Kim, Haebom;Kim, Changhee;Kim, Do Un;Chung, Hee Chul;Hwang, Jae-Kwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.28
no.3
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pp.357-366
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2018
Periodontitis, an infective disease caused by oral pathogens and the intrinsic aging process, results in the destruction of periodontal tissues and the loss of alveolar bone. This study investigated whether Boesenbergia pandurata extract (BPE) standardized with panduratin A exerted anti-periodontitis effects, using an aging model representative of naturally occurring periodontitis. In aged rats, the oral administration of BPE ($200mg{\cdot}kg^{-1}{\cdot}day^{-1}$) for 8 weeks significantly reduced the mRNA and protein expression of $interleukin-1{\beta}$, nuclear factor-kappa B, matrix metalloproteinase (MMP)-2, and MMP-8 in gingival tissues (p < 0.01). In alveolar bone, histological analysis with staining and micro-computed tomography revealed the attenuation of alveolar bone resorption in the BPE-treated aged group, which led to a significant reduction in the mRNA and protein expression of nuclear factor of activated T-cells c1 (NFATc1), c-Fos, tartrate-resistant acid phosphatase, and cathepsin K (p < 0.01). BPE not only increased the expression of osteoblast differentiation markers, such as alkaline phosphate, and collagen type I (COL1A1), but also increased the ratio of osteoprotegerin to RANKL. Collectively, the results strongly suggested that BPE is a natural resource for the prevention or treatment of periodontal diseases.
Kim, Haebom;Kim, Mi-Bo;Kim, Changhee;Hwang, Jae-Kwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.28
no.2
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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.
Objectives : To characterize the antitumorigenic potential of three representative bee venom components, Melittin, Apamin, and Phospholipase A2, their effects on cell proliferation and apotosis of the human melanoma cell line SK-MEL-2 were analyzed using molecular biological approaches. Methodes & Results : To determine the doses of the drugs that do not induce cytotoxic damage to this cell line, cell viability was examined by MTT assay. While SK-MEL-2 cells treated with 0.5 - 2.0㎍/㎖ of each drug showed no recognizable cytotoxic effect, marked reductions of cell viability were detected at concentrations over 5.0㎍/㎖. [3H]thymidine incorporation assay for cell proliferation demonstrated that DNA replication of SK-MEL-2 cells is inhibited by Apamin and Phospholipase A2 in a dose-dependent manner. Consistent with this result, the cells were accumulated at the G1 phase of the cell cycle after treatment with Apamin and Phospholipase A2, whereas no detectable change in cell proliferation was identified by Melittin treatment. In addition, tryphan blue exclusion and flow cytometric analyses showed that all of these drugs can trigger apoptotic cell death of SK-MEL-2, suggesting that Melittin, Apamin, and Phospholipase A2 have antitumorigenic potential through the suppression of cell growth and/or induction of apoptosis. Qantitative RT-PCR analysis revealed that Apamin and Phospholipase A2 inhibit expression of growth-promoting genes such as c-Jun, c-Fos, and Cyciin D1. Furthermore, Phospholipase A2 induced tumor suppressors p53 and p21/Wafl. In addition, all three drugs were found to activate expression of a representative apoptosis-inducing gene Bax while expression of apoptosis-suppressing Bcl-2 and Bcl-XL genes was not changed. Taken together, this study strongly suggests that Metittin, Apamin, and Phosphalipase A2 may have antitumorigenic activities, which are associated with its growth-inhibiting and/or apoptosis-inducing potentials.
Kim, Jeung-Woo;Lee, Myeung-Su;Lee, Chang-Hoon;Kim, Ha-Young;Chae, Soo-Uk;Kwak, Han-Bok;Oh, Jae-Min
BMB Reports
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v.45
no.5
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pp.281-286
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2012
Osteoclasts are multinucleated cells that are formed by the fusion of pre-fusion osteoclasts (pOCs). The fusion of pOCs is known to be important for osteoclastic bone resorption. Here, we examined the effect of IFN-${\gamma}$ on the fusion of pOCs. IFN-${\gamma}$ greatly increased the fusion of pOCs in a dose-dependent manner. Furthermore, IFN-${\gamma}$ induced pOC fusion even in hydroxyapatite-coated plates used as a substitute for bone. The resorption area of pOCs stimulated with IFN-${\gamma}$ was significantly higher than that of the control cells. IFN-${\gamma}$ induced the expression of dendritic cell-specific transmembrane protein (DC-STAMP), which is responsible for the fusion of pOCs. IFN-${\gamma}$ enhanced DC-STAMP expression in a dose-dependent manner. The mRNA expression of c-Fos and nuclear factor of activated T cells (NFAT) c1 was enhanced in the pOCs treated with IFN-${\gamma}$. Taken together, these results provide a new insight into the novel role of IFN-${\gamma}$ on the fusion of pOCs.
Erythropoietin (EPO), a hematopoietic factor, is required for normal erythrocyte developments, but it has been demonstrated to have many other functions, and its receptor is localized in other tissues. In the present study, we investigated whether EPO can promote other cell proliferation and possible molecular mechanisms. EPO restored the inhibition of the RAW264.7 and PC12 cell growth by fetal bovine serum (FBS) withdrawal in a dose dependent manner, but not that of other cell types tested. The restoring effect of EPO was completed when the RAW264.7 cells were cultured in the medium containing as low as 3% of FBS, and 10 U/mL EPO could replace FBS. The restoring effect of EPO in the RAW264.7 cells was associated with the increased of c-Fos and c-Jun expression as well as AP-1 activation. These data demonstrate that EPO can stimulate RAW264. 7 cell as well as PC12 cell growth even when the cells were cultured without FBS or in the presence of small amounts of FBS in the medium, and this stimulating effect is associated with the activation of AP-1 transcription factor.
Bone remodeling is a dynamic process involving a constant balance between osteoclast-induced bone resorption and osteoblast-induced bone formation. Osteoclasts play a crucial homeostatic role in skeletal modeling and remodeling, and destroy bone in many pathological conditions. Previously, we reported that the hexane soluble fraction of Ficus carica inhibited osteoclast differentiation. Poly unsaturated fatty acids, such as ethyl docosahexaenoate (E-DHA), docosahexaenoic acid (DHA), cis-11,14-eicosadienoic acid (EDA) and eicosapentaenoic acid (EPA), were identified from the hexane soluble fraction of Ficus carica. Among them, E-DHA most potently inhibited osteoclastogenesis in RAW264.7 cells. E-DHA reduced the activities of JNK and NF-$\kappa}B$. E-DHA suppressed the expression of c-Fos and nuclear factor of activated T cells c1 (NFATc1). Interestingly, DHA increased the activity of alkaline phosphatase and expression of bone morphogenetic protein 2 (BMP2) more than E-DHA in MC3T3-E1 cells, suggesting that DHA may induce osteoblast differentiation. The data suggests that a combination of E-DHA and DHA has potential use in the treatment of diseases involving abnormal bone lysis, such as osteoporosis, rheumatoid arthritis and periodontal bone erosion.
Osteoclasts are bone-resorbing cells that are derived from hematopoietic precursor cells and require macrophage-colony stimulating factor and receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL) for their survival, proliferation, differentiation, and activation. The binding of RANKL to its receptor RANK triggers osteoclast precursors to differentiate into osteoclasts. This process depends on RANKL-RANK signaling, which is temporally regulated by various adaptor proteins and kinases. Here we summarize the current understanding of the mechanisms that regulate RANK signaling during osteoclastogenesis. In the early stage, RANK signaling is mediated by recruiting adaptor molecules such as tumor necrosis factor receptorassociated factor 6 (TRAF6), which leads to the activation of mitogen-activated protein kinases (MAPKs), and the transcription factors nuclear factor-${\kappa}B$ (NF-${\kappa}B$) and activator protein-1 (AP-1). Activated NF-${\kappa}B$ induces the nuclear factor of activated T-cells cytoplasmic 1 (NFATc1), which is the key osteoclastogenesis regulator. In the intermediate stage of signaling, the co-stimulatory signal induces $Ca^{2+}$ oscillation via activated phospholipase $C{\gamma}2$ ($PLC{\gamma}2$) together with c-Fos/AP-1, wherein $Ca^{2+}$ signaling facilitates the robust production of NFATc1. In the late stage of osteoclastogenesis, NFATc1 translocates into the nucleus where it induces numerous osteoclast-specific target genes that are responsible for cell fusion and function.
Purpose: Periodontal ligament (PDL) cell differentiation into osteoblasts is important in bone formation. Bone formation is a complex biological process and involves several tightly regulated gene expression patterns of bone-related proteins. The expression patterns of bone related proteins are regulated in a temporal manner both in vivo and in vitro. The aim of this study was to observe the gene expression profile in PDL cell proliferation, differentiation, and mineralization in vitro. Methods: PDL cells were grown until confluence, which were then designated as day 0, and nodule formation was induced by the addition of 50 ${\mu}g$/mL ascorbic acid, 10 mM ${\beta}$-glycerophosphate, and 100 nM dexamethasone to the medium. The dishes were stained with Alizarin Red S on days 1, 7, 14, and 21. Real-time polymerase chain reaction was performed for the detection of various genes on days 0, 1, 7, 14, and 21. Results: On day 0 with a confluent monolayer, in the active proliferative stage, c-myc gene expression was observed at its maximal level. On day 7 with a multilayer, alkaline phosphatase, bone morphogenetic protein (BMP)-2, and BMP-4 gene expression had increased and this was followed by maximal expression of osteocalcin on day 14 with the initiation of nodule mineralization. In relationship to apoptosis, c-fos gene expression peaked on day 21 and was characterized by the post-mineralization stage. Here, various genes were regulated in a temporal manner during PDL fibroblast proliferation, extracellular matrix maturation, and mineralization. The gene expression pattern was similar. Conclusions: We can speculate that the gene expression pattern occurs during PDL cell proliferation, differentiation, and mineralization. On the basis of these results, it might be possible to understand the various factors that influence PDL cell proliferation, extracellular matrix maturation, and mineralization with regard to gene expression patterns.
L1 cell adhesion molecule (L1CAM) is a cell surface molecule to initiate a variety of cellular responses through interacting with other cell adhesion molecules in a homophilic or heterophilic manner. Although its expression was found to be upregulated in some tumor cells, including cholangiocarcinomas, and ovarian cancers, and many studies have investigated the role of L1CAM in these cancers, its role in inflammatory responses has been poorly understood. In this study, we explored the role of L1CAM in macrophage-mediated inflammatory responses. L1CAM significantly suppressed the production of nitric oxide (NO), but induced cell proliferation in RAW264.7 cells. L1CAM expression was detectable, but its expression was markedly decreased by lipopolysaccharide (LPS) in RAW264.7 cells. In addition, the expression of pro-inflammatory genes, such as tumor necrosis factor (TNF)-${\alpha}$, cyclooxygenase (COX)-2, and inducible nitric oxide synthase (iNOS) induced by LPS was dramatically suppressed by L1CAM in RAW264.7 cells. L1CAM inhibited the transcriptional activities of NF-${\kappa}B$ and AP-1 while its cytoplasmic domain deletion form, $L1{\Delta}CD$ did not suppressed their activities in RAW264.7 cells. Moreover, L1CAM suppressed nuclear translocation of p65 and p50 as well as c-Jun, c-Fos and p-ATF2 which are transcription factors of NF-${\kappa}B$ and AP-1, respectively. In conclusion, L1CAM suppressed inflammatory responses in macrophages through inhibiting NF-${\kappa}B$ and AP-1 pathways.
In this study, we investigated the protective effects of processed Panax ginseng, sun ginseng (SG) against the UVB-irradiation on epidermal keratinocytes and dermal fibroblasts. Pretreatment of SG in HaCaT keratinocytes and human dermal fibroblasts reduced UVB-induced cell damage as seen by reduced lactate dehydrogenase release. We also found that SG restored the UVB-induced decrease in anti-apoptotic gene expression (bcl-2 and bcl-xL) in these cells, indicating that SG has an anti-apoptotic effect and thus can protect cells from cell death caused by strong UVB radiation. In addition, SG inhibited the excessive expression of c-jun and c-fos gene by the UVB in HeCaT cells and human dermal fibroblasts. We also demonstrated that SG may exert an anti-inflammatory activity by reducing the nitric oxide production and inducible nitric oxide synthase mRNA synthesis in HaCaT keratinocytes and human dermal fibroblasts. This was further supported by its inhibitory effects on the elevated cyclooxygenase-2 and tumor necrosis factor-${\alpha}$ transcription which was induced by UVB-irradiation in HaCaT cells. In addition, SG may have anti-aging property in terms of induction of procollagen gene expression and inhibition of the matrix metalloprotease-1 gene expression caused by UVB-exposure. These findings suggest that SG can be a potential agent that may protect against the dermal cell damage caused by UVB.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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