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.
Phosphodiesterases (PDEs) are enzymes that degrade intracellular cAMP. In the present study, pentoxifylline, a PDE inhibitor, induced osteoclast formation in co-cultures of mouse bone marrow cells and calvarial osteoblasts. To address the involvement of the osteoclast differentiation factor TNF-related activation-induced cytokine (TRANCE, identical to RANKL, ODF, and OPGL), mouse bone marrow cells and calvarial osteoblasts were co-cultured with pentoxifylline in the presence of OPG, a decoy receptor for TRANCE. The osteoclastogenic effect of pentoxifylline was completely blocked by addition of OPG, suggesting that TRANCE is involved in the osteoclast formation induced by pentoxifylline, Northern blot analysis revealed that pentoxifylline significantly induced TRANCE mRNA expression in calvarial osteoblasts. These results suggests that pentoxifylline regulates TRANCE expression in osteoblasts, which in turn controls osteoclast formation.
Oh, Ju Hee;Lee, Jae Yoon;Park, Jin Hyeong;No, Jeong Hyeon;Lee, Na Kyung
Molecules and Cells
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v.38
no.3
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pp.279-284
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2015
Obatoclax, a pan-Bcl2 inhibitor, shows antitumor activities in various solid malignancies. Bcl2-deficient mice have shown the importance of Bcl2 in osteoclasts, as the bone mass of the mice was increased by the induced apoptosis of osteoclasts. Despite the importance of Bcl2, the effects of obatoclax on the proliferation and differentiation of osteoclast precursors have not been studied extensively. Here, we describe the anti-proliferative effects of obatoclax on osteoclast precursors and its negative role on fusion of the cells. Stimulation with low doses of obatoclax significantly suppressed the proliferation of osteoclast precursors in a dose-dependent manner while the apoptosis was markedly increased. Its stimulation was sufficient to block the activation of ERK MAP kinase by RANKL. The same was true when PD98059, an ERK inhibitor, was administered to osteoclast precursors. The activation of JNK1/2 and p38 MAP kinase, necessary for osteoclast differentiation, by RANKL was not affected by obatoclax. Interestingly, whereas the number of TRAP-positive mononuclear cells was increased by both obatoclax and PD98059, fused, multinucleated cells larger than $100{\pm}m$ in diameter containing more than 20 nuclei were completely reduced. Consistently, obatoclax failed to regulate the expression of osteoclast marker genes, including c-Fos, TRAP, RANK and CtsK. Instead, the expression of DC-STAMP and Atp6v0d2, genes that regulate osteoclast fusion, by RANKL was significantly abrogated by both obatoclax and PD98059. Taken together, these results suggest that obatoclax down-regulates the proliferation and fusion of osteoclast precursors through the inhibition of the ERK1/2 MAP kinase pathway.
Despite the importance of the receptor activator of nuclear factor (NF)-kappaB ligand (RANKL)-RANK signaling mechanisms on osteoclast differentiation, little has been studied on how RANK expression is regulated or what regulates its expression during osteoclastogenesis. We show here that insulin signaling increases RANK expression, thus enhancing osteoclast differentiation by RANKL. Insulin stimulation induced RANK gene expression in time- and dose-dependent manners and insulin receptor shRNA completely abolished RANK expression induced by insulin in bone marrow-derived monocyte/macrophage cells (BMMs). Moreover, the addition of insulin in the presence of RANKL promoted RANK expression. The ability of insulin to regulate RANK expression depends on extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) since only PD98059, an ERK1/2 inhibitor, specifically inhibited its expression by insulin. However, the RANK expression by RANKL was blocked by all three mitogen-activated protein (MAP) kinases inhibitors. The activation of RANK increased differentiation of BMMs into tartrate-resistant acid phosphatase-positive ($TRAP^+$) osteoclasts as well as the expression of dendritic cell-specific transmembrane protein (DC-STAMP) and d2 isoform of vacuolar ($H^+$) ATPase (v-ATPase) Vo domain (Atp6v0d2), genes critical for osteoclastic cell-cell fusion. Collectively, these results suggest that insulin induces RANK expression via ERK1/2, which contributes to the enhancement of osteoclast differentiation.
Alveolar bone destruction is a character-istic of periodontal disease. Treponema denticola are found in significantly increased numbers in the sites affected with periodontal disease. In order to clarify the role of T. denticola in destruction of alveo-lar bone in periodontal disease, this study was undertaken to determine the effect of sonicated extract of T. denticola on osteo-clast differentiation in co-culture system of mouse bone marrow cells and calvaria cells. The ability of osteoclast formation was estimated by counting the number of tar-tartrate resistant acid phosphatase(TRAP) positive cells. Sonicated extract of this bacteria stimulated osteoclast formation in a dose dependent manner(p<0.05). Indomathacin, an inhibitor of prostaglandin synthesis, decreased osteoclast formation induced by sonicated extract of this bacte-bacteria(p<0.05). Extract-induced osteoclast formation was decreased, when sonicated extract of bacteria was heated(p<0.05). These findings suggest that T. denticola induces osteoclast differentiation, and protein component of this bacteria and $PGE_2$ may play an important role in this process.
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.
Regulator of calcineurin 1 (RCAN1) is an endogenous calcineurin inhibitor that plays an important role in the pathogenesis of diseases related to the calcineurin-NFATc1 signaling pathway. The RCAN1-4 isoform is subject to NFATc1-dependent regulation. During receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand (RANKL)-stimulated osteoclastogenesis, the calcineurin-NFATc1 pathway is critical. Because there is little information available on the role of RCAN1 in osteoclast differentiation, this study investigated whether changes in RCAN1 expression are related to the calcineurin-NFATc1 pathway and osteoclast differentiation. Mouse bone marrow monocytes (BMMs) were treated with 50 ng/ml of RANKL and M-CSF. Expression levels of NFATc1, calcineurin, and RCAN1 isoforms were determined using RT-PCR and Western blotting. Osteoclast differentiation was examined using tartrate-resistent acid phosphatase (TRAP) staining. To evaluate the effect of RCAN1 overexpression on osteoclastogenesis, cells were transfected with a mouse RCAN1-4 cDNA plasmid. After RANKL stimulation of BMMs, expression of NFATc1 and RCAN1 was increased at the mRNA and protein level, while calcineurin expression was unchanged. When the RCAN1-4 gene construct was transfected, the expression of RCAN1 protein was not increased despite several-fold increases in RCAN1-4 mRNA expression. Regardless of RANKL stimulation, over-expression of RCAN1-4 tended to reduce NFATc1 expression and knock-down of RCAN1 increase it. While BMMs transfected with the RCAN1-4 vector were differentiated into distinct osteoclasts, their phenotypes did not vary from those of mock controls. These results suggest that RCAN1 has a limited effect on the calcineurin-NFATc1 pathway during RANKL-stimulated osteoclast differentiation.
For development of new bioactive compounds from main edible mushrooms, we determined some physiological functionalities of water extracts from mushrooms. Among water extracts from some mushroom fruiting bodies, water extracts from Pleurotus ostreatus showed 73.2% of anti-hypertensive angiotensin I-converting enzyme inhibitory activity and 73.3% of anti-gout xanthine oxidase inhibitory activity, respectively. Fibrinolytic activity was also showed 21.5 mm of clear zone in water extract of Lyophyllum cinerascens. However, the other physiological functionalities were very weaked except 40.3% of antioxidant activity in Lentinus lepideus. Furthermore, the water extracts of Pleurotus eryngii and Lyophyllum cinerascens showed high anti-osteoporosis osteoclast differentiation inhibitory activity. However, the water extract from Lentinus lepideus and Pleurotus ostreatus were not detected any osteoclast differentiation inhibitory activity.
The receptor activator of NF-${\kappa}B$ ligand (RANKL) signal is an activator of tumor necrosis factor receptor-associated factor 6 (TRAF6), which leads to the activation of NF-${\kappa}B$ and other signal transduction pathways essential for osteoclastogenesis, such as $Ca^{2+}$ signaling. However, the intracellular levels of inositol 1,4,5-trisphosphate ($IP_3$) and $IP_3$-mediated cellular function of RANKL during osteoclastogenesis are not known. In the present study, we determined the levels of $IP_3$ and evaluated $IP_3$-mediated osteoclast differentiation and osteoclast activity by RANKL treatment of mouse leukemic macrophage cells (RAW 264.7) and mouse bone marrow-derived monocyte/macrophage precursor cells (BMMs). During osteoclastogenesis, the expression levels of $Ca^{2+}$ signaling proteins such as $IP_3$ receptors ($IP_3Rs$), plasma membrane $Ca^{2+}$ ATPase, and sarco/endoplasmic reticulum $Ca^{2+}$ ATPase type2 did not change by RANKL treatment for up to 6 days in both cell types. At 24 h after RANKL treatment, a higher steady-state level of $IP_3$ was observed in RAW264.7 cells transfected with green fluorescent protein (GFP)-tagged pleckstrin homology (PH) domains of phospholipase C (PLC) ${\delta}$, a probe specifically detecting intracellular $IP_3$ levels. In BMMs, the inhibition of PLC with U73122 [a specific inhibitor of phospholipase C (PLC)[ and of $IP_3Rs$ with 2-aminoethoxydiphenyl borate (2APB; a non-specific inhibitor of $IP_3Rs$) inhibited the generation of RANKL-induced multinucleated cells and decreased the bone-resorption rate in dentin slice, respectively. These results suggest that intracellular $IP_3$ levels and the $IP_3$-mediated signaling pathway play an important role in RANKL-induced osteoclastogenesis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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