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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제38권3호
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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.
RCAN1은 calcineurin을 억제하는 내인성 단백질로 calcineurin-NFATc1 신호전달 경로와 관련된 질환의 병인에 중요한 역할을 담당한다. 특히 RCAN1-4 아형 유전자의 경우 NFATc1 전사인자에 의해 조절된다. RANKL 자극은 calcineurin-NFATc1 경로로 파골세포 분화를 유도하는데, RCAN1과 파골세포의 분화에 관련된 연구는 보고 된 바 없다. 따라서 본 연구는 RANKL 처리에 의해 파골세포 분화가 유도될 때 RCAN1이 calcineurin-NFATc1 경로에 미치는 영향을 in vitro에서 조사했다. 마우스로부터 분리한 골수단핵세포에 RANKL을 처리하여 파골세포 분화를 유도했다. RANKL 처리 후 조사 대상 유전자의 mRNA 발현과 단백질 발현을 각각 RT-PCR과 Western blot로써 측정했다. 마우스 RCAN1-4 vector를 파골전구세포인 RAW 264.7 단핵세포주와 골수단핵세포에 형질도입(transfection)시켜 RCAN1-4 유전자의 과발현을 유도했다. 형질도입 후 파골세포 분화의 형태적 변화는 TRAP 염색을 통해 관찰했다. RANKL 처리 후 NFATc1, calcineurin, RCAN1-4 mRNA 발현은 크게 증가했다. 단백질 발현의 경우 NFATc1과 RCAN1은 증가했으나 calcineurin은 대조군과 차이가 없었다. RCAN1-4 유전자의 과발현 유도 시 RCAN1-4 mRNA는 크게 증가되었으나 RCAN1 단백질 발현은 증가되지 않았다. 특히 RANKL 존재 시 RCAN1 유전자를 knock-down시켜도 RCAN1 발현은 정상적으로 유지되었다. 한편, NFATc1 발현은 과발현 유도시 감소했고 knock-down 유도 시 증가하는 경향을 보였다. RCAN1-4 유전자 과발현을 유도한 골수단핵세포에서 배양 5일 후 파골세포 분화는 대조군과 차이가 없었다. 이러한 결과는 RANKL에 의한 파골세포 분화 시 RCAN1이 calcineurin-NFATc1 경로를 통해 파골세포 분화에 미치는 영향은 제한적일 것으로 사료된다.
버섯으로부터 새로운 생리기능성 물질을 개발을 위해 몇가지 식용 버섯들의 물 추출물들을 제조한 후 이들 추출물들의 파골세포 분화 저해활성등의 생리기능성을 측정하였다. 시료 버섯자실체들의 물 추출물 중, 느타리버섯의 물 추출물은 73.2%, 만가닥버섯은 65.3%의 비교적 높은 항고혈압성 안지오텐신 전환효소 저해활성을 보였고 느타리버섯의 물 추출물은 73.3%의 높은 항통풍성 잔틴 산화효소 저해활성을 나타내었다. 또한 만가닥버섯의 물 추출물이 21.5 mm투명환의 높은 혈전용해 활성을 보였고 잣버섯 물 추출물 역시 40.3%의 항산화 활성을 보였으나 여타의 생리기능성은 매우 미약 하였다. 또한 큰느타리버섯과 만가닥버섯의 물 추출물들은 파골세포 분화 저해활성이 높았으나, 잣버섯과 느타리버섯의 물 추출물에서는 파골세포 분화 저해활성이 없었다.
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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