Yoo, Han-Seok;Chung, Kang-Hyun;Lee, Kwon-Jai;Kim, Dong-Hee;An, Jeung Hee
Nutrition Research and Practice
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v.11
no.3
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pp.190-197
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2017
BACKGROUND/OBJECTIVES: Gallus gallus domesticus (GD) is a natural mutant breed of chicken in Korea with an atypical characterization of melanin in its tissue. This study investigated the effects of melanin extracts of GD on osteoblast differentiation and inhibition of osteoclast formation. MATERIALS/METHODS: The effects of the melanin extract of GD on human osteoblast MG-63 cell differentiation were examined by evaluating cell viability, osteoblast differentiation, and expression of osteoblast-specific transcription factors such as bone morphogenetic protein 2 (BMP-2), small mothers against decapentaplegic homologs 5 (SMAD5), runt-related transcription factor 2 (RUNX2), osteocalcin and type 1 collagen (COL-1) by reverse transcription-polymerase chain reaction and western blotting analysis. We investigated the inhibitory effect of melanin on the osteoclasts formation through tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) activity and TRAP stains in Raw 264.7 cell. RESULTS: The melanin extract of GD was not cytotoxic to MG-63 cells at concentrations of $50-250{\mu}g/mL$. Alkaline phosphatase (ALP) activity and bone mineralization of melanin extract-treated cells increased in a dose-dependent manner from 50 to $250{\mu}g/mL$ and were 149% and 129% at $250{\mu}g/mL$ concentration, respectively (P < 0.05). The levels of BMP-2, osteocalcin, and COL-1 gene expression were significantly upregulated by 1.72-, 4.44-, and 2.12-fold in melanin-treated cells than in the control cells (P < 0.05). The levels of RUNX2 and SMAD5 proteins were higher in melanin-treated cells than in control vehicle-treated cells. The melanin extract attenuated the formation of receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand-induced TRAP-positive multinucleated RAW 264.7 cells by 22%, and was 77% cytotoxic to RAW 264.7 macrophages at a concentration of $500{\mu}g/mL$. CONCLUSIONS: This study provides evidence that the melanin extract promoted osteoblast differentiation by activating BMP/SMADs/RUNX2 signaling and regulating transcription of osteogenic genes such as ALP, type I collagen, and osteocalcin. These results suggest that the effective osteoblastic differentiation induced by melanin extract from GD makes it potentially useful in maintaining bone health.
Bone morphogenetic proteins (BMPs) are multifunctional cytokines that play important roles in a variety of cellular functions. Among BMP family members, BMP2 efficiently promotes osteoblast differentiation through Smad-mediated runt-related transcription factor 2 (Runx2) expression. Several recent studies suggest that BMPs are associated with clock genes, in particular Bmal1. Bmal1 protein heterodimerizes with Clock protein and then induces period 1 (Per1) expression. However, the role of Per1 on osteoblast differentiation remains unclear. In this study, we investigated whether Per1 is involved in osteoblast differentiation. MC3T3-E1 cells were treated with BMP2 for induction of osteoblastic differentiation. Osteogenic maker gene and Per1 mRNA expression were measured using real-time PCR. Interestingly, BMP2 treatment induced Per1 mRNA expression in MC3T3-E1 cells. To further investigate the function of Per1 on osteoblast differentiation, MC3T3-E1 cells were transiently transfected with pCMV-Per1. Per1 overexpression increased Runx2 mRNA and protein levels. Also, mRNA expression and promoter activity of osteocalcin were upregulated by Per1 overexpression. To investigate the effect of interaction between Per1 and osteogenic condition, MC3T3-E1 cells were cultured in osteogenic medium containing ascorbic acid and ${\beta}$-glycerophosphate. Osteogenic medium-induced ALP staining level and mineralization were synergistically increased by overexpression of Per1. Taken together, these results demonstrate that Per1 is a positive regulator of osteoblast differentiation.
Objectives: This study was performed to evaluate the effect of Samkieumgamibang (SKG) on osteoporosis. Methods: The osteoclastogenesis and gene expression were determined in RANKL-stimulated RAW 264.7 cell. And, osteoblastogenesis was also determined in rat calvarial cell. Results: SKG decreased the number of TRAP positive cell in osteoclast. It also decreased the expression of Cathepsin K, MMP-9, TRAP, c-fos, NAFTc1 and JNK1 in osteoclast. SKG increased the expression of iNOS in RANKL-stimulated in osteoclast. Otherwise, SKG inhibited TRAP activity in osteoclast. SKG increased cell proliferation, ALP activity, bone martix protein, collagen and nodule in osteoblast. Conclusions: It is concluded that SKG might decrease the bone resorption resulted from decrease of osteoclast differentiation and it's related gene expression. And, SKG might increase the bone formation resulted from increase of osteoblast function.
There are controversial findings regarding the roles of nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2 (Nrf2)/heme oxygenase-1 (HO-1) pathway on bone metabolism under oxidative stress. We investigated how Nrf2/HO-1 pathway affects osteoblast differentiation of MC3T3-E1 cells in response to hydrogen peroxide (H2O2), N-acetyl cysteine (NAC), or both. Exposing the cells to H2O2 decreased the alkaline phosphatase activity, calcium accumulation, and expression of osteoblast markers, such as osteocalcin and runt-related transcription factor-2. In contrast, H2O2 treatment increased the expression of Nrf2 and HO-1 in the cells. Treatment with hemin, a chemical HO-1 inducer, mimicked the inhibitory effect of H2O2 on osteoblast differentiation by increasing the HO-1 expression and decreasing the osteogenic marker genes. Pretreatment with NAC restored all changes induced by H2O2 to near normal levels in the cells. Collectively, our findings suggest that H2O2-mediated activation of Nrf2/HO-1 pathway negatively regulates the osteoblast differentiation, which is inhibited by NAC.
In this study, we investigated pharmacologic activity of rice bran ethyl acetate fraction (RBE), based on their osteoblast enhancing effects. It has been found that REB have a stimulatory effect on the commitment of bi-potential mesenchymal precursor C2C12 cells into osteoblasts in the presence of BMP-2. Furthermore, RBE enhanced the BMP-2-stimulated induction of ALP, an early phase biomarker of osteoblast differentiation. In addition, Western blot analysis showed RBE enhanced the BMP-2-stimulated phosphorylation of p38, but not those of ERK or JNK. These findings show RBE has the potential to enhance the BMP-2-mediated commitment of C2C12 cells into osteoblasts and their differentiation through p38 activation.
Objectives : This study was conducted to evaluate the effect of Kanghwalsokdan-tang Gamibang water extract (KSG) on osteoporosis. Methods : RANKL-stimulated RAW 264.7 was used to evaluate inhibitory effect of KSG osteoclast differentiation and gene expression. We counted TRAP (+) multinucleated cells and measured TRAP activity and mRNA expressions of osteoclastogenesis-related genes (NFATc1, MITF, JNK1, cathepsin K, MMP-9) to figure out the effect of KSG on osteoclast. Osteoblastogenesis was also determined in rat calvarial cell. Alkaline phosphatase (ALP) activity, bone matrix protein and collagen synthesis were measured by using murine calvarial cell. Results : KSG inhibited the differentiation of osteoclast precursor cell and expression of genes related osteoclastogenesis like NAFTc1, MITF, c-fos, JNK1, Cathepsin K, MMP-9 and TRAP. KSG increased cell division and function of osteoblast separated from the skull of a rat and ALP synthesis, biosynthesis of bone matrix protein and collagen. Conclusions : Reviewing these results, KSG has efficacy on osteoclast inhibition and osteoblast activation. After further study, KSG will be able to apply for osteoporosis treatment and prevention.
Kim, Ju-Ho;Lee, Jung-Ho;Oh, Jae-Min;Kim, Yun-Kyung
Herbal Formula Science
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v.19
no.2
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pp.61-71
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2011
Objectives : Kyungok-go(KOG), the first herbal formulation of donguibogam, has been used for treating of many symptoms of yin deficiency. In this study, we examined the effect of KOG on bone resorption. Methods : We determined the effects of water extract of KOG in RANKL(Receptor Activator for Nuclear Factor ${\kappa}B$ Ligand)-induced osteoclast differentiation culture system and osteoblast proliferation. In addition, we determined the effects of water extract of ABR on LPS-induced bone-loss with mice. Results : Water extract of KOG showed proliferation effect on osteoblast without cytotoxicity and no effect on RANKL-treated osteoclast differentiation. KOG rescued bone erosion by LPS induction in vivo study. Conclusions : These results demonstrated that KOG can be a useful remedy for treating of bone-loss disease such as osteoporosis.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.46
no.3
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pp.314-319
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2017
Chlorogenic acid, a well-known polyphenol, and its derivatives, ester of caffeic acid on quinic acid moiety, are abundant in coffee, tea, fruits, and various vegetables. This study examined the effects of cryptochlorogenic acid (CCA) on osteoblast differentiation. CCA-induced mRNA expression levels of osteogenic genes in MC3T3E1 and C3H10T1/2 cells were determined by RT-PCR and qPCR. CCA regulated expression of key osteogenic genes in the early stage of differentiation, including distal-less homeobox 5 (Dlx5), DNA-binding protein inhibitor (Id1), and runt-related transcription factor 2 (Runx2). These results suggest that CCA may enhance osteoblast differentiation through expression of osteogenic genes such as Id1, Dlx5, and Runx2, especially in the early stage.
Background: The imbalance between osteoblasts and osteoclasts can lead to pathological conditions such as osteoporosis. It has been reported that opioid adversely affect the skeletal system, but it is inconsistent. Remifentanil is currently used as an adjuvant analgesic drug in general anesthesia and sedation. The aim of the present study was to investigate the effect of remifentanil on the osteoblast differentiation and mechanism involved in this effect. Methods: The C2C12 cells (mouse pluripotent mesenchymal cell line) were used as preosteoblast. Osteoblastic differentiation potency was determined by alkaline phosphatase (ALP) staining. C2C12 cell migration by remifentanil was evaluated using Boyden chamber migration assay. The expression of Runx2 and osterix was evaluated by RT-PCT and western blot analysis to investigate the mechanism involved in remifentanil-mediated osteoblast differentiation. Results: ALP staining showed that remifentanil increased significantly osteoblast differentiation. In Boyden chamber migration assay, C2C12 cell migration was increased by remifentanil. RT-PCR and western blot analysis showed that the expression of Runx2 and osterix was upregulated by remifentanil. Conclusions: We demonstrated that remifentanil increased osteoblast differentiation in vitro by upregulation of Runx2 and osterix expression. Therefore, remifentanil has the potential for assisting with bone formation and bone healing.
Baek, Su Cheol;Choi, Eunyong;Eom, Hee Jeong;Jo, Mun Seok;Kim, Sil;So, Hae Min;Kim, Seon-Hee;Kang, Ki Sung;Kim, Ki Hyun
Natural Product Sciences
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v.24
no.4
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pp.235-240
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2018
Betula platyphylla var. japonica (Betulaceae), also known as Asian white birch, is an endemic medicinal tree, the bark of which has been used in Chinese traditional medicine for the treatment of various inflammatory diseases. In our continuing search for bioactive compounds from Korean natural resources, a phytochemical investigation of the bark of B. platyphylla var. japonica led to the isolation of 7-oxo-${\beta}$-sitosterol (1) and soyacerebroside I (2) from its ethanol extract as main components by liquid chromatography (LC)/mass spectrometry (MS)-based analysis. The structures of isolates were identified by comparison of $^1H$ and $^{13}C$ nuclear magnetic resonance spectroscopic data and physical data with the previously reported values and LC/MS analyses. To the best of our knowledge, this is the first study to demonstrate that the isolated compounds, 7-oxo-${\beta}$-sitosterol and soyacerebroside I, were isolated in B. platyphylla var. japonica. We examined the effects of the isolates on the regulation of adipocytes and osteoblast differentiation. These isolates (1 and 2) produced fewer lipid droplets compared to the untreated negative control in Oil Red O staining of the mouse mesenchymal stem cell line without altering the amount of alkaline phosphatase staining. The results demonstrated that both compounds showed marginal inhibitory effects on adipocyte differentiation but did not affect osteoblast differentiation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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