Dedifferentiated fat cells (DFATs) isolated from mature adipocytes have a multilineage differentiation capacity similar to mesenchymal stem cells and are considered as promising source of cells for tissue engineering. Bone morphogenetic protein 9 (BMP9) and low-intensity pulsed ultrasound (LIPUS) have been reported to stimulate bone formation both in vitro and in vivo. However, the combined effect of BMP9 and LIPUS on osteoblastic differentiation of DFATs has not been studied. After preparing DFATs from mature adipose tissue from rats, DFATs were treated with different doses of BMP9 and/or LIPUS. The effects on osteoblastic differentiation were assessed by changes in alkaline phosphatase (ALP) activity, mineralization/calcium deposition, and expression of bone related genes; Runx2, osterix, osteopontin. No significant differences for ALP activity, mineralization deposition, as well as expression for bone related genes were observed by LIPUS treatment alone while treatment with BMP9 induced osteoblastic differentiation of DFATs in a dose dependent manner. Further, co-treatment with BMP9 and LIPUS significantly increased osteoblastic differentiation of DFATs compared to those treated with BMP9 alone. In addition, upregulation for BMP9-receptor genes was observed by LIPUS treatment. Indomethacin, an inhibitor of prostaglandin synthesis, significantly inhibited the synergistic effect of BMP9 and LIPUS co-stimulation on osteoblastic differentiation of DFATs. LIPUS promotes BMP9 induced osteoblastic differentiation of DFATs in vitro and prostaglandins may be involved in this mechanism.
Engineered bone tissue is thought to be the ideal alternative for bone grafts in the treatment of related bone diseases. BMP9 has been demonstrated as one of the most osteogenic factors, and enhancement of BMP9-induced osteogenesis will greatly accelerate the development of bone tissue engineering. Here, we investigated the effect of insulin-like growth factor 1 (IGF1) on BMP9-induced osteogenic differentiation, and unveiled a possible molecular mechanism underling this process. We found that IGF1 and BMP9 are both detectable in mesenchymal stem cells (MSCs). Exogenous expression of IGF1 potentiates BMP9-induced alkaline phosphatase (ALP), matrix mineralization, and ectopic bone formation. Similarly, IGF1 enhances BMP9-induced endochondral ossification. Mechanistically, we found that IGF1 increases BMP9-induced activation of BMP/Smad signaling in MSCs. Our findings demonstrate that IGF1 can enhance BMP9-induced osteogenic differentiation in MSCs, and that this effect may be mediated by the enhancement of the BMP/Smad signaling transduction triggered by BMP9.
Growth differentiation factor 9 (GDF9) and bone morphogenetic protein 15 (BMP15) are oocyte-specific growth factors that regulate many critical processes involved in early folliculogenesis and oocyte maturation. In this study, effects of GDF9 and BMP15 treatment during in vitro maturation of porcine oocytes upon development after parthenogenetic activation were investigated. Neither GDF, BMP15 alone nor in combination affects the number and viability of cumulus cells or the rates of oocyte maturation and blastocyst development. However, the treatment of GDF9 on porcine oocytes increased the number of trophectodermal (TE) cells of blastocysts derived from activated oocytes (P<0.05). The treatment of BMP15 increased the cell numbers of both inner cell mass (ICM) and TE cells (P<0.05). The treatment with the combination of GDF9 and BMP15 further increased the numbers of ICM and TE cells, compared with GDF9 or BMP15 treatment alone (P<0.05). In conclusion, the treatment of GDF9 or BMP15 (or both) enhanced the quality of blastocysts via the increased number of ICM and/or TE cells.
The most important factor for successful implantation is osseointegration between the implant and bone. The expression of bone morphogenetic proteins (BMPs) inducing bone formation would differ after maxillary sinus elevation. And within the same graft material. the expression of BMPs would change with time after graft. The aim of this study was to compare the relative expressions of BMP4 and BMP6 using real-time RT-PCR when maxillary sinus elevation was performed using deproteinated bovine bone powder (DBBP) as the graft material or absorbable gelatin sponge (AGS) as the filler without any graft material. Fifteen rabbits, each weighing between 3.0 to 3.5 Kg, were divided randomly into 5 groups of 3 animals each based on their time of sacrifice 0, 3, 5, 7 and 9 days). After exposure of the maxillary sinus bilaterally, bone graft was performed in the right maxillary sinus using DBBP ($BBP^{(R)}$ Oct Inc., Cheonan, Korea) and only AGS ($Gelfoam^{(R)}$ Pharmacia & Upjohn Company, Kalamazoo, MI, U.S.A) was placed into the left without any graft material. Each group of rabbits was sacrificed at 1, 3, 5, 7, or 9 days after operation and all specimens were harvested. And the following results were obtained using real-time RT-PCR from isolated total RNA of the samples. 1. The expression of BMP4 increased at postoperative 1 and 3 days in both DBBP group and AGS group. In AGS group. it decreased at postoperative 5 days. increased again at postoperative 7 days, and decreased at postoperative 9 days. In DBBP group, it increased until postoperative 7 days and decreased at postoperative 9 days. Although the expression of BMP4 was higher in DBBP group compared with AGS group, it was not statistically significant (p>0.05). 2. The expression of BMP6 increased at postoperative 1 and 3 days in both DBBP group and AGS group. In AGS group, it decreased at postoperative 5 days, increased again at postoperative 7 days, and decreased at postoperative 9 days. In DBBP group, it increased until postoperative 7 days and decreased at postoperative 9 days. Although the expression of BMP6 was higher in AGS group compared with DBBP group, it was not statistically significant (p>0.05). 3. There was no statistically significant difference in BMP expression in both groups during same period of time. It' s probably because DBBP and AGS both functioned as a space retainer so that the BMP expression in blood clot seemed to be similar. 4. Thus, DBBP would not offer many benefits for early bone regeneration compared with AGS. The expression of BMP in early bone formation seems to be more influenced by physical carrier rather than the graft type.
Bone morphogenetic protein 9 (BMP9) is a potent inducer of osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells. The Wnt antagonist Dickkopf-1 (Dkk1) is involved in skeletal development and bone remodeling. Here, we investigated the role of Dkk1 in BMP9-induced osteogenic differentiation of MSCs. We found that overexpression of BMP9 induced Dkk1 expression in a dose-dependent manner, which was reduced by the P38 inhibitor SB203580 but not the ERK inhibitor PD98059. Moreover, Dkk1 dramatically decreased not only BMP9-induced alkaline phosphatase (ALP) activity but also the expression of osteocalcin (OCN) and osteopontin (OPN) and matrix mineralization of C3H10T1/2 cells. Furthermore, exogenous Dkk1 expression inhibited Wnt/β-catenin signaling induced by BMP9. Our findings indicate that Dkk1 negatively regulates BMP9-induced osteogenic differentiation through inhibition of the Wnt/β-catenin pathway and it could be used to optimize the therapeutic use of BMP9 and for bone tissue engineering.
Although previous studies have demonstrated that BMP9 is highly capable of inducing osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells, the molecular mechanism involved remains to be fully elucidated. In this study, we showed that BMP9 simultaneously promotes the activation of Smad1/5/8, p38 and ERK1/2 in C3H10T1/2 cells. Knockdown of Smad4 with RNA interference reduced nuclear translocation of Smad1/5/8, and disrupted BMP9-induced osteogenic differentiation. BMP9-induced osteogenic differentiation was blocked by p38 inhibitor SB203580, whereas enhanced by ERK1/2 inhibitor PD98059. SB203580 decreased BMP9-activated Smads singling, and yet PD98059 stimulated Smads singling in C3H10T1/2 cells. The effects of inhibitor were reproduced with adenovirus expressing siRNA targeted p38 and ERK1/2, respectively. Taken together, our findings revealed that Smads, p38 and ERK1/2 are involved in BMP9-induced osteogenic differentiation. Also, it is noteworthy that p38 and ERK1/2 may play opposing regulatory roles in mediating BMP9-induced osteogenic differentiation of C3H10T1/2 cells.
We have found that the previously uncharacterized bone morphogenetic protein-9 (BMP9) is one of the most osteogenic factors. However, it is unclear if BMP9 cross-talks with $TGF{\beta}1$ during osteogenic differentiation. Using the recombinant BMP9 adenovirus, we find that low concentration of rh$TGF{\beta}1$ synergistically induces alkaline phosphatase activity in BMP9-transduced C3H10T1/2 cells and produces more pronounced matrix mineralization. However, higher concentrations of $TGF{\beta}1$ inhibit BMP9-induced osteogenic activity. Real-time PCR and Western blotting indicate that BMP9 in combination with low dose of $TGF{\beta}1$ potentiates the expression of later osteogenic markers osteopontin, osteocalcin and collagen type 1 (COL1a2), while higher concentrations of $TGF{\beta}1$ decrease the expression of osteopontin and osteocalcin but not COL1a2. Cell cycle analysis reveals that $TGF{\beta}1$ inhibits C3H10T1/2 proliferation in BMP9-induced osteogenesis and restricts the cells in $G_0/G_1$ phase. Our findings strongly suggest that $TGF{\beta}1$ may exert a biphasic effect on BMP9-induced osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells.
The incidence of mutation in three loci of GDF9, BMP15 and BMP15-1B and their effects on litter sizes was evaluated in Baluchi sheep. Wild-type alleles were detected for BMP15 and BMP15-1B loci and all individuals were found to be as non-carriers for FecB and $FecX^G$ mutations but, a G to A nucleotide substitution was found in GDF9 locus. The frequency of $FecG^+$ (0.82) wild type allele was higher than the frequency of $FecG^l$ (0.18) mutant allele and the frequencies of $FecG^+/FecG^+$, $FecG^+/FecG^1$ and $FecG^1/FecG^1$ genotypes were 0.72, 0.20 and 0.08, respectively in GDF9 locus. The heterozygous ($FecG^+/FecG^1$) and homozygous ($FecG^+/FecG^+$) non-carrier ewes had 0.35 and 0.21 more lambs than the homozygous ($FecG^1/FecG^1$) carrier ewes, respectively (p<0.05). In addition to the finding of segregation of non-additive gene effect on litter size in the previous study in Baluchi sheep, these findings for the first time shows that the $FecG^1$ gene has a major effect on litter size in this breed.
Although BMP9 is highly capable of promoting osteogenic differentiation of mesenchymal stem cell (MSCs), the molecular mechanism involved remains to be fully elucidated. Here, we explore the possible involvement and detail role of JNKs (c-Jun N-terminal kinases) in BMP9-induced osteogenic differentiation of MSCs. It was found that BMP9 stimulated the activation of JNKs in MSCs. BMP9-induced osteogenic differentiation of MSCs was dramatically inhibited by JNKs inhibitor SP600125. Moreover, BMP9-activated Smads signaling was decreased by SP600125 treatment in MSCs. The effects of inhibitor are reproduced with adenoviruses expressing siRNA targeted JNKs. Taken together, our results revealed that JNKs was activated in BMP9-induced osteogenic differentiation of MSCs. What is most noteworthy, however, is that inhibition of JNKs activity resulted in reduction of BMP9-induced osteogenic differentiation of MSCs, implying that activation of JNKs is essential for BMP9 osteoinductive activity.
Park, Seung-Won;Goo, Tae-Won;Kim, Seong Ryul;Choi, Kwang-Ho
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.32
no.2
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pp.49-53
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2016
Bone morphogenetic proteins (BMPs) are essential growth factors for bone formation, skeletal development and bone regeneration. The BMP-2/7 heterodimer is known to have remarkable effects on osteogenic induction that are even stronger than the BMP-2 or BMP-7 homodimers. We designed a recombinant human BMP-2/7 (rhBMP-2/7) heterodimer protein with four glycine residues between BMP-2 and BMP-7 protein to facilitate free bond rotation of domains. The Baculovirus Expression Vector System (BEVS) is routinely used to produce recombinant proteins in the milligram scale. In this study, the BEVS was used to express the rhBMP-2/7 protein whrer the recombinant baculovirus was recovered in the host Sf9 cells. To confirm the biological activity of rhBMP-2/7 protein secreted from the BEVS as an osteogenic differentiation and induction factor, we measured the BMP-induced ALP activity. rhBMP-2/7 could be used as an alternative to BMPs to overcome limitations like short half-life and requirement for high concentrations. Furthermore, rhBMP-2/7 may be an efficient tool for various application studies such as bone regeneration and skeletal development.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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