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Tolperisone hydrochloride improves motor functions in Parkinson’s disease via MMP-9 inhibition and by downregulating p38 MAPK and ERK1/2 signaling cascade - 27/04/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2024.116438 
Bushra Zaman a, c, 1, Irona Mostafa a, 1, Tazree Hassan a, 1, Shamim Ahmed a, 1, Nusrat Jahan Ikbal Esha b, Fowzia Afsana Chowdhury a, Tory Bosu a, Humayra Noor Chowdhury a, Anup Mallick a, MM Shanjid Islam a, Ayesha Sharmin d, Kabir M. Uddin b, Md. Mainul Hossain b, Mahbubur Rahman a,
a Department of Pharmaceutical Sciences, North South University, Bashundhara, Dhaka 1229, Bangladesh 
b Department of Biochemistry and Microbiology, North South University, Bashundhara, Dhaka 1229, Bangladesh 
c Department of Neurobiology and Developmental Sciences, University of Arkansas for Medical Sciences, Little Rock, AR 72205, USA 
d Department of Chemistry, Bangladesh University of Engineering and Technology, Dhaka 1000, Bangladesh 

Correspondence to:Department of Pharmaceutical Sciences, North South University, Dhaka 1229, Bangladesh.Department of Pharmaceutical Sciences, North South UniversityDhaka1229Bangladesh

Abstract

The mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway, particularly the p38 MAPK and ERK1/2, has been implicated in the pathogenesis of Parkinson's disease (PD). Recent studies have shown that MAPK signaling pathway can influence the expression of matrix metalloproteinase 9 (MMP-9), known for its involvement in various physiological and pathological processes, including neurodegenerative diseases. This study explores the modulation of MMP-9 expression via the MAPK/ERK signaling cascade and its potential therapeutic implications in the context of PD-associated motor dysfunction. Here, tolperisone hydrochloride (TL), a muscle relaxant that blocks voltage-gated sodium and calcium channels, was used as a treatment to observe its effect on MAPK signaling and MMP-9 expression. Rotenone (RT) exposure in mice resulted in a significant reduction in substantia nigra and primary motor cortex neurons, which were further evidenced by impairments in motor function. When TL was administered, neuron count was restored (89.0 ± 4.78 vs 117.0 ± 4.46/mm2), and most of the motor dysfunction was alleviated. Mechanistically, TL reduced the protein expression of phospho-p38MAPK (1.06 fold vs 1.00 fold) and phospho-ERK1/2 (1.16 fold vs 1.02 fold), leading to the inhibition of MAPK signaling, as well as reduced MMP-9 concentrations (2.76 ± 0.10 vs 1.94 ± 0.10 ng/mL) in the process of rescuing RT-induced neuronal cell death and motor dysfunction. Computational analysis further revealed TL’s potential inhibitory properties against MMP-9 along with N and L-type calcium channels. These findings shed light on TL's neuroprotective effects via MMP-9 inhibition and MAPK signaling downregulation, offering potential therapeutic avenues for PD-associated motor dysfunction.

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Graphical Abstract




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Highlights

Rotenone (RT) induces neuronal death in the striatum and motor cortex, leading to motor dysfunction.
Tolpersione hydrochloride (TL) restores RT-induced cytochrome-c release and prevents subsequent neuronal apoptosis.
Treatment with TL leads to improved motor coordination, balance, and muscle strength.
TL exerts its neuroprotective effect by inhibiting MMP-9 and downregulating MAPK/ERK signaling.

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Abbreviations : TL, RT, MMP-9, MDA, NO, SOD, MPO, H and E, MAPK, ERK, ROS, BBB, ECM, PMN

Keywords : Parkinson's disease, tolperisone hydrochloride, Motor function, MMP-9, p38 MAPK, ERK1/2


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Vol 174

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