Peptidoglycan (PG) is found in atheromatous lesions of arteries, where monocytes/macrophages express inflammatory cytokines, including tumor necrosis factor-alpha ($TNF-{\alpha}$). This study investigated the effects of PG on $TNF-{\alpha}$ expression and examined possible cellular factors involved in $TNF-{\alpha}$ upregulation. The overall aim was to identify the molecular mechanisms underlying inflammatory responses to bacterial pathogen-associated molecular patterns in the artery. Exposure of human THP-1 monocytic cells to PG enhanced the secretion of $TNF-{\alpha}$ and induced its gene transcription. Inhibition of TLR-2/4 with OxPAPC significantly inhibited $TNF-{\alpha}$ gene expression, whereas inhibition of LPS by polymyxin B did not. The PG-induced expression of $TNF-{\alpha}$ was also significantly suppressed by pharmacological inhibitors that modulate activities of cellular signaling molecules; for example, U0126 (an ERK inhibitor), SB202190 (a p38 MAPK inhibitor), and SP6001250 (a JNK inhibitor) significantly attenuated PG-induced transcription of $TNF-{\alpha}$ and secretion of its gene product. $TNF-{\alpha}$ expression was also inhibited by rapamycin (an mTOR inhibitor), LY294002 (a PI3K inhibitor), and Akt inhibitor IV (an Akt inhibitor). ROS-regulating compounds, like NAC and DPI, also significantly attenuated $TNF{\alpha}$ expression induced by PG. These results suggest that PG induces $TNF-{\alpha}$ expression in monocytes/macrophages by multiple molecules, including TLR-2, PI3K, Akt, mTOR, MAPKs, and ROS.
Bone remodeling is characterized by the continuing processes of osteoblast-mediated bone formation and osteoclast-mediated bone resorption. Bone metabolism is tightly regulated at the local level by networks of hormones, cytokines, and other factors. In pathological conditions of bone remodeling, including osteoporosis and periodontal diseases, inflammatory cytokines and local mediators are responsible for enhancement of osteoclast resorption and inhibition of repair at the sites of bone resorption. TNF-${\alpha}$ is a pleiotropic hormone with actions on the differentiation, growth, and functional activities of normal and malignant cells from numerous tissues. TNF-${\alpha}$ has been proposed as a local mediator of the control of bone turnover in situations of chronic inflammation, and it has been assumed that the local source of TNF-${\alpha}$ is the monocyte in the adjacent bone marrow or the local circulation. TNF-${\alpha}$ is a potent inducer of bone resorption. TNF-${\alpha}$ is known to induce the activation of apoptotic signaling pathway, which leads to the apoptosis of bone cells. We demonstrated that treatment of murine osteoblastic MC3T3E1 cells with TNF-${\alpha}$ decreases proliferation as well as alkaline phosphatase (ALP) activity in a dose depenent manner. In addition, TNF-${\alpha}$ increases osteoclast-like cell formation in $1{\alpha}$, 25(OH)2D3 or PGE2-treated bone marrow cell culture. When cells were cultured in TNF-${\alpha}$ free ${\alpha}$-MEM, this inhibitory effect of ALP activity was reversible up to 10 ng/ml TNF-${\alpha}$, in contrast, at the 20 ng/ml TNF-${\alpha}$, irreversible. In this concentration, TNF-${\alpha}$ may induce apoptosis in MC3T3E1 cells. In this study, TNF-${\alpha}$ induces apoptosis resulting in chromosomal DNA fragmentation, preceded by JNK/SAPKs and caspase-3 activation. Our present results show that JNK/SAPKs and caspase-3 are activated by TNF-${\alpha}$, suggesting that the JNK/SAPKs and caspase-3 participate in the bone resorption, associated with apoptosis.
Previous studies have demonstrated that oxidative stress involving generation of reactive oxygen species (ROS) is responsible for the cytotoxic action of $TNF{\alpha}$. Protective effect of small heat shock proteins (small HSP) against diverse oxidative stress conditions has been suggeted. Although overexpression of small hsp was shown to provide an enhanced survival of $TNF{\alpha}$-sensitive cells when challenged with $TNF{\alpha}$, neither the nature of $TNF{\alpha}$-induced cytotoxicity nor the protective mechanism of small HSP has not been completely understood. In this study, we have attempted to determine whether $TNF{\alpha}$ induces oxidative DNA damage in $TNF{\alpha}$-sensitive L929 cells. We chose to measure the level of 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine (8 ohdG), which has been increasingly recognized as one of the most sensitive markers of oxidative DNA damage. Our results clearly demonstrated that the level of 8 ohdG increased in L929 cells in a $TNF{\alpha}$ dose-dependent manner. Subsequently, we asked whether small HSP has a protective effect on $TNF{\alpha}$-induced oxidative DNA damage. To accomplish this goal, we have stably transfected L929 cells with mouse small hsp cDNA (hsp25) since these cells are devoid of endogenous small hsps. We found that $TNF{\alpha}$-induced 8 ohdG was decreased in cells overexpressing exogenous small hsp. We also found that the cell killing activity of $TNF{\alpha}$ was decreased in these cells as measured by clonogenic survival. Taken together, results from the current study show that cytotoxic mechanism of $TNF{\alpha}$ involves oxidative damage of DNA and that overexpression of the small hsp reduces this oxidative damage. We suggest that the reduction of oxidative DNA damage is one of the most important protective mechanisms of small HSP against $TNF{\alpha}$.
Tumor necrosis $factor-{\alpha}\;(TNF-{\alpha})$ has been implicated in skeletal diseases by promoting bone loss in inflammatory bone diseases. In the present study, we examined the effects of $TNF-{\alpha}$ on osteoblastic differentiation of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hBMSCs). $TNF-{\alpha}$ dose-dependently promoted matrix mineralization of hBMSCs with a maximal stimulation at 2ng/ml. $TNF-{\alpha}$ increased expression of alkaline phosphatase, which plays a crucial role for the matrix deposition. The $TNF-{\alpha}-stimulated$ osteoblastic differentiation was not affected by $NF_kB$ inhibitors, BAY and SN50. However, a JNK-specific inhibitor, SP600125 completely abolished the $TNF-{\alpha}-stimulated$ matrix mineralization and expression of alkaline phosphatase. These results suggest that $TNF-{\alpha}$ enhances osteoblastic differentiation of hBMSCs through JNK-dependent pathway.
I report that single-stranded antisense as a part of large circular (LC-) genomic DNA of recombinant M13 phage exhibits enhanced stability, sequence specific antisense activity, and no need for target site search. A cDNA fragment (708 bp) of rat TNF-$\alpha$ was inserted into a phagemid vector, and TNF-$\alpha$ antisense molecules (TNF$\alpha$-LCAS) were produced as single-stranded circular DNA. When introduced into a rat monocyte/macrophage cell line, WRT7/P2, TNF$\alpha$-LCAS was able to ablate LPS-induced TNF-$\alpha$ mRNA to completion. The antisense effect of TNF$\alpha$-LCAS was shown to be sequence-specific because expressions of three control genes ($\beta$-actin, GAPDH and IL-1$\beta$) were not significantly altered by the antisense treatment. Further, TNF$\alpha$-LCAS was found to be highly efficacious as only 0.1 $\mu$g (0.24 nM) of TNF$\alpha$-LCAS was sufficient to block TNF-$\alpha$ expression in 1$\times10^5$ WRT7/P2 cells. I have also observed specific antisense activity in reduction of NF-$\kappa$B gene expression. The results suggest that an antisense sequence as a part of single-stranded circular genomic DNA has a specific antisense activity.
Purpose : It is not clear that the development of glomerular injury and aggravation by tumor necrosis factor alpha($TNF-{\alpha}$) is related to intrarenal or serum concentration of $TNF-{\alpha}$. So, we studied the relationship between the concentration of $TNF-{\alpha}$ and aggravation of glomerular damage in the Henoch-$Sch{\ddot{o}}nlein$ nephritis(HSN) and idiopathic nephrotic syndrome(INS). Methods : We collected the sera and urines of 21 patients with Henoch-$Sch{\ddot{o}}nlein$ purpura(HSP) and 22 patients with INS visited Chungbuk National University hospital from March 1998 to March 2001. The concentration of $TNF-{\alpha}$ in the sera and urines were measured by sandwich ELISA. Results : Serum $TNF-{\alpha}$ levels in the HSP patients with renal involvement were significantly higher than those without renal involvement(P=0.009). But urine $TNF-{\alpha}$ levels have no correlation with renal involvement(P=0.088). In the HSN patients, proteinuria have a significant correlation with serum $TNF-{\alpha}$ levels(P=0.004) but less correlation with urine $TNF-{\alpha}$ levels(P=0.053). Otherwise, proteinuria have no correlation with serum $TNF-{\alpha}$ levels(P=0.763) but have a significant correlation with urine $TNF-{\alpha}$ levels(P=0.007) in INS. Conclusion : These result suggest that the serum concentration of $TNF-{\alpha}$ would be important to glomerular involvement in HSP. And, it is interesting that proteinuria shows a significant relation with serum $TNF-{\alpha}$ levels in the HSN, but with urine $TNF-{\alpha}$ levels in the INS. This means the major production of $TNF-{\alpha}$ may be originated by extrarenal inflammation in the HSN and by intrarenal tubulo-interstitial damage due to proteinuria in the INS.
Capsular polysaccharides (CPs) from Streeptococcus pneumoniae were examined for the ability to induce secretory responses in a pure population of peritoneal macrophages. The highly purified CPs were able to affect the macrophage, ie, secretion of tumor necrosis factor-alpha (TNF-$\alpha$) and nitrite. As after stimulation with CPs, secretion of TNF-u induced by these CPs reached its maximum within the first few hours of the interaction, while secretion of nitrite was increased with time. In addition, production of TNF-$\alpha$ and nitrite was increased in a dose-dependent manner. In the presence of indomethacin, CP-stimulated TNF-$\alpha$ production was not altered. In contrast, LPS with indomethacin stimulated 24.5% more TNF-$\alpha$ than LPS alone, suggesting that the intracellular signaling processes for TNF production are differentially stimulated by CP and LPS. The results demonstrate that CPs are potent inducer of macrophage secretory activities.
After preparing extracts from fresh Styela plicata using methanol, ethanol, acetone, and water, the antioxidant and tumor necrosis factor $(TNF)-{\alpha}$ inducing ability of the extracts were evaluated. Most of the extracts showed more than 50% inhibitory activity against malonedialdehyde formation, and methanol extract exhibited the highest activity with values of 59.3%. The water and acetone extracts contained glutathione contents of 18.5 and $12.3\;{\mu}M$, respectively, however, these were not detected in the other extracts. $TNF-{\alpha}$ inducing abilities of the extracts were determined with RAW 264.7 cells. The water extract increased $TNF-{\alpha}$ production with correlation to increase of the added amount. However, the other extracts could not induce $TNF-{\alpha}$ production in RAW 264.7 cells. The results indicated that the antioxidant activities of S. plicata extracts were different depending on extracting solvents, and the water extract showed significant $TNF-{\alpha}$ inducing activity.
Osteoblasts are affected by TNF-${\alpha}$ overproduction by immune cells during inflammation. It has been suggested that functional $NF-{\kappa}B$ sites are involved in TNF-${\alpha}$-induced bone resorption. Thus, we explored the effect of pyrrolidine dithiocarbamate (PDTC), which potently blocks the activation of nuclear factor $(NF-{\kappa}B)$, on the induction of TNF-${\alpha}$-induced activation of JNK/SAPK, AP-1, cytochrome c, caspase and apoptosis in MC3T3E1 osteoblasts. Pretreatment of the cells with PDTC blocked TNF-${\alpha}$-induced $NF-{\kappa}B$ activation. TNF-${\alpha}$-induced activation of AP-1, another nuclear transcription factor, was suppressed by PDTC. The activation of c-Jun N-terminal kinase, implicated in the regulation of AP-1, was also down regulated by PDTC. TNF-${\alpha}$-induced apoptosis, release of cytochrome c and subsequent activation of caspase-3 were abolished by PDTC. TNF-${\alpha}$-induced apoptosis was partially blocked by Ac-DEVD-CHO, a caspase-3 inhibitor, suggesting that caspase-3 is involved in TNF-${\alpha}$-mediated signaling through $NF-{\kappa}B$ in MC3T3E1 osteoblasts. Thus, these results demonstrate that PDTC, has an inhibitory effect on TNF-${\alpha}$-mediated activation of JNK/SAPK, AP-1, cytochrome c release and subsequent caspase-3, leading to the inhibition of apoptosis. Our study may contribute to the treatment of TNF-${\alpha}$-associated immune and inflammatory diseases such as rheumatoid arthritis and periodontal diseases.
Purpose: Henoch-Sch$\"{o}$nlein purpura (HSP) is a systemic vasculitis involving the skin, joints, gastrointestinal tract, and kidney. Although the pathogenesis of HSP is still unclear, tumor necrosis factor (TNF-${\alpha}$) is regarded as an important cytokine contributing to the disease. The goal of this study was to determine the role of TNF-${\alpha}$ in the pathogenesis of HSP, and to evaluate the TNF-${\alpha}$ polymorphism for genetic susceptibility to HSP. Methods: From March 2004 to November 2005, 40 children with HSP and 32 healthy controls were included. Serum TNF-${\alpha}$ levels were measured using the ELISA method during the acute and convalescent phase of HSP. The genotypic and allelic frequencies of the TNF-${\alpha}$ gene polymorphisms at positions -308 and -238 were evaluated in patients and controls. Results: Serum TNF-${\alpha}$ levels were $23.17{\pm}11.31$ pg/mL in the acute phase of children with HSP and $10.56{\pm}5.59$ pg/mL in the convalescent phase (p=0.000). There was no significant correlation between the serum TNF-${\alpha}$ levels and the clinical scores of HSP (r=0.310, p=0.070). The genotypic frequency of the TNF-${\alpha}$ -308 polymorphism in children with HSP was not significantly different compared to healthy controls (GG 80%, GA 20% vs. GG 93.8%, GA 6.2%; p=0.094). The genotypic frequency of the TNF-${\alpha}$ -238 polymorphism in children with HSP was not significantly different (GG 97.5%, GA 2.5% vs. GG 93.8%, GA 6.3%; p=0.429). Conclusion: TNF-${\alpha}$ is assumed to be the main cytokine associated with the pathogenesis of HSP during the acute phase. However, the presence of TNF-${\alpha}$ gene polymorphisms at positions -308 and -238 did not distinguish children with HSP from normal controls.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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