Bisphosphonates are the mainstay of therapy worldwide for osteoporosis. However, bisphosphonates also have limitations. The objective of this study was to determine the role of miR-101-3p/Rap1b signal pathway in osteoclast differentiation after treatment with bisphosphonates. Our results revealed that miR-101-3p was an important regulator in bisphosphonates treated-osteoclasts. When miR-101-3p was down-regulated in bone marrow-derived macrophage-like cells (BMMs), the development of mature osteoclasts was promoted, and vice versa. However, alendronate decreased multinucleated cell number regardless of whether miR-101-3p was knocked down or over-expressed. TRAP activity assay confirmed the above results. Luciferase assay indicated that miR-101-3p was a negative regulator of Rap1b. Western blot analysis revealed that protein expression level of Rap1b in BMMs transfected with OV-miR-101-3p was lower than that in BMMs transfected with an empty vector. Rap1b overexpression increased TRAP-positive multinucleated cells, while Rap1b inhibition decreased the cell numbers. In vivo data showed that miR-101-3p inhibited osteoclast differentiation in ovariectomized mice while overexpressed of Rap1b blocked the differentiation. Taken together, our data demonstrate that miR-101-3p/Rap1b signal pathway plays a key role in osteoclast differentiation after treatment with bisphosphonates.
Receptor activator of nuclear factor ${\kappa}B$ ligand (RANKL) induces osteoclast formation from hematopoietic cells via up-regulation of positive regulators, including $NF-{\kappa}B$, c-Fos, microphthalmia transcription factor (Mitf), PU.1, and nuclear factor of activated T cells (NFAT) c1. In addition to the positive regulation by these transcription factors, RANKL appears to regulate negative regulators such as MafB and inhibitors of differentiation (Ids). Ids and MafB are abundantly expressed in osteoclast precursors, bone marrowderived monocyte/macrophage lineage cells (BMMs). Expression levels of these genes are significantly reduced by RANKL during osteoclastogenesis. Overexpression of these genes in BMMs inhibits the formation of tartarate-resistant acid phosphatase (TRAP)-positive multinuclear osteoclasts by down-regulation of NFATc1 and osteoclast-associated receptor (OSCAR), which are important for osteoclast differentiation. Furthermore, reduced expression of these genes enhances osteoclastogenesis and increases expression of NFATc1 and OSCAR. Taken together, RANKL induces osteoclastogenesis via up-regulation of positive regulators as well as down-regulation of negative regulators.
Bone is a dynamic tissue that is regulated by the balance between bone-resorbing osteoclasts and bone-forming osteoblasts. Curcumin isolated from Kang-hwang (Turmeric) is widely used as a foodstuff, cosmetic, and medicine. However, the effect of curcumin isolated from Kang-hwang in osteoclast differentiation remains unknown. In this study, we sought to examine the role of curcumin in osteoclast differentiation. Here we show that curcumin greatly inhibited RANKL-mediated osteoclast differentiation in osteoclast precursors without cytotoxicity. RANKL induced the phosphorylation of p38 and JNK mitogen-activated protein kinase (MAPK) and mediated $I-{\kappa}B$ degradation in bone marrow macrophages (BMMs). However, RANKL-mediated p38 MAPK phosphorylation was inhibited by the addition of curcumin. Curcumin inhibited the mRNA expression of TRAP, c-Fos, and NFATc1 in BMMs treated with RANKL. Furthermore, the protein expression of c-Fos and NFATc1 induced by RANKL was suppressed by curcumin treatment. Taken together, our results suggest that curcumin may have a potential therapeutic role in bone-related diseases such as osteoporosis by inhibiting osteoclast differentiation.
Bone is a dynamic tissue that is regulated by the balance between bone-resorbing osteoclasts and bone-forming osteoblasts. Curcumin isolated from Kang-hwang (Turmeric) is widely used as a foodstuff, cosmetic, and medicine. However, the effect of curcumin isolated from Kang-hwang in osteoclast differentiation remains unknown. In this study, we sought to examine the role of curcumin in osteoclast differentiation. Here we show that curcumin greatly inhibited RANKL-mediated osteoclast differentiation in osteoclast precursors without cytotoxicity. RANKL induced the phosphorylation of p38 and JNK mitogen-activated protein kinase (MAPK) and mediated $I-{\kappa}B$ degradation in bone marrow macrophages (BMMs). However, RANKL-mediated p38 MAPK phosphorylation was inhibited by the addition of curcumin. Curcumin inhibited the mRNA expression of TRAP, c-Fos, and NFATc1 in BMMs treated with RANKL. Furthermore, the protein expression of c-Fos and NFATc1 induced by RANKL was suppressed by curcumin treatment. Taken together, our results suggest that curcumin may have a potential therapeutic role in bone-related diseases such as osteoporosis by inhibiting osteoclast differentiation.
Kim, Hyun-Ju;Hong, JungMin;Yoon, Hye-Jin;Yoon, Young-Ran;Kim, Shin-Yoon
Molecules and Cells
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제37권9호
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pp.685-690
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2014
Osteoclasts are large polykaryons that have the unique capacity to degrade bone and are generated by the differentiation of myeloid lineage progenitors. To identify the genes involved in osteoclast development, we performed microarray analysis, and we found that carboxypeptidase E (CPE), a prohormone processing enzyme, was highly upregulated in osteoclasts compared with their precursors, bone marrow-derived macrophages (BMMs). Here, we demonstrate a novel role for CPE in receptor activator of NF-${\kappa}B$ ligand (RANKL)-induced osteoclast differentiation. The overexpression of CPE in BMMs increases the formation of tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP)-positive multinuclear osteoclasts and the expression of c-Fos and nuclear factor of activated T cells c1 (NFATc1), which are key regulators in osteoclastogenesis. Furthermore, employing CPE knockout mice, we show that CPE deficiency attenuates osteoclast formation. Together, our data suggest that CPE might be an important modulator of RANKL-induced osteoclast differentiation.
Despite the importance of the receptor activator of nuclear factor (NF)-kappaB ligand (RANKL)-RANK signaling mechanisms on osteoclast differentiation, little has been studied on how RANK expression is regulated or what regulates its expression during osteoclastogenesis. We show here that insulin signaling increases RANK expression, thus enhancing osteoclast differentiation by RANKL. Insulin stimulation induced RANK gene expression in time- and dose-dependent manners and insulin receptor shRNA completely abolished RANK expression induced by insulin in bone marrow-derived monocyte/macrophage cells (BMMs). Moreover, the addition of insulin in the presence of RANKL promoted RANK expression. The ability of insulin to regulate RANK expression depends on extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) since only PD98059, an ERK1/2 inhibitor, specifically inhibited its expression by insulin. However, the RANK expression by RANKL was blocked by all three mitogen-activated protein (MAP) kinases inhibitors. The activation of RANK increased differentiation of BMMs into tartrate-resistant acid phosphatase-positive ($TRAP^+$) osteoclasts as well as the expression of dendritic cell-specific transmembrane protein (DC-STAMP) and d2 isoform of vacuolar ($H^+$) ATPase (v-ATPase) Vo domain (Atp6v0d2), genes critical for osteoclastic cell-cell fusion. Collectively, these results suggest that insulin induces RANK expression via ERK1/2, which contributes to the enhancement of osteoclast differentiation.
The purpose of this study was to evaluate the inhibitory effects of Juglans regia complex extract(JCE) consisted of Juglans regia, Eucommia ulmoides, Eleutherococcus senticosus and Zingiber officinale on osteoclast differentiation. Cell toxicity test by using CCK-8, TRAP activity and TRAP positive multi-nucleated cell counting were performed to evaluate inhibitory effect on differentiation of osteoclast from bone marrow derived macrophages(BMMs) induced by receptor activator of nuclear $factor-{\kappa}B$ ligand(RANKL). As a result, JCE inhibited RANKL-induced osteoclast differentiation in BMMs dose-dependently without cytotoxicity. These results suggest that JCE may have a potential role for treating bone lytic diseases such as osteoporosis.
하천의 하상재료는 토양 유실량 및 유사량 산정, 유사이송, 하상변동, 하천환경 등 여러 분야에 영향을 미친다. 하상재료는 강수 및 유량 등 여러특성들의 상호작용으로 인해 지속적으로 변화하며, 하천 분야의 각종 해석 및 영향 평가 등에 이용되는 활용성을 감안하여 하상재료는 체계적인 관리시스템이 필요하다고 판단된다. 효율적인 하상재료 관리를 위하여 한국수자원조사기술에서 수행한 하천유역조사, 유사량조사, 하도변화 모니터링 사업을 통해 수집된 자료를 활용하였다. 국내 109개 하천(한강권역 39개 하천, 낙동강권역 23개 하천, 금강 34개 하천, 섬진강 5개 하천, 영산강 8개 하천)에 대한 자료를 수집하고 분석하여 하상재료관리시스템(Bed Material Management System, BMMS)을 구축하였다. BMMS는 GIS 기반으로 구축된 시스템으로 관리, 표출 및 분석이 가능하며 하상재료의 위치정보, 하상재료 성분비 및 유효경 등 총 11개로 구성되어 있다. 하상재료조사는 시료채취 방법과 표층조사 방법으로 조사하였으며, 시료채취는 체가름 시험과 비중 시험을 이용하였고 표층조사는 BASEGRAIN 프로그램을 이용한 표층 영상분석을 통해 입도분포, 입경가적곡선 등을 나타내었다. 향후 이용자의 편의성을 위한 방안을 모색 중에 있으며, 하천별 하상재료 분석자료를 정기적으로 축척하여 국내 하천의 지역적 특성을 고려한 매개변수 산정 및 최적화에 도움이 될 것이라 판단된다.
Periodontal disease (PD) is strongly linked to increased risk of oral squamous cell carcinoma (OSCC); however, the specific mechanism through which the development of PD and OSCC is simultaneously promoted remains unclear. This study explored the impact of periodontal pathogens on OSCC progression and the contribution of periodontal pathogen-stimulated OSCC to PD development. The expression of osteoclastogenesis-inducing factors was assessed using quantitative reverse transcription polymerase chain reaction analysis following stimulation of OSCC with lipopolysaccharide (LPS) derived from the periodontal pathogen Porphyromonas gingivalis (Pg), a pathogen commonly responsible for PD. The cell counting kit-8 assay was used to determine the effects of Pg-LPS on OSCC proliferation and drug resistance to cisplatin and 5-fluorouracil. The effects of conditioned medium (CM) derived from Pg-LPS-stimulated OSCC on osteoclastogenesis was evaluated using tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) staining on bone marrow-derived macrophages (BMMs). Pg-LPS administration in SCC-25 and YD-8 OSCC cell lines induced a significant increase in receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand mRNA expression; however, it did not affect cell proliferation. Treatment with CM derived from Pg-LPS-stimulated SCC-25 or YD-8 cells markedly enhanced the formation of TRAP-positive multinucleated cells during osteoclast differentiation of BMMs. Altogether, these findings demonstrate that Pg-LPS-stimulated OSCC promoted osteoclastogenesis through a paracrine mechanism.
RCAN1은 calcineurin을 억제하는 내인성 단백질로 calcineurin-NFATc1 신호전달 경로와 관련된 질환의 병인에 중요한 역할을 담당한다. 특히 RCAN1-4 아형 유전자의 경우 NFATc1 전사인자에 의해 조절된다. RANKL 자극은 calcineurin-NFATc1 경로로 파골세포 분화를 유도하는데, RCAN1과 파골세포의 분화에 관련된 연구는 보고 된 바 없다. 따라서 본 연구는 RANKL 처리에 의해 파골세포 분화가 유도될 때 RCAN1이 calcineurin-NFATc1 경로에 미치는 영향을 in vitro에서 조사했다. 마우스로부터 분리한 골수단핵세포에 RANKL을 처리하여 파골세포 분화를 유도했다. RANKL 처리 후 조사 대상 유전자의 mRNA 발현과 단백질 발현을 각각 RT-PCR과 Western blot로써 측정했다. 마우스 RCAN1-4 vector를 파골전구세포인 RAW 264.7 단핵세포주와 골수단핵세포에 형질도입(transfection)시켜 RCAN1-4 유전자의 과발현을 유도했다. 형질도입 후 파골세포 분화의 형태적 변화는 TRAP 염색을 통해 관찰했다. RANKL 처리 후 NFATc1, calcineurin, RCAN1-4 mRNA 발현은 크게 증가했다. 단백질 발현의 경우 NFATc1과 RCAN1은 증가했으나 calcineurin은 대조군과 차이가 없었다. RCAN1-4 유전자의 과발현 유도 시 RCAN1-4 mRNA는 크게 증가되었으나 RCAN1 단백질 발현은 증가되지 않았다. 특히 RANKL 존재 시 RCAN1 유전자를 knock-down시켜도 RCAN1 발현은 정상적으로 유지되었다. 한편, NFATc1 발현은 과발현 유도시 감소했고 knock-down 유도 시 증가하는 경향을 보였다. RCAN1-4 유전자 과발현을 유도한 골수단핵세포에서 배양 5일 후 파골세포 분화는 대조군과 차이가 없었다. 이러한 결과는 RANKL에 의한 파골세포 분화 시 RCAN1이 calcineurin-NFATc1 경로를 통해 파골세포 분화에 미치는 영향은 제한적일 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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