Purpose: We evaluated whether Spatholobus suberectus extract (SSE) can be used as a means of preventing and treating osteoporosis by measuring its effect on osteoclast differentiation, gene expression, and bone resorption. Methods: SSE was used to examine the effect on RAW 264.7 cells stimulated with RANKL to induce bone resorption. The inhibitory effect of TRAP formation and the expression of the bone resorption factors TRAP, cathepsin K, and MMP-9 during differentiation were measured. The effects on the differentiation-related factors NFATc and TRAIL and on the expression of OC-STAMP, DC-STAMP, ATP6v0d2, MITF, c-Fos, and inflammation-related factors were also evaluated. The effect on bone resorption was evaluated by culturing RANKL-treated osteoclasts on artificial bone fragments and observing the resulting resorption traces. The effect on bone damage in experimental animals was also measured. Results: SSE inhibited the differentiation of RANKL-stimulated osteoclasts into osteoclasts and suppressed the expression of cathepsin K, TRAP, MMP-9, NFATc1, TRAIL, MITF, OC-STAMP, DC-STAMP, ATP6v0d2, and c-Fos genes. Bone pore formation due to osteoclast action was also inhibited, and LPS-induced bone loss was suppressed in animal experiments. Conclusions: SSE could be useful for the prevention or treatment of osteoporosis by inhibiting osteoclast differentiation and bone resorption and suppressing bone loss induced in experimental animals. However, studies of larger populations are required.
Kim, Hyunsoo;Takegahara, Noriko;Walsh, Matthew C.;Ueda, Jun;Fujihara, Yoshitaka;Ikawa, Masahito;Choi, Yongwon
BMB Reports
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v.53
no.9
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pp.472-477
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2020
Osteoclasts are hematopoietic-derived cells that resorb bone. They are required to maintain proper bone homeostasis and skeletal strength. Although osteoclast differentiation depends on receptor activator of NF-κB ligand (RANKL) stimulation, additional molecules further contribute to osteoclast maturation. Here, we demonstrate that protocadherin-7 (Pcdh7) regulates formation of multinucleated osteoclasts and contributes to maintenance of bone homeostasis. We found that Pcdh7 expression is induced by RANKL stimulation, and that RNAi-mediated knockdown of Pcdh7 resulted in impaired formation of osteoclasts. We generated Pcdh7-deficient mice and found increased bone mass due to decreased bone resorption but without any defect in bone formation. Using an in vitro culture system, it was revealed that formation of multinucleated osteoclasts is impaired in Pcdh7-deficient cultures, while no apparent defects were observed in differentiation and function of Pcdh7-deficient osteoblasts. Taken together, these results reveal an osteoclast cell-intrinsic role for Pcdh7 in maintaining bone homeostasis.
Baicalin is a flavonoid purified from the medicinal plant Scutellaria baicalensis. It has been reported that baicalin exhibits antibacterial, anti-inflammatory and analgesic effects. The present study was undertaken to determine the underlying cellular mechanisms of baicalin action in preosteoclasts. The effects of this flavonoid on preosteoclasts were determined by measuring osteoclast generation and osteoclast activity in macrophage-colony stimulating factor (M-CSF)-dependent bone marrow cells (MDBMCs) and in co-cultures of MDBMCs and osteoblasts. Osteoclast generation was assayed by measuring the number of tartrateresistant acid phosphatase (TRAP) (+) multinucleated cells after culture. Osteoclast activity was assayed by measuring the area of the resorption pit after culture. We found that osteoclast generation was induced by M-CSF and receptor activator of NF-kB ligand (RANKL), and by the 1.25-dihydroxycholecalciferol in our cultures. Baicalin decreased both osteoclast generation and activity in MDBM cultures and co-cultures indicating that it may inhibit bone resorption.
Phosphodiesterase (PDE) 4 is an enzyme that degrades intracellular cAMP. In the present study, the effect of rolipram, a specific phosphodiesterase (PDE) 4 inhibitor, on osteoclast formation was investigated. Rolipram induced osteoclast formation in cocultures of mouse bone marrow cells and calvarial osteoblasts. This activity was not observed in the absence of calvarial osteoblasts, suggesting that calvarial osteoblasts are likely target cells of rolipram. Osteoclast formation by rolipram was completely blocked by the addition of osteoprotegerin (OPG), a soluble decoy receptor for the osteoclast differentiation factor, TNF-related activation-induced cytokine (TRANCE, identical to RANKL, ODF, and OPGL). Northern blot analysis revealed the effect of rolipram to be associated with the increased expression of TRANCE mRNA in mouse calvarial osteoblasts. Collectively, these data indicate that PDE4 inhibitor up-regulates the TRANCE mRNA expression in osteoblasts, which in turn controls osteoclast formation.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.26
no.3
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pp.320-324
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2012
Osteoporosis is an important public health issue in postmenopausal women. It is a major public health concern and is widely believed that osteoporosis results from imbalance between bone resorption and bone formation. Recently natural products from plants have been extensively studied as therapeutic drugs to treat and prevent various diseases. Hoelen (scientific name, Poria cocos) is a mushroom that is used in traditional Chinese medicine. Hoelen exhibits anti-inflammatory activity and has a protective effect on tumor progression. However, the effect of hoelen in osteoclast differentiation remains unknown. Thus, we examined the effect of hoelen in receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL)-induced osteoclast differentiation. Hoelen significantly inhibited RANKL-induced osteoclast differentiation in bone marrow-derived macrophages (BMMs) in dose dependent manner without toxicity. Also, we showed that hoelen significantly inhibited the mRNA expression of tartrate-resistant acid phophatase (TRAP) and nuclear factor of activated T cells 1 (NFATc1) in BMMs treated with RANKL. In Particular, hoelen greatly inhibited the protein expression of NFATc1. Ectopic expression of NFATc1 partially reverses hoelen-mediated inhibition of osteoclast differentiation. Taken together, our results demonstrated that hoelen may be useful treatment option of bone-related disease such as osteoporosis, reumatoid arthritis, and periodontitis.
The primary cause of tooth loss after 30 years of age is periodontal disease. Destruction of alveolar bone by periodontal disease is done by bone resorbing activity of osteoclasts. Understanding differentiation and activation mechanism of osteoclasts is essential for controling periodontal disease. The purpose of this study is to identify the possible effects of Vitamin D and cytokines affecting osteoclasts and its precursor cells. Four to six week-old mice were killed and humerus, radius, tibia and femur were removed aseptically and washed two times with Hank's solution containing penicillin-streptomycin and then soft tissue were removed. Bone marrow cells were collected by 22 gauge needle. Cells were cultured in Hank's solution containing 1 mg/ml type II collagenase, 0.05% trypsin, 41mM EDTA. Supernatant solution was removed 5 times after 15 minutes of digestion with above mentioned enzyme solution, and remained bone particles were maintained in alpha-MEM for 15 minutes and $4^{\circ}C$ temperature. Bone particles were agitated for 1 minute and supernatant solution containing osteoclast precursor cells were filtrated with cell stainer. These separated osteoclast precursor cells were dispensed with 100-mm culture dish by $1{\times}10^7$ cells unit and cultured in ${\alpha}$- MEM containing 20 ng/ml recombinant human M-CSF, 30 ng/ml recombinant human soluble osteoclast differentiation factor and 10% fetal calf serum for 2 and 7 days. Total RNA of osteoclast precursor cells were extracted using RNeasy kit. One ${\mu}g$ of total RNA was reverse transcribed in $42^{\circ}C$ for 30 minutes using SuperScriptII reverse transcriptase. Expression of transcribed receptors of each hormone and cytokine were traced with 1 ${\mu}l$ of cDNA solution by PCR amplification. Vitamin D receptor WAS found in cells cultured for 7 days. TNF-${\alpha}$ receptor was found in cells cultured for 2 days and amount of receptors were increased by 7 days. IL-1 type I receptor was not found in cells cultured 2 and 7 days. But, IL-1 receptor type II was found in cells cultured for 2 days. TGF-${\alpha},{\beta}$type I receptor was found in cells cultured 2 and 7 days, and amount of receptors were increased by 7 days of culture. These results implies Vitamin D and cytokines can affect osteoclasts directly, and affecting period in differentiation cycle of osteoclasts is different by Vitamin D and cytokines.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.25
no.6
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pp.1008-1013
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2011
Osteoporosis is the leading underlying cause of fractures, particularly in postmenopausal women, due to the loss of estrogen-mediated suppression of bone resorption. More than 50% of adults 50 years of age or older are estimated to have osteoporosis. Osteoclast which is main target for treatment of osteoporosis is originated from hematopoietic cell line. Aloe has been widely used in worldwide country as a coadjuvant medicine. Extracts of the leaves of Aloe have been used in condition to improve dermatologic problem such as seborrheic dermatitis, aphthous stomatitis, xerosis, lichen planus and has been known to exert anti-inflammatory, anti-oxidant and anti-tumor effects. However, despite the popularity of aloe as a plant food supplements, the evaluation of its efficacy as a possible therapeutic option for osteoporosis remains scarce. Thus, we evaluated the effect of Aloe on receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL)-induced osteoclast differentiation. Here we found that Aloe significantly inhibited osteoclast differentiation induced by RANKL. Aloe suppressed the activation of p38 pathway and $NF{\kappa}B$ in bone marrow macrophages (BMMs) treated with RANKL. Also, Aloe significantly inhibited the mRNA expression of c-Fos, tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP), osteoclast-associated receptor (OSCAR), nuclear factor of activated T cells (NFAT)c1 and cathepsin K in BMMs treated with RANKL. Particularly, Aloe greatly inhibited the protein expression of c-fos and NFATc1. Taken together, our results suggested that Aloe may be useful tool for treatment of osteoporosis by inhibition of osteoclast differentiation.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.26
no.2
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pp.160-165
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2012
Osteoporotic fracture became a serious social problem, which related with mortality and morbidity in old age population. Osteoclast which is responsible for bone resorption is originated from hematopoietic cell line and plays a key role osteoporotic bone loss. Cynanchum wilfordii (Asclepiadaceae) roots have been used in Korean folk medicine for the treatment of diabetes mellitus and aging progression. Also, recent studies have shown that the extract and fractions of Cynanchi Wilfordii Radix have various pharmacological actions including scavenging free radicals, enhancing immunity, reducing high serum cholesterol, and anti-tumor activity. However, the effect of extract of Cynanchi Wilfordii Radix in osteoclast differentiation had not been reported. Thus, we evaluated the effect of Cynanchi Wilfordii Radix on receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL)-induced osteoclast differentiation. Through our study, we found that Cynanchi Wilfordii Radix significantly inhibited osteoclast differentiation induced by RANKL. Cynanchi Wilfordii Radix suppressed the activation of p38 pathway and $NF{\kappa}B$ in bone marrow macrophages (BMMs) treated with RANKL. Also, Cynanchi Wilfordii Radix significantly inhibited the mRNA expression of c-Fos, tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP), osteoclast-associated receptor (OSCAR), nuclear factor of activated T cells (NFAT)c1 and cathepsin K in BMMs treated with RANKL. Particularly, Cynanchi Wilfordii Radix inhibited the protein expression of c-fos and NFATc1. Taken together, our results demonstrated that Cynanchi Wilfordii Radix may be useful treatment option of bone-related disease such as osteoporosis leads to fracture of bone and rheumatoid arthritis.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.24
no.5
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pp.807-813
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2010
Impairment of balance between bone-resorbing osteoclasts and bone-forming osteoblasts result in bone disease. Especially, increased osteoclast formation and activity are responsible for bone diseases such as osteoporosis, rheumatoid arthritis, periodontal disease. Natural metabolites of plants have recently received much attention as an alternative tools for the development of novel therapeutic strategy. The aim of this study was to search the natural products to inhibit osteoclast differentiation and was to evaluate of its mechanism. Water extract of Gastrodia elata Blune significantly inhibited receptor activator of nuclear factor-κB ligand (RANKL)-induced osteoclast differentiation in bone marrow macrophages (BMMs) in a dose dependent manner. However, water extract of Gastrodia elata Blune did not affect cytotoxicity when compared with control. The mRNA expression of c-Fos, NFATc1, and TRAP induced by RANKL was inhibited by water extract of Gastrodia elata Blune treatment. Also, water extract of Gastrodia elata Blune inhibited the protein expression of c-Fos and NFATc1 expression in BMMs treated with RANKL. Water extract of Gastrodia elata Blune suppressed the phosphorylation of p38 induced by RANKL. In general, RANKL considerably inhibited the expression level of Id2 and MafB known as negative regulators of osteoclastogenesis, but RANKL did not inhibit Id2 and MafB expression in BMMs when it was co-treated with Gastrodia elata Blune. Taken together, these results suggest that Gastrodia elata Blune may be a useful drug in the treatment of bone-related disease.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.26
no.4
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pp.506-510
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2012
Bone homeostasis is regulated by the balance between bone-resorbing osteoclasts and bone-forming osteoblasts. Osteoporosis, rheumatoid arthritis and periodontal disease are related with up-regulated osteoclast formation and its activity. Gol-Swae-Bo(Drynariae Rhizoma) is widely used on skeletal disease. In this study, we sought to examine the effect of Drynariae Rhizoma in RANKL-induced osteoclast differentiation. The extract of Drynariae Rhizoma inhibited RANKL-induced osteoclast differentiation in a dose dependent manner without cytotoxicity. receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand(RANKL) mediated $I{\kappa}B$ degradation in bone marrow macrophages(BMMs). However, the extract of Drynariae Rhizoma inhibited RANKL induced $I{\kappa}B$ degradation in BMMs. And mRNA expression of OSCAR, TRAP, c-Fos and NFATc1 was suppressed by the extract of Drynariae Rhizoma. Moreover, the extract of Drynariae Rhizoma inhibited the protein expression of NFATc1 and c-Fos induced by RANKL. After all the analysis, these results suggest that Drynariae Rhizoma may be good candidate of medicine in the treatment of bone-related disease.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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