Dlx3 and Dlx5 are homeobox domain proteins and are well-known regulators of osteoblastic differentiation. Since possible reciprocal relationships between osteogenic and adipogenic differentiation in mesenchymal stem cells exist, we examined the regulatory role of Dlx3 and Dlx5 on adipogenic differentiation using human dental pulp stem cells. Over-expression of Dlx3 and Dlx5 stimulated osteogenic differentiation but inhibited adipogenic differentiation of human dental pulp stem cells. Dlx3 and Dlx5 suppressed the expression of adipogenic marker genes such as $C/EBP{\alpha}$, $PPAR{\gamma}$, aP2 and lipoprotein lipase. Adipogenic stimuli suppressed the mRNA levels of Dlx3 and Dlx5, whereas osteogenic stimuli enhanced the expression of Dlx3 and Dlx5 in 3T3-L1 preadipocytes. These results suggest that Dlx3 and Dlx5 exert a stimulatory effect on osteogenic differentiation of stem cells through the inhibition of adipogenic differentiation as well as direct stimulation.
Journal of the korean academy of Pediatric Dentistry
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v.30
no.3
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pp.391-405
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2003
Craniosynostosis, known as a premature fusion of cranial sutures, is a developmental disorder characterized by precocious differentiation and mineralization of osteoblasts in the calvarial sutures. Recent genetic studies have demonstrated that mutation in the homeobox gene Msx2 causes Boston-type human craniosynostosis. Additionally, the phenotype of Dlx5 homozygote mutant mouse presents craniofacial abnormalities including a delayed ossification of calvarial bone. Furthermore transcription of osteocalcin, a mature osteoblast marker, is reciprocally regulated by the homeodomain proteins Msx2 and Dlx5. These facts suggest important roles of osteocalcin, Msx2 and Dlx5 genes in the calvarial bone growth and suture morphogenesis. To elucidate the function of these molecules in the early morphogenesis of mouse cranial sutures, we have first analyzed by in situ hybridization the expression of osteocalcin, Msx2 and Dlx5 genes in the developing parietal bone and sagittal suture of mouse calvaria during the embryonic (E15-E18) stage. Osteocalcin mRNA was found in the periosteum of parietal bones from E15, and gradually more highly expressed with aging. Msx2 mRNA was intensely expressed in the sutural mesenchyme, osteogenic fronts and mildly expressed in the dura mater during the embryonic stage. Dlx5 mRNA was intensely expressed osteogenic fronts and the periostem of parietal bones. To further examine the upstream signaling molecules of transcription factor Msx2 and Dlx5, we have done in vitro experiments in E15.5 mouse calvarial explants. Interestingly, implantation of BMP2-, BMP4-soaked beads onto the osteogenic fronts after 48 hours organ culture induced etopic expressions of Msx2 and Dlx5 genes. On the other hand, overexpression of $TGF{\beta}1$, GDF-6, -7, FGF-2, -4 and Shh did not induce the expression of Msx2 and Dlx5. Taken together. these data indicate that transcription factor Msx2 and Dlx5 play critical roles in the calvarial bone and suture development, and that BMP siganling is involved in the osteogenesis of calvarial bones and the maintenance of cranial sutures through regulating these two transcriotpn factors. Furthermore, different expression patterns between Msx2 and Dlx5 suggest their specific functions in the osteoblast differentiation.
Park, Hyun-Jung;Ryoo, Hyun-Mo;Woo, Kyung-Mi;Kim, Gwan-Shik;Baek, Jeong-Hwa
International Journal of Oral Biology
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v.34
no.1
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pp.21-28
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2009
Mutations in DLX3 are associated with both autosomal dominant hypoplastic hypomaturation amelogenesis imperfecta (ADHHAI) and tricho-dento-osseous (TDO) syndrome. ADHHAI is caused by a c.561_562delCT (2bp-del DLX3) mutation whereas TDO syndrome is associated with a c.571_574delGGGG (4bp-del DLX3) mutation. However, although the causal relationships between DLX3 and an enamel phenotype have been established, the pathophysiological role of DLX3 mutations in enamel development has not yet been clarified. In our current study, we prepared expression vectors for wild type and deletion mutant DLX3 products (4bp-del DLX3, 2bp-del DLX3) and examined the effects of their overexpression on the expression of the enamel matrix proteins and proteases. Wild type DLX3 enhanced the expression of matrix metalloprotease 20 (MMP20) mRNA and protein in murine ameloblast-like cells. However, neither a 4bp-del nor 2bp-del DLX3 increased MMP20 expression. Wild type DLX3, but not the above DLX3 mutants, also increased the activity of reporters containing 1.5 kb or 0.5 kb of the MMP20 promoter. An examination of protein stability showed that the half-life of wild type DLX3 protein was less than 12 h whilst that of both deletion mutants was longer than 24 h. Endogenous Dlx3 was also found to be continuously expressed during ameloblast differentiation. Since inactivating mutations in the gene encoding MMP20 are associated with amelogenesis imperfecta, the inability of 4bp-del or 2bp-del DLX3 to induce MMP20 expression suggests a possible involvement of such mutations in the enamel phenotype associated with TDO syndrome or ADHHAI.
Lee, Ji Yun;Lee, Yu Mi;Kim, Mi Jin;Choi, Je Yong;Park, Eui Kyun;Kim, Shin Yoon;Lee, Sam Poong;Yang, Jae Sup;Kim, Dong Sun
Molecules and Cells
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v.22
no.2
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pp.182-188
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2006
Dlx5 and Osx are master regulatory proteins essential for initiating the cascade leading to osteoblast differentiation in mammals, but the mechanism of osteoblast-specific expression is not fully understood. DNA methylation at CpG sequences is involved in tissue and cell type-specific gene expression. We investigated the methylation status of Dlx5 and Osx in osteogenic and nonosteogenic cell lines by methylationspecific PCR (MSP). The CpG dinucleotides of the Dlx5 and Osx promoter regions were unmethylated in osteogenic cell lines transcribing these genes but methylated in nonosteogenic cell lines. Treatment of C2C12 cells with 5-AzadC induced dose- and timedependent expression of Dlx5 and Osx mRNA by demethylating the corresponding promoters. Furthermore the mRNAs for the osteoblast markers ALP and OC, which were undetectable in untreated cells, gradually increased after 5-AzadC treatment. In addition, BMP-2 stimulation induced Dlx5 expression by hypomethylating its promoter. These findings suggest that DNA methylation plays an important role in cell type-specific expression of Dlx5 and Osx.
Journal of the korean academy of Pediatric Dentistry
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v.30
no.2
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pp.217-228
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2003
Co-ordinate growth of the brain and skull is achieved through a series of tissue interactions between the developing brain, the growing bones of the skull and the sutures that unite the bones. Craniosynostosis, the premature fusion of cranial sutures, presumably involves disturbance of these interactions. Bmp2, one of bone morphogenetic proteins (Bmps), is involved in the regulation of the shapes of individual bones and the relative proportions of the skeleton. Mutations in the homeobox gene Msx2, known as a downstream gene of Bmp, cause Boston-type human craniosynostosis. The phenotype of Dlx5 homozygote mutant mouse presents craniofacial abnormalities including a delayed ossification of calvarial bone. These facts suggest important roles of Bmp2, Msx2 and Dlx5 genes in the cranial bone growth and suture morphogenesis. To elucidate the function of these molecules in the early morphogenesis of mouse cranial sutures, we first analyzed by in situ hybridization the expression of Bmp2(E15-18), Msx2 and Dlx5 genes in the developing sagittal suture of calvaria during the embryonic stage. Bmp2 mRNA was intensely expressed in the osteogenic fronts and also at the low level in the periosteum of parietal bones during embryonic stage, Msx2 mRNA was intensely expressed in the sutural mesenchyme and mildly expressed in the dura mater during the embryonic stage. Dlx5 mRNA was intensely expressed osteogenic fronts and parietal bones. To further examine the role of Bmp signaling in cranial suture, we did in vitro experiments in E15.5 mouse calvarial explants. Interestingly, implantation of Bmp2-soaked beads onto the osteogenic fronts after 48 hours organ culture resulted in the increase of the tissue thickness and cell number around Bmp2 beads, compared to BSA control beads. In addition Bmp2 induced etopic expressions of Msx2 and Dlx5 genes. On the other hand, overexpression of FGF2 did not induce the expression of Msx2 and Dlx5. Taken together, these data indicate that Bmp2 signaling molecule has a important role in regulating the cranial bone growth and early morphogenesis of cranial suture. We also suggest that Bmp signaling is involved in all the stages of osteogenesis of cranial bones and the maintenance of cranial suture by regulating Msx2 and Dlx5 genes, and that Msx2 and Dlx5 genes are specific transcription factors of Bmp signaling pathway.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.46
no.3
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pp.314-319
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2017
Chlorogenic acid, a well-known polyphenol, and its derivatives, ester of caffeic acid on quinic acid moiety, are abundant in coffee, tea, fruits, and various vegetables. This study examined the effects of cryptochlorogenic acid (CCA) on osteoblast differentiation. CCA-induced mRNA expression levels of osteogenic genes in MC3T3E1 and C3H10T1/2 cells were determined by RT-PCR and qPCR. CCA regulated expression of key osteogenic genes in the early stage of differentiation, including distal-less homeobox 5 (Dlx5), DNA-binding protein inhibitor (Id1), and runt-related transcription factor 2 (Runx2). These results suggest that CCA may enhance osteoblast differentiation through expression of osteogenic genes such as Id1, Dlx5, and Runx2, especially in the early stage.
Osteoblasts are specialized mesenchymal cells that are responsible for bone formation. In this study, we examine the role of GATA4 in osteoblast differentiation. GATA4 was abundantly expressed in preosteoblast cells and gradually down-regulated during osteoblast differentiation. Overexpression of GATA4 in osteoblastic cells inhibited alkaline phosphatase activity and nodule formation in osteogenic conditioned cell culture system. In addition, overexpression of GATA4 attenuated expression of osteogenic marker genes, including Runx2, alkaline phosphatase, bone sialoprotein, and osteocalcin, all of which are important for osteoblast differentiation and function. Overexpression of GATA4 attenuated Runx2 promoter activity, whereas silencing of GATA4 increased Runx2 induction. We found that GATA4 interacted with Dlx5 and subsequently decreased Dlx5 binding activity to Runx2 promoter region. Our data suggest that GATA4 acts as a negative regulator in osteoblast differentiation by downregulation of Runx2.
GATA4 has been reported to act as a negative regulator in osteoblast differentiation by inhibiting the Dlx5 transactivation of Runx2 via the attenuation of the binding ability of Dlx5 to the Runx2 promoter region. Here, we determine the role of GATA4 in the regulation of bone sialoprotein (Bsp) in osteoblasts. We observed that the overexpression of Runx2 or Sox9 induced the Bsp expression in osteoblastic cells. Silencing GATA4 further enhanced the Runx2- and Sox9-mediated Bsp promoter activity, whereas GATA4 overexpression down-regulated Bsp promoter activity mediated by Runx2 and Sox9. GATA4 also interacted with Runx2 and Sox9, by attenuating the binding ability of Runx2 and Sox9 to the Bsp promoter region. Our data suggest that GATA4 acts as a negative regulator of Bsp expression in osteoblasts.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.33
no.4
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pp.381-385
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2007
Bone is a dynamic organ that bone remodeling occurs throughout life and involves the process in which the bone matrix is broken down through resorption by osteoclasts and then built back again through bone formation by osteoblasts. Usually these two processes balance each other and a stable level of bone mass is maintained. We here discuss transcription factors involved in regulating the osteoblast differentiation pathway. Runx2 is a transcription factor which is essential in skeletal development by regulating osteoblast differentiation and chondrocyte maturation. Its companion subunit, Cbf${\beta}$ is needed for an early step in osteoblast differentiation pathway. Whereas Osterix(Osx) is a new identified osteoblast-specific transcription factor which is required for the differentiation of preosteoblasts into more mature and functional osteoblasts. We also discuss other transcription factors, Msx1 and 2, Dlx5 and 6, Twist, and Sp3 that affect skeletal patterning and development. Understanding the characteristics of mice in which these transcription factors are inactivated should help define their role in bone physiology and pathology of bone defects.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.36
no.4
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pp.243-249
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2010
Tissue engineered bone (TEB) can replace an autogenous bone graft requiring an secondary operation site as well as avoid complications like inflammation or infection from xenogenic or synthetic bone graft. Adult mesenchymal stem cells (MSC) for TEB are considered to have various ranges of differentiation capacity or multipotency by the donor site and age. This study examined the effect of age on proliferation capacity, differentiation capacity and bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) responsiveness of human bone marrow stromal cells (hBMSC) according to the age. In addition, to evaluate the effect on enhancement for osteoblast differentiation, the hBMSC were treated with Trichostatin A (TSA) and 5-Azacitidine (5-AZC) which was HDAC inhibitors and methyltransferase inhibitors respectively affecting chromatin remodeling temporarily and reversibly. The young and old group of hBMSC obtained from the iliac crest from total 9 healthy patients, showed similar proliferation capacity. Cell surface markers such as CD34, CD45, CD90 and CD105 showed uniform expression regardless of age. However, the young group showed more prominent transdifferentiation capacity with adipogenic differentiation. The osteoblast differentiation capacity or BMP responsiveness was low and similar between young and old group. TSA and 5-AZC showed potential for enhancing the BMP effect on osteoblast differentiation by increasing the expression level of osteogenic master gene, such as DLX5, ALP. More study will be needed to determine the positive effect of the reversible function of HDAC inhibitors or methyltransferase inhibitors on enhancing the low osteoblast differentiation capacity of hBMSC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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