neurobiol. Ageing, 2000, 21, 383-421.
91. Franceschi, C.; Valensin, S.; Lescai, F.; Olivieri, F.; Licastro, F.; Grimaldi, L.M.; Monti, D.; De Benedictis, G.; Bonafè, M. Aging Clin. Exp. Res., 2001, 13, 163-170.
92. Wick, G.; Berger, P.; Jansen-Durr, P.; Grubeck-Loebenstein, B. Exp. Gerontol., 2003, 38, 13-25.
93. Haque, M.A.; Li, P.; Jackson, S.K.; Zarour, H.M.; Hawes, J.W.; Phan, U.T.; Maric, M.; Cresswell, P.; Blum, J.S. J. Exp. Med., 2002, 195, 1267-1277.
94. Haque, A.; Das, A.; Hajiaghamohseni, L.M.; Younger, A.; Banik, N.L.; Ray, S.K. Cancer Immunol. Immunother., 2007, 56, 615-625.
95. Younger, A.R.; Amria, S.; Jeffrey, W.A.; Mahdy, A.E.; Goldstein, O.G.; Norris, J.S.; Haque, A. Prostate Cancer Prostatic Dis., 2007, (in press).
96. Wick, G.; Jansen-Durr, P.; Berger, P.; Blasko, I.; Grabeck-Loebenstein, B. Vaccine, 2000, 18, 1567-83.
97. Zlokovic, B.V.; Martel, C.L.; Matsubara, E.; McComb, J.G.; Zheng, G.; McCluskey, R.T.; Frangione, B.; Ghiso, J. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1996, 93, 4229-4234.
98. Lanz, T.A.; Fici, G.J.; Merchant, K.M. J. Pharmacol. Exp. Ther., 2005, 312, 399-406.
99. Dreyer, R.N.; Bausch, K.M.; Fracasso, P.; Hammond, L.J.; Wunderlich, D.; Wirak, D.O.; Davis, G.; Brini, C.M.; Buckholz, T.M.; Konig, G.; Kamarck, M.E.; Tamburini, P.P. Eur. J. Biochem., 1994, 224, 265-271.
100. Hoffman, K.B.; Bi, X.; Pam J.T.; Lynch, G. Neurosci. Lett., 1998, 250, 75-78.
101. Hetman, M.; Filipkowski, R.K.; Domagala, W.; Kaczmarek, L. Exp. Neurol., 1995, 136, 53-63.
102. Roberg, K.; Kagcdal K.; Ollinger, K. Am. J. Pathol. 2002, 161, 89-96.
103. Vancompernolle, K.; Herreweghe, F.V.; Pynaert, G.; Van de Craen, M.; De Vos, K.; Totty, N.; Sterling, A.; Fiers, W.; Vandenabeele, P.; Grooten, J. FEBS Lett., 1998, 438, 150-158.
104. Bednarski, E.; Lynch, G. J. Neurochem., 1996, 67, 1846-1855.
105. Felbor, U.; Kessler, B.; Mothes, W.; Goebel, H.; Ploegh, H.L.; Bronson, R.T.; Olsen, B.R. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2002, 99, 7883-7888.
106. Nishio, C.; Yoshida, K.; Nishiyama, K.; Hatanaka, H.; Yamada, M. Brain Res., 2000, 873, 252-262.
107. Takuma, K.; Kiriu, M.; Mori, K.; Lee, E.; Enomoto, R.; Baba, A.; Matsuda, T. Neurochem. Int., 2002, 1246, 1-7.