• 제목/요약/키워드: Mineralization related gene expression

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Glycyrrhiza uralensis (licorice) extracts increase cell proliferation and bone marker enzyme alkaline phosphatase activity in osteoblastic MC3T3-E1 cells

  • Cho, Young-Eun;Kwun, In-Sook
    • Journal of Nutrition and Health
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    • 제51권4호
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    • pp.316-322
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    • 2018
  • Purpose: The Glycyrrhiza uralensis species (Leguminosae) as a medicinal biocompound, and one of its root components, isoliquritigenin (ISL), which is a flavonoid, has been reported to have anti-tumor activity in vitro and in vivo. However, its function in bone formation has not been studied yet. In this study, we tested the effect of Glycyrrhiza uralensis (ErLR) and baked Glycyrrhiza uralensis (EdLR) extracts on osteoblast proliferation, alkaline phosphatase (ALP) activity, and bone-related gene expression in osteoblastic MC3T3-E1 cells. Methods: MC3T3-E1 cells were cultured in various levels of ErLR (0, 5, 10, 15, $20{\mu}g/mL$), EdLR (0, 5, 10, 15, $20{\mu}g/mL$), or ISL (0, 5, 10, 15, $20{\mu}M$) in time sequences (1, 5, and 20 days). Also, isoliquritigenin (ISL) was tested for comparison to those two biocompound extracts. Results: MTT assay results showed that all three compounds (ErLR, EdLR, and ISL) increased osteoblastic-cell proliferation in a concentration-dependent manner for one day. In addition, both ErLR and EdLR compounds elevated the osteoblast proliferation for 5 or 20 days. Extracellular ALP activity was also increased as ErLR, EdLR, and ISL concentration increased at 20 days, which implies the positive effect of Glycyrrhiza species on osteoblast mineralization. The bone-related marker mRNAs were upregulated in the ErLR-treated osteoblastic MC3T3-E1 cells for 20 days. Bone-specific transcription factor Runx2 gene expression was also elevated in the ErLR- and EdLR-treated osteoblastic MC3T3-E1 cells for 20 days. Conclusion: These results demonstrated that Glycyrrhiza uralensis extracts may be useful for preventing osteoporosis by increasing cell proliferation, ALP activity, and bone-marker gene expression in osteoblastic cells.

cDNA microarray에 의한 치주인대세포의 광물화 결절형성에 관여하는 유전자들의 분석 (Identification of Matrix Mineralization-Related Genes in Human Periodontal Ligament Cells Using cDNA Microarray)

  • 신재희;박진우;여신일;노우창;김문규;김정철;서조영
    • Journal of Periodontal and Implant Science
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    • 제37권sup2호
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    • pp.447-463
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    • 2007
  • 치주인대세포는 시험관적 실험에서 광물화 결절형성을 유도할 수 있으므로 광물화 결절형성에 관여하는 유전자들을 특이하게 발현할 것으로 여겨진다. 이에 본 실험은 cDNA microarray를 이용한 동시 유전자분석을 시행하여 치주인대세포의 분화에 의한 광물화 결절형성시 나타나는 유전자의 특징적 발현 양상을 알아보고자 하였다. 교정치료를 목적으로 경북대학교병원에 내원한 환자의 제일소구치를 발치하여 통상적 방법으로 치주인대세포를 분리, 배양하였고, 3세대의 치주인대세포를 사용하여 실험을 시행하였다. 치주인대세포를 100mm 배양접시에 넣고 배양하여 매 2일 마다 배지를 교환해 주고, 10% FBS만을 투여한 대조군으로, ascorbic acid $(50\;{\mu}g/ml)$, ${\beta}-glycerophosphate$ (10 mM) 및 100 nM dexamethasone을 투여한 군을 실험군으로 하였다. 배양된 치주인대세포에 ascorbic acid, ${\beta}-glycerophosphate$, 그리고 dexamethasone을 투여한 실험군에서 21일째 광물화된 결정을 관찰할 수 있었으나 대조군에서는 관찰할 수 없었다. 3063개의 유전자를 분석한 결과 35개 유전자가 대조군에 비해 2배이상 발현이 증가하였고, 38개 유전자는 2배이상 발현이 감소하였다. 형태학적 검사에서 보여준 바와 같이 광물화 형성과정시 관여하는 JGF-2과 IGFBP2와 같은 유전자가 실험군에서 증가하였으며, 세포골격과 세포외기질 형성에 관여하는 proteogycan 1, fibulin-5, keratin 5, ${\beta}-actin$, ${\alpha}-smooth$ muscle actin, capping protein 등도 발현이 실험군에서 증가하였다. 한편 periostin and S100 calcium-binding protein A4는 대조군에서 오히려 높게 나타나므로 이는 배양된 치주인대세포가 그 자체의 표현형을 유지하고 있음을 보여 주고 있다. 그 외 apoptosis를 유발시키는데 관여하는 Dkk-1와 Nip3는 실험군에서 높게 발현되었고, apoptosis를 억제시키는데 관여하는 Btf와 TAX1BP1는 오히려 낮게 발현됨을 알 수 있으므로 이는 실험군에서 치주인대세포가 골아세포로의 분화되었음을 나타낸다.

인간치수세포에 Mineral Trioxide Aggregate와 수산화칼슘 제재 적용 시 유전자 발현 양상 비교 (Comparison of gene expression profiles of human dental pulp cells treated with mineral trioxide aggregate and calcium hydroxide)

  • 김용범;손원준;이우철;금기연;백승호;배광식
    • Restorative Dentistry and Endodontics
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    • 제36권5호
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    • pp.397-408
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    • 2011
  • 연구목적: 이 연구에서는 mineral trioxide aggregate 제재인 white ProRoot MTA (wMTA)와 수산화칼슘 제재인 Dycal을 인간치수세포에 적용한 후 치수세포의 분화와 증식, 석회화, 신생혈관형성(angiogenesis) 그리고 염증에 관여하는 유전자들의 발현 변화를 비교하였다. 연구 재료 및 방법: 실험군은 wMTA와 Dycal을 테플론 튜브(내경 10 mm, 길이 1 mm)에 담아 4시간 경화시킨 후 일차세포배양한 인간치수세포에 적용하였고, 대조군은 빈 튜브만을 적용하였다. 3시간, 6시간, 9시간, 24시간 후 total RNA를 추출하고 oligonucleotide microarray 방법을 통하여 유전자 발현 양상을 분석하였다. 위의 결과를 역전사 중합효소 연쇄반응(reverse transcriptase polymerase chain reaction)으로 재확인하였다. 결과: wMTA를 적용한 실험군에서 24,546개의 유전자 중 43개 유전자의 발현이 2배 이상 증가하였으며(예. BMP2, FOSB, THBS1, EDN1, IL11, COL10A1, TUFT1, HMOX1) 25개 유전자의 발현이 50% 이하로 감소하였다(예. SMAD6, TIMP2, DCN, SOCS2, CEBPD, KIAA1199). Dycal을 적용한 실험군에서 239개 유전자의 발현이 2배 이상 증가하였으며(예. BMP2, BMP6, SMAD6, IL11, FOS, VEGFA, PlGF, HMOX1, SOCS2, CEBPD, KIAA1199) 358개 유전자의 발현이 50% 이하로 감소하였다(예. EDN1, FGF). 결론: wMTA를 적용한 치수세포에서는 분화와 증식 그리고 석회화에 관여하는 유전자들의 변화가 관찰되었다. Dycal을 적용한 치수세포에서는 분화와 증식 그리고 신생혈관형성에 관여하는 유전자들의 변화가 관찰되었다. 또 Dycal이 염증에 관여하는 유전자들을 더 많이 발현시키는 양상을 보였다.

법랑모세포 분화와 법랑질 형성과정에서 OD314, Apin protein의 발현 및 기능 (EXPRESSION AND FUNCTION OF OD314, APIN PROTEIN, DURING AMELOBLAST DIFFERENTIATION AND AMELOGENESIS)

  • 박종태;최용석;김흥중;정문진;오현주;신인철;박주철;손호현
    • Restorative Dentistry and Endodontics
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    • 제31권6호
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    • pp.437-444
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    • 2006
  • 본 연구에서는 법랑모세포 분화와 법랑질 형성에 연관이 있는 OD314 일명 Apin protein의 기능을 밝힐 목적으로, in-situ hybridization에 의한 OD314 mRNA 발현과 법랑모세포 세포주에서 OD314와 enamel matrix protein의 발현, 그리고 OD314 유전자를 과발현/억제시킬 수 있는 construct를 제작한 후 법랑질 형성 중에 OD314의 기능을 알아보고자 RT-PCR를 시행하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. OD314 mRNA는 발생중인 상아모세포보다 법랑모세포에서 강하게 발현되었다. 2. Tuftelin은 석회화 결정이 형성되는 14일까지 발현이 지속되고, 그 이후부터 점차 감소하였다. Amelogenin과 enamelin은 7일부터 그 발현이 점점 감소하였다. 3. U6-OD314 siRNA construct를 이용하여 transfection한 법랑모세포 세포주는 OD314와 tuftelin, MMP20 mRNA 발현이 감소하였으며, CMV-OD3l4를 transfection하여 OD314의 과발현을 유도한 경우에는 OD3l4와 MMP20 mRNA의 발현이 뚜렷이 증대되었다. 이 결과는 OD314가 법랑모세포의 분화와 법랑질의 형성 그리고 석회화 과정에 중요한 역할을 하는 새로운 인자임을 시사한다.

사람 영구치에서 치주인대 및 치수 조직의 유전자 발현에 대한 비교 연구 (Comparative Gene-Expression Analysis of Periodontal Ligament and Dental Pulp in the Human Permanent Teeth)

  • 이석우;전미정;이효설;송제선;손흥규;최형준;정한성;문석준;박원서;김성오
    • 대한소아치과학회지
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    • 제43권2호
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    • pp.166-175
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    • 2016
  • 이전 연구에서 사람의 치수와 치주인대의 기능에 대한 구체적인 3만 2천여개의 인체 유전자의 RNA 활성 정보는 없었다. 본 연구의 목적은 사람 영구치에서 얻은 치주인대와 치수 조직 내의 RNA 유전자 발현을 보고하고 각각의 분자생물학적인 차이를 알아보는 것이다. cDNA 미세배열분석에서 두 조직 사이의 유전자 발현 수준에서 4배 이상 차이나는 유전자는 347개로 밝혀졌으며, 치주인대와 치수에서 각각 83개, 264개의 유전자 발현이 4배 이상 차이난다는 것을 보여주었다. 치주인대는 교원질 합성 (FAP), 교원질 분해 (MMP3, MMP9와 MMP13), 골 형성 및 개조 (SPP1, BMP3, ACP5, CTSK와 PTHLH)와 관련된 유전자가 강하게 발현되었다. 반면 치수조직은 칼슘 이온 (CALB1, SCIN와 CDH12)과 법랑질 또는 상아질의 광화 및 형성 (SPARC/SPOCK3, PHEX, AMBN과 DSPP)와 관련한 유전자의 발현이 높게 나타났다. 이들 유전자 중 SPP1, SPARC/SPOCK3, AMBN, DSPP 등의 유전자는 치아의 기능과 관련해서 잘 알려져 있지만, 다른 유전자들은 microarray 분석을 통해서 새롭게 발견된 유전자이다. 이 유전자들은 추가적인 연구가 수행된다면 재생 치료의 좋은 요인을 찾는데 도움이 될 것으로 생각된다.

BK Knockout by TALEN-Mediated Gene Targeting in Osteoblasts: KCNMA1 Determines the Proliferation and Differentiation of Osteoblasts

  • Hei, Hongya;Gao, Jianjun;Dong, Jibin;Tao, Jie;Tian, Lulu;Pan, Wanma;Wang, Hongyu;Zhang, Xuemei
    • Molecules and Cells
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    • 제39권7호
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    • pp.530-535
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    • 2016
  • Large conductance calcium-activated potassium (BK) channels participate in many important physiological functions in excitable tissues such as neurons, cardiac and smooth muscles, whereas the knowledge of BK channels in bone tissues and osteoblasts remains elusive. To investigate the role of BK channels in osteoblasts, we used transcription activator-like effector nuclease (TALEN) to establish a BK knockout cell line on rat ROS17/2.8 osteoblast, and detected the proliferation and mineralization of the BK-knockout cells. Our study found that the BKknockout cells significantly decreased the ability of proliferation and mineralization as osteoblasts, compared to the wild type cells. The overall expression of osteoblast differentiation marker genes in the BK-knockout cells was significantly lower than that in wild type osteoblast cells. The BK-knockout osteoblast cell line in our study displays a phenotype decrease in osteoblast function which can mimic the pathological state of osteoblast and thus provide a working cell line as a tool for study of osteoblast function and bone related diseases.

MC3T3-E1 세포에서 BMP2에 의한 조골세포의 분화에 일주기 유전자 Per1이 미치는 영향 (Circadian Clock Gene Per1 Mediates BMP2-induced Osteoblast Differentiation in MC3T3-E1 Cells)

  • 민현영;장원구
    • 생명과학회지
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    • 제27권5호
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    • pp.501-508
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    • 2017
  • Bone morphogenetic proteins (BMPs)는 다양한 세포기능을 조절하는 중요한 사이토카인 중 하나이다. 최근 BMP와 일주기 유전자들이 연관되어 있다는 연구결과들이 보고되고 있지만 조골세포에서 일주기 유전자인 Per1의 역할은 아직 명확하지 않다. 본 연구에서는 조골세포 분화에서 Per1의 역할을 조사하였다. MC3T3-E1 세포에서 BMP2 처리에 의해 Per1 mRNA 발현과 luciferase 활성이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 Per1 과발현 실험을 통해서 Per1 유전자가 Runx2, ALP, OC의 발현을 증가시켰으며 ascorbic acid와 ${\beta}$-glycerophosphate에 의한 ALP 염색과 석회화가 Per1 과발현에 의해 더욱 증가하는 것을 확인하였다. 이상의 결과는 일주기 리듬을 조절하는 Per1 유전자가 조골세포의 분화를 촉진하는 인자로 작용함을 시사한다.

Effects of immunosuppressants, FK506 and cyclosporin A, on the osteogenic differentiation of rat mesenchymal stem cells

  • Byun, Yu-Kyung;Kim, Kyoung-Hwa;Kim, Su-Hwan;Kim, Young-Sung;Koo, Ki-Tae;Kim, Tai-Il;Seol, Yang-Jo;Ku, Young;Rhyu, In-Chul;Lee, Yong-Moo
    • Journal of Periodontal and Implant Science
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    • 제42권3호
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    • pp.73-80
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    • 2012
  • Purpose: The purpose of this study was to investigate the effects of the immunosuppressants FK506 and cyclosporin A (CsA) on the osteogenic differentiation of rat mesenchymal stem cells (MSCs). Methods: The effect of FK506 and CsA on rat MSCs was assessed in vitro. The MTT assay was used to determine the deleterious effect of immunosuppressants on stem cell proliferation at 1, 3, and 7 days. Alkaline phosphatase (ALP) activity was analyzed on days 3, 7, and 14. Alizarin red S staining was done on day 21 to check mineralization nodule formation. Real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) was also performed to detect the expressions of bone tissue-specific genes on days 1 and 7. Results: Cell proliferation was promoted more in the FK506 groups than the control or CsA groups on days 3 and 7. The FK506 groups showed increased ALP activity compared to the other groups during the experimental period. The ALP activity of the CsA groups did not differ from the control group in any of the assessments. Mineralization nodule formation was most prominent in the FK506 groups at 21 days. RT-PCR results of the FK506 groups showed that several bone-related genes-osteopontin, osteonectin, and type I collagen (Col-I)-were expressed more than the control in the beginning, but the intensity of expression decreased over time. Runx2 and Dlx5 gene expression were up-regulated on day 7. The effects of 50 nM CsA on osteonectin and Col-I were similar to those of the FK506 groups, but in the 500 nM CsA group, most of the genes were less expressed compared to the control. Conclusions: These results suggest that FK506 enhances the osteoblastic differentiation of rat MSCs. Therefore, FK506 might have a beneficial effect on bone regeneration when immunosuppressants are needed in xenogenic or allogenic stem cell transplantation to treat bone defects.

Melanin extract from Gallus gallus domesticus promotes proliferation and differentiation of osteoblastic MG-63 cells via bone morphogenetic protein-2 signaling

  • Yoo, Han-Seok;Chung, Kang-Hyun;Lee, Kwon-Jai;Kim, Dong-Hee;An, Jeung Hee
    • Nutrition Research and Practice
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    • 제11권3호
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    • pp.190-197
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    • 2017
  • BACKGROUND/OBJECTIVES: Gallus gallus domesticus (GD) is a natural mutant breed of chicken in Korea with an atypical characterization of melanin in its tissue. This study investigated the effects of melanin extracts of GD on osteoblast differentiation and inhibition of osteoclast formation. MATERIALS/METHODS: The effects of the melanin extract of GD on human osteoblast MG-63 cell differentiation were examined by evaluating cell viability, osteoblast differentiation, and expression of osteoblast-specific transcription factors such as bone morphogenetic protein 2 (BMP-2), small mothers against decapentaplegic homologs 5 (SMAD5), runt-related transcription factor 2 (RUNX2), osteocalcin and type 1 collagen (COL-1) by reverse transcription-polymerase chain reaction and western blotting analysis. We investigated the inhibitory effect of melanin on the osteoclasts formation through tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) activity and TRAP stains in Raw 264.7 cell. RESULTS: The melanin extract of GD was not cytotoxic to MG-63 cells at concentrations of $50-250{\mu}g/mL$. Alkaline phosphatase (ALP) activity and bone mineralization of melanin extract-treated cells increased in a dose-dependent manner from 50 to $250{\mu}g/mL$ and were 149% and 129% at $250{\mu}g/mL$ concentration, respectively (P < 0.05). The levels of BMP-2, osteocalcin, and COL-1 gene expression were significantly upregulated by 1.72-, 4.44-, and 2.12-fold in melanin-treated cells than in the control cells (P < 0.05). The levels of RUNX2 and SMAD5 proteins were higher in melanin-treated cells than in control vehicle-treated cells. The melanin extract attenuated the formation of receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand-induced TRAP-positive multinucleated RAW 264.7 cells by 22%, and was 77% cytotoxic to RAW 264.7 macrophages at a concentration of $500{\mu}g/mL$. CONCLUSIONS: This study provides evidence that the melanin extract promoted osteoblast differentiation by activating BMP/SMADs/RUNX2 signaling and regulating transcription of osteogenic genes such as ALP, type I collagen, and osteocalcin. These results suggest that the effective osteoblastic differentiation induced by melanin extract from GD makes it potentially useful in maintaining bone health.