Kim, Haebom;Kim, Mi-Bo;Kim, Changhee;Hwang, Jae-Kwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제28권2호
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pp.190-198
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2018
Periodontitis is an inflammatory disease caused by microbial lipopolysaccharide (LPS), destroying gingival tissues and alveolar bone in the periodontium. In the present study, we evaluated the anti-inflammatory and anti-osteoclastic effects of panduratin A, a chalcone compound isolated from Boesenbergia pandurata, in human gingival fibroblast-1 (HGF-1) and RAW 264.7 cells. Treatment of panduratin A to LPS-stimulated HGF-1 significantly reduced the expression of interleukin-$1{\beta}$ and nuclear factor-kappa B (NF-${\kappa}B$), subsequently leading to the inhibition of matrix metalloproteinase-2 (MMP-2) and MMP-8 compared with that in the LPS control ($^{**}p$ < 0.01). These anti-inflammatory responses were mediated by suppressing the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling and activator protein-1 complex formation pathways. Moreover, receptor activator of NF-${\kappa}B$ ligand (RANKL)-stimulated RAW 264.7 cells treated with panduratin A showed significant inhibition of osteoclastic transcription factors such as nuclear factor of activated T-cells c1 and c-Fos as well as osteoclastic enzymes such as tartrate-resistant acid phosphatase and cathepsin K compared with those in the RANKL control ($^{**}p$ < 0.01). Similar to HGF-1, panduratin A suppressed osteoclastogenesis by controlling MAPK signaling pathways. Taken together, these results suggest that panduratin A could be a potential candidate for development as a natural anti-periodontitis agent.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제33권2호
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pp.94-102
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2007
The ameloblastoma is a common odontogenic tumor of the jaw bone and represents approximately 1% of tumor in the jaw. However, it might be able to infiltrate into the adjacent tissue, causing bony destruction and high recurrent rate. In this study, expression of RANKL and OPG in ameloblastoma in relation to age and gender of patient and recurrence, location of the lesion were examined through immunohistochemisry study. The RANKL and OPG antibody staining were used. The obtained result were as follow. 1. Positive immunoreactivity to RANKL/OPG in all specimens was found. 2. 1n recurrenc, location of ameloblastoma and age, gender of patients using immunohistochemical expression of RANKL. There was not significant difference. 3. 1n recurrence, location of ameloblastoma and age, gender of patients using immunohistochemical expression of OPG. There was not significant difference. In summary, it is suggested that activation of osteoclasts by RANKL is an important mechanism by which ameloblastomas cause bone destruction.
Natural compounds isolated from medicinal herbs and plants have immense significance in maintaining bone health. Hydrolysable tannins have been shown to possess a variety of medicinal properties including antiviral, anticancer, and anti-osteoclastogenic activities. As a part of a study on the discovery of alternative agent against skeletal diseases, we isolated a hydrolysable tannin, 2-O-digalloyl-1,3,4,6-tetra-O-galloyl-${\beta}$-D-glucose (DTOGG), from Galla Rhois and examined the effect on osteoclast formation and function. We found that DTOGG significantly inhibited receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL)-induced osteoclast differentiation by downregulating the expression of the key regulator in osteoclastogenesis as well as osteoclast-related genes. Analysis of RANKL/RANK signaling revealed that DTOGG impaired activation of $I{\kappa}B{\alpha}$ and p65 in the nuclear factor kappa-lightchain-enhancer of activated B cells (NF-${\kappa}B$) signaling pathway. Furthermore, DTOGG reduced bone resorbing activity of osteoclasts, compared to the vehicle-treated control. These results suggest that DTOGG could be a useful natural compound to manage osteoclast-mediated skeletal diseases.
Bone homeostasis is maintained by a balance between activities of osteoblasts(bone forming cells) and osteoclasts (bone resorbing cells). The activities of these cells are closely regulated by multiple factors including hormones and cytokines. The cessation of estrogen at menopause disrupts the balanced regulation and is the main cause of osteoporosis in postmenopausal women. Recent molecular biological studies led to a discovery of tumor necrosis factor(TNF) and TNF receptor families genes that play critical roles in the regulation of osteoclast formation and function. RANKL (receptor activator of nuclear factor kappa B ligand; also called ODF, TRANCE, and OPGL) expressed on cells supporting osteoclast is essential for osteoclast differentiation, activation, and survival. RANK, the counter-receptor for RANKL, is expressed on progenitor and mature osteoclasts. The interaction between RANKL and RANK is requlated by a soluble decoy receptor OPG (osteoprotegerin). Gene knock out studies of these molecules showed profound effects on bone. These results prompted development of new strategies for treatment of bone diseases. Inhibition of osteoclast activity by blocking the RANKL-RANK interaction using OPG is being attempted. Research on the signaling pathways of RANK is also actively carried out. Screening natural products that inhibit the RANKL-RANK interaction or the activity of obteoclasts would be another effective means to a new drug target for bone resorbing diseases.
We explored the role of phosphodiesterase 4 (PDE4) on parathyroid (PTH)-induced signaling in osteoblasts. PTH was shown to increase the activity of PDE, mainly PDE4, in osteoblasts, which is partly attributable to elevated PDE4B and PDE4D mRNA expression. The use of PDE4 inhibitor strengthened the PTH-induced extracellular signal-regulated kinase (ERK) and p38 MAP kinase (MAPK) activation. Furthermore, the PDE4 inhibitor stimulated PTH-induced receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL) expression in osteoblasts, which in turn increased osteoclast formation. Taken together, these data suggest the negative role of PDE4 on PTH-induced signaling in osteoblasts.
Su, Xiang-Dong;Yang, Seo Y;Shrestha, Saroj K;Soh, Yunjo
Journal of Veterinary Science
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제23권4호
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pp.47.1-47.11
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2022
Background: In lipopolysaccharide-induced RAW264.7 cells, Aster tataricus (AT) inhibits the nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells and MAPKs pathways and critical pathways of osteoclast development and bone resorption. Objectives: This study examined how aster saponin A2 (AS-A2) isolated from AT affects the processes and function of osteoclastogenesis induced by receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand (RANKL) in RAW264.7 cells and bone marrow macrophages (BMMs). Methods: The cell viability, tartrate-resistant acid phosphatase staining, pit formation assay, polymerase chain reaction, and western blot were carried out to determine the effects of AS-A2 on osteoclastogenesis. Results: In RAW264.7 and BMMs, AS-A2 decreased RANKL-initiated osteoclast differentiation in a concentration-dependent manner. In AS-A2-treated cells, the phosphorylation of ERK1/2, JNK, and p38 protein expression were reduced considerably compared to the control cells. In RAW264.7 cells, AS-A2 suppressed the RANKL-induced activation of osteoclast-related genes. During osteoclast differentiation, AS-A2 suppressed the transcriptional and translational expression of NFATc1 and c-Fos. AS-A2 inhibited osteoclast development, reducing the size of the bone resorption pit area. Conclusion: AS-A2 isolated from AT appears to be a viable therapeutic therapy for osteolytic illnesses, such as osteoporosis, Paget's disease, and osteogenesis imperfecta.
Non-small-cell lung cancer (NSCLC) is the third most common cancer that spreads to the bone, resulting in osteolytic lesions caused by hyperactivation of osteoclasts. Activating mutations in epidermal growth factor receptor-tyrosine kinase (EGF-TK) are frequently associated with NSCLC, and afatinib is a first-line therapeutic drug, irreversibly targeting EGF-TK. However, the effects of afatinib on osteoclast differentiation and activation as well as the underlying mechanism remain unclear. In this study, afatinib significantly suppressed receptor activator of nuclear factor ${\kappa}B$ (RANK) ligand (RANKL)-induced osteoclast formation in bone marrow macrophages (BMMs). Consistently, afatinib inhibited the expression of osteoclast marker genes, whereas, it upregulated the expression of negative modulator genes. The bone resorbing activity of osteoclasts was also abrogated by afatinib. In addition, afatinib significantly inhibited RANKL-mediated Akt/protein kinase B and c-Jun N-terminal kinase phosphorylation. These results suggest that afatinib substantially suppresses osteoclastogenesis by downregulating RANK signaling pathways, and thus may reduce osteolysis after bone metastasis.
Piperlongumine (PL) is a natural product found in long pepper (Piper longum). The pharmacological effects of PL are well known, and it has been used for pain, hepatoprotection, and asthma in Oriental medicine. No studies have examined the effects of PL on bone tissue or bone-related diseases, including osteoporosis. The current study investigated for the first time the inhibitory effects of PL on osteoclast differentiation, bone resorption, and osteoclastogenesis-related factors in RAW264.7 macrophages stimulated by the receptor activator for nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL). Cytotoxicity was examined using the 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay, and osteoclast differentiation and bone resorption were confirmed by tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) staining and pit formation analysis. Osteoclast differentiation factors were confirmed by western blotting. PL exhibited toxicity in RAW264.7 macrophages, inhibiting osteoclast formation and bone resorption, in addition to inhibiting the expression of osteoclastogenesis-related factors, such as tumor necrosis factor receptor-associated factor 6 (TRAF6), c-Fos, and NFATc1, in RANKL-stimulated RAW264.7 macrophages. These findings suggest that PL is suitable for the treatment of osteoporosis, and it serves as a potential therapeutic agent for various bone diseases.
We hypothesized that inflammation affects number and activity of osteoclasts (OCs) via enhancing autophagy. Lipopolysaccharide (LPS) induced autophagy, osteoclastogenesis, and cytoplasmic reactive oxygen species (ROS) in bone marrow-derived macrophages that were pre-stimulated with receptor activator of nuclear $factor-{\kappa}B$ ligand. An autophagy inhibitor, 3-methyladenine (3-MA) decreased LPS-induced OC formation and bone resorption, indicating that autophagy is responsible for increasing number and activity of OCs upon LPS stimulus. Knockdown of autophagy-related protein 7 attenuated the effect of LPS on OC-specific genes, supporting a role of LPS as an autophagy inducer in OC. Removal of ROS decreased LPS-induced OC formation as well as autophagy. However, 3-MA did not affect LPS-induced ROS levels, suggesting that ROS act upstream of phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate 3-kinase in LPS-induced autophagy. Our results suggest the possible use of autophagy inhibitors targeting OCs to reduce inflammatory bone loss.
Breast cancer bone metastasis causing severe morbidity is commonly encountered in daily clinical practice. It causes pain, pathologic fractures, spinal cord and other nerve compression syndromes and life threatening hypercalcemia. Breast cancer metastasizes to bone through complicated steps in which numerous molecules play roles. Metastatic cells disrupt normal bone turnover and create a vicious cycle to which treatment efforts should be directed. Bisphosphonates have been used safely for more than two decades. As a group they delay time to first skeletal related event and reduce pain, but do not prevent development of bone metastasis in patients with no bone metastasis, and also do not prolong survival. The receptor activator for nuclear factor ${\kappa}B$ ligand inhibitor denosumab delays time to first skeletal related event and reduces the skeletal morbidity rate. Radionuclides are another treatment option for bone pain. New targeted therapies and radionuclides are still under investigation. In this review we will focus on mechanisms of bone metastasis and its medical treatment in breast cancer patients.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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