Humanin (HN) is a mitochondrial peptide that exhibits cytoprotective actions against various stresses and diseases. HN has been shown to induce the phosphorylation of AMP-activated protein kinase (AMPK), which is a negative regulator of receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL). However, the role of HN in osteoclastogenesis or other skeletal disorders remains unknown. Here, we examined whether HN regulates osteoclastogenesis via AMPK activation using bone marrow-derived macrophage (BMM) cultures. Our results show that HN inhibited RANKL-induced osteoclast formation and reduced the expression of genes involved in osteoclastogenesis, including nuclear factor of activated T-cells cytoplasmic 1, osteoclastassociated receptor, cathepsin K, and tartrate-resistant acid phosphatase. Moreover, HN increased the levels of phosphorylated AMPK protein; compound C, an AMPK inhibitor, recovered HN-induced osteoclast differentiation. In addition, we found that HN significantly decreased the levels of RANKL-induced reactive oxygen species in BMMs. Therefore, these results indicate that HN plays an important role in osteoclastogenesis and may function as an inhibitor of bone disorders via AMPK activation.
Kim, Seonyoung;Kang, Seok-Seong;Choi, Soo-Im;Kim, Gun-Hee;Imm, Jee-Young
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.29
no.1
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pp.11-20
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2019
Ecklonia cava, an edible marine brown alga (Laminariaceae), is a rich source of bioactive compounds such as fucoidan and phlorotannins. Ecklonia cava extract (ECE) was prepared using 70% ethanol extraction and ECE contained 67% and 10.6% of total phlorotannins and dieckol, respectively. ECE treatment significantly inhibited receptor activator of nuclear $factor-{\kappa}B$ ligand (RANKL)-induced osteoclast differentiation of RAW 264.7 cells and pit formation in bone resorption assay (p <0.05). Moreover, it suppressed RANKL-induced $NF-{\kappa}B$ and mitogen-activated protein kinase signaling in a dose dependent manner. Downregulated osteoclast-specific gene (tartrate-resistant acid phosphatase, cathepsin K, and matrix metalloproteinase-9) expression and osteoclast proliferative transcriptional factors (nuclear factor of activated T cells-1 and c-fos) confirmed ECE-mediated suppression of osteoclastogenesis. ECE treatment ($100{\mu}g/ml$) increased heme oxygenase-1 expression by 2.5-fold and decreased intercellular reactive oxygen species production during osteoclastogenesis. The effective inhibition of RANKL-stimulated osteoclast differentiation and oxidative stress by ECE suggest that ECE has therapeutic potential in alleviating osteoclast-associated disorders.
Kim, Dong-Gyu;Kim, Mi-Hye;Kang, Min Jung;Shin, Jung Hye
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.44
no.4
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pp.532-539
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2015
Inhibition of osteoclast differentiation is the most important target for prevention of inflammatory bone resorption and bone diseases. Here, we investigated the effect of spinach ethanol extract on osteoclast differentiation in RAW264.7 cells. Spinach was extracted with ethanol at a concentration ranging from 0 to 100% (0, 25, 50, 75, and 100% ethanol). Inhibitory effects of receptor activator of NF-${\kappa}B$ ligan (RANKL)-induced osteoclast differentiation were evaluated using tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) stain assay. The most effective eanol concentration for osteoclast differentiation was 100%. Spinach extract (100% ethanol) suppressed RANKL-induced osteoclast differentiation and TRAP activity. Spinach extract (100% ethanol) also suppressed expression of osteoclast differentiation-related marker genes (NFATc1, c-FOS, cathepsin K, and TRAP) and down-regulated RANKL-induced NF-${\kappa}B$ and ERK phosphorylation during osteoclast differentiation. Taken together, our results suggest that spinach extract is effective against reducing osteoclast differentiation through the NF-${\kappa}B$-mediated pathway.
Periodontitis, which is a severe inflammatory disease caused by endotoxins secreted from oral pathogens, destructs gingival tissue and alveolar bone. Curcuma xanthorrhiza, commonly called Java turmeric, has been shown to possess anti-bacterial and anti-inflammatory activities. The present study evaluated the inhibitory effect of C. xanthorrhiza supercritical extract (CXS) standardized with xanthorrhizol on lipopolysaccharide (LPS)-induced periodontitis in an animal model. LPS was topically injected into the periodontium of Sprague-Dawley rats to induce periodontitis and CXS (30 and $100mg{\cdot}kg^{-1}{\cdot}day^{-1}$) was orally administered after day 12. Histologically, CXS inhibited the collapse of gingival tissue by preventing cell infiltration. CXS significantly downregulated the expression of matrix metalloproteases (MMPs) and inflammation-related biomarkers, such as nuclear factor-kappa B ($NF-{\kappa}B$) and interleukin-1 beta ($IL-1{\beta}$) in gingival tissue. CXS also improved bone remodeling by downregulating osteoclastic transcription factors, such as nuclear factor of activated T-cells c1 (NFATc1), tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP), and cathepsin K. In addition, CXS upregulated osteoblast differentiation-related markers, alkaline phosphate (ALP) and collagen type I alpha (COLA1). Thus, CXS can ameliorate periodontitis by inhibiting inflammation and improving bone remodeling.
Marine organism extracts were prepared from 26 species of Korean indigenous marine organisms, including 25 species belonging in class Anthozoa of phylum Cnidaria and a species belonging to subphylum Urochordata of phylum Chordata, and screened their inhibitory effects against ${\mu}$-calpain. As a result, the thirteen extracts were found to be active in the criteria of $IC_{50}$ < 100 ${\mu}g/ml$. Among them, the MeOH extracts of Plexauroides praelonga and Alveopora japonica showed remarkable ${\mu}$-calpain inhibitory activity with $IC_{50}$ values of $4.62{\pm}0.22$ and $4.82{\pm}0.07{\mu}g/ml$, respectively. In addition, chemical investigation of A. japonica led to the isolation of an active compound, hexadecyl tetradecanoate, as a selective cathepsin B inhibitor ($IC_{50}=9.05{\pm}2.45{\mu}M$). This compound was isolated as constituent of A. japonica for the first time in the present study.
Kim, Siyeon;Kook, Kyo Eun;Kim, Changhee;Hwang, Jae-Kwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.28
no.8
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pp.1270-1281
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2018
Periodontal disease is triggered by the host immune response to pathogens in the microbial biofilm. Worsening of periodontal disease destroys the tooth-supporting tissues and alveolar bone. As oral inflammation can induce systemic diseases in humans, it is important to prevent periodontal disease. In this study, we demonstrated that Curcuma xanthorrhiza supercritical extract (CXS) and its active compound, xanthorrhizol (XAN), exhibit anti-inflammatory effects on lipopolysaccharide (LPS)-treated human gingival fibroblast-1 cells and anti-osteoclastic effects on receptor activator of nuclear factor kappa B ligand (RANKL)-treated RAW264.7 cells. LPS-upregulated inflammatory factors, such as nuclear factor kappa B p65 and $interleukin-1{\beta}$, were prominently reduced by CXS and XAN. In addition, RANKL-induced osteoclastic factors, such as nuclear factor of activated T-cells c1, tartrate-resistant acid phosphatase, and cathepsin K, were decreased in the presence of CXS and XAN. CXS and XAN inhibited the mitogen-activated protein kinase (MAPK)/activator protein-1 (AP-1) signaling pathway. Collectively, these results provide evidence that CXS and XAN suppress LPS-induced inflammation and RANKL-induced osteoclastogenesis by suppressing the MAPK/AP-1 pathway.
This study examined the anti-osteoclastogenic effects of baicalin on receptor activator of NF-${\kappa}$B ligand (RANKL)-induced RAW264.7 cells. Baicalin is a flavonoid that is produced by Scutellaria baicalensis and is known to have multiple biological properties, including antibacterial, anti-inflammatory and analgesic effects. The effects of baicalin on osteoclasts were examined by measuring 1) cell viability; 2) the formation of tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) (+) multinucleated cells; 3) RANK/RANKL signaling pathways and 4) mRNA levels of osteoclast-associated genes. Baicalin inhibited the formation of RANKL-stimulated TRAP (+) multinucleated cells and also suppressed the RANKL-stimulated activation of p-38, ERK, cSrc and AKT signaling. Baicalin also inhibited the RANKL-stimulated degradation of $I{\kappa}B$ in RAW264.7 cells. In addition, the RANKL-stimulated induction of NFATc1 transcription factors was found to be abrogated by this flavonoid. Baicalin was further found to decrease the mRNA expression of osteoclast-associated genes, including carbonic anhydrase II, TRAP and cathepsin K in the RAW264.7 cells. Our data thus demonstrate that baicalin inhibits osteoclastogenesis by inhibiting the RANKL-induced activation of signaling molecules and transcription factors in osteoclast precursors.
Lekha, Govindaraj;Vijayagowri, Esvaran;Sirigineedi, Sasibhushan;Sivaprasad, Vankadara;Ponnuvel, Kangayam M.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.29
no.2
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pp.145-152
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2014
The variation in the level of immune response related gene expression in silkworm, Bombyx mori following infection with Bombyx mori nucleopolyhedrovirus (BmNPV) was analyzed at different time intervals. The occlusion bodies of BmNPV orally inoculated to the two most divergent silkworm races viz., Sarupat (resistant to BmNPV infection) and CSR2 (susceptible to BmNPV infection) were subjected to oral BmNPV inoculation. The expression profile of gp 41 gene of BmNPV in the Sarupat and CSR2 races revealed that the virus could invade the midguts of both susceptible and resistant races. However, its multiplication was significantly less in the midgut of resistant race, while, in the susceptible race, the viral multiplication reached maximum level within 12 h. These findings indicate that potential host genes are involved in the inhibition of viral multiplication within larval midgut. The immune response genes arylphorin, cathepsin B, gloverin, lebocin, serpin, Hsp 19.9, Hsp 20.1, Hsp 20.4, Hsp 20.8, Hsp 21.4, Hsp 23.7, Hsp 40, Hsp 70, Hsp90 revealed differential level of expression on NPV infection. The gloverin, serpin, Hsp 23.7 and Hsp 40 genes are significantly up-regulated in the resistant race after NPV infection. The early up-regulation of these genes suggests that these genes could play an important role in baculovirus resistance in the silkworm, B. mori.
Effects of culture supernatants of Lactobacillus reuteri MG5346 (CS-MG5346) on receptor activator of nuclear factor-kappa B ligand (RANKL)-induced osteoclastogenesis were examined. CS-MG5346 treatment up to 400 ㎍/mL significantly reduced tartrate-resistant acid-phosphatase (TRAP) activity, the phenotype biomarker of osteoclast, without affecting cell viability. CS-MG5346 inhibited the expression of osteoclast specific transcriptional factors (c-fos and nuclear factor-activated T cells c1) and their target genes (TRAP, cathepsin, and matrix metallo-proteinase-9) in a dose-dependent manner (p<0.05). The administration of L. reuteri MG5346 (2×108 CFU/day) for 8 wks significantly improved furcation involvement, but no difference was observed in alveolar bone loss in ligature-induced experimental periodontitis rats. The elevated RANKL/osteoprotegerin ratio, the biomarker of periodontitis, was significantly lowered in the gingival tissue by administration of L. reuteri MG5346 (p<0.05). L. reuteri MG5346 showed excellent stability in simulated stomach and intestinal fluids and did not have antibiotic resistance. Based on the results, L. reuteri MG5346 has the potential to be a promising probiotic strain for oral health.
A2B adenosine receptor (A2BAR) is known to be the regulator of bone homeostasis, but its regulatory mechanisms in osteoclast formation are less well-defined. Here, we demonstrate the effect of A2BAR stimulation on osteoclast differentiation and activity by RANKL. A2BAR was expressed in bone marrow-derived monocyte/macrophage (BMM) and RANKL increased A2BAR expression during osteoclastogenesis. A2BAR stimulation with its specific agonist BAY 60-6583 was sufficient to inhibit the activation of ERK1/2, p38 MAP kinases and $NF-{\kappa}B$ by RANKL as well as it abrogated cell-cell fusion in the late stage of osteoclast differentiation. Stimulation of A2BAR suppressed the expression of osteoclast marker genes, such as c-Fos, TRAP, Cathepsin-K and NFATc1, induced by RANKL, and transcriptional activity of NFATc1 was also inhibited by stimulation of A2BAR. A2BAR stimulation caused a notable reduction in the expression of Atp6v0d2 and DC-STAMP related to cell-cell fusion of osteoclasts. Especially, a decrease in bone resorption activity through suppression of actin ring formation by A2BAR stimulation was observed. Taken together, these results suggest that A2BAR stimulation inhibits the activation of ERK1/2, p38 and $NF-{\kappa}B$ by RANKL, which suppresses the induction of osteoclast marker genes, thus contributing to the decrease in osteoclast cell-cell fusion and bone resorption activity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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