Osteoblastic activity of nectandrin A was examined in C2C12 cells. Nectandrin A enhances the BMP-induced osteoblastic differentiation and mineralization, manifested by the up-regulation of differentiation markers (alkaline phosphatase and osteogenic genes) and increased calcium contents. In C2C12 cells co-transfected with expression vector encoding Smad4 and Id1-Luc reporter, nectandrin A increased Id1 luciferase activity in a concentration-dependent manner, when compared to that in BMP-2 treated cells, indicating that Smad signaling pathway is associated with nectandrin A-enhanced osteoblastic differentiation in C2C12 cells. In addition, nectandrin A activated p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) in time- and concentration-dependent manners, and phosphorylated form of pSmad1/5/8 and alkaline phosphatase activity were both decreased when the cells were pretreated with SB203580, a p38 MAPK inhibitor, suggesting that p38 MAPK might be an upstream kinase for Smad signaling pathway. Taken together, nectandrin A enhances the BMP-induced osteoblastic differentiation and mineralization of C2C12 cells via activation of p38 MAPK-Smad signaling pathway, and it has a therapeutic potential for osteoporosis by promoting bone formation.
Park, Seoyoung;Kim, Joo-Hyun;Son, Younglim;Goh, Sung-Ho;Oh, Sangtaek
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.6
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pp.1063-1066
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2016
Longan (Dimocarpus longan Lour.) has been used as a traditional oriental medicine and possesses a number of physiological activities. In this study, we used cell-based herbal extract screening to identify longan fruit extract (LFE) as an activator of osteoblast differentiation. LFE up-regulated alkaline phosphatase (ALP) activity, induced mineralization, and activated Runx2 gene expression in MC3T3-E1 cells. Furthermore, treatment of MC3T3-E1 cells with LFE promoted the phosphorylation of extracellular signal-regulated kinase1/2 (Erk1/2); however, abrogation of Erk1/2 activation with PD98059 resulted in down-regulation of the phospho-SMAD1/5/8 and Runx2 levels, which in turn reduced the ALP activity. Our findings suggest that LFE exerts its osteogenic activity through activation of the ERK signaling pathway and may have potential as an herbal therapeutic or a preventive agent for the treatment of osteoporosis.
Seo, Hyun-Ju;Jeong, Jin Boo;Cho, Young-Eun;Kwun, In-Sook
Journal of Nutrition and Health
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v.53
no.4
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pp.347-355
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2020
Purpose: Zinc is known to be associated with osteoblast proliferation and differentiation. Osterix as zinc-finger transcription factor is also related to osteoblast differentiation and bone formation. In the present study, we aimed to investigate whether zinc modulates osterix gene and protein expression in osteoblastic MC3T3-E1 cells. Methods: MC3T3-E1 cells were cultured in zinc-dependent concentrations (0, 0.5, 1, 5, or 15 µM Zn), along with osteogenic control (normal osteogenic medium) for 1 and 3 days. The gene and protein expression levels of osterix were analyzed by real-time reverse transcription polymerase chain reaction and Western blotting, respectively. Results: Zinc increased osteoblast proliferation in a concentration-dependent manner at day 1 and 3. Similarly, zinc increased the activity of osteoblast marker enzyme alkaline phosphatase in cells and media in a zinc concentration-dependent manner. Moreover, our results showed that the pattern of osterix gene expression by zinc was down-regulated within the low levels of zinc treatments (0.5-1 µM) at day 1, but it was up-regulated after extended culture period at day 3. Osterix protein expression by zinc showed the similar pattern of gene expression, which down-regulated by low zinc levels at day 1 and up-regulated back at day 3 as the early stage of osteoblast differentiation. Conclusion: Our results suggest that zinc modulates osterix gene and protein expression in osteoblasts, particularly in low level of zinc at early stage of osteoblast differentiation period.
Kim, Dong Hee;Seo, Eun Jin;Tigyi, Gabor J.;Lee, Byung Ju;Jang, Il Ho
International Journal of Oral Biology
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v.45
no.2
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pp.42-50
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2020
Lysophosphatidic acid (LPA) is a lipid messenger mediated by G protein-coupled receptors (LPAR1-6). It is involved in the pathogenesis of certain chronic inflammatory and autoimmune diseases. In addition, it controls the self-renewal and differentiation of stem cells. Recent research has demonstrated the close relationship between periodontitis and various diseases in the human body. However, the precise role of LPA in the development of periodontitis has not been studied. We identified that LPAR1 was highly expressed in human periodontal ligament stem cells (PDLSCs). In periodontitis-mimicking conditions with Porphyromonas gingivalis-derived lipopolysaccharide (Pg-LPS) treatment, PDLSCs exhibited a considerable reduction in the cellular viability and osteogenic differentiation potential, in addition to an increase in the inflammatory responses including tumor necrosis factor-α and interleukin-1β expression and nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-κB) activation. Of the various LPAR antagonists, pre-treatment with AM095, an LPAR1 inhibitor, showed a positive effect on the restoration of cellular viability and osteogenic differentiation, accompanied by a decrease in NF-κB signaling, and action against Pg-LPS. These findings suggest that the modulation of LPAR1 activity will assist in checking the progression of periodontitis and in its treatment.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.32
no.6
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pp.524-529
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2006
For the repairing of bone defect, autogenous or allogenic bone grafting remains the standard. However, these methods have numerous disadvantages including limited amount, donor site morbidity and spread of diseases. Tissue engineering technique by culturing stem cells may allow for a smart solution for this problem. Adipose tissue contains mesenchymal stem cells that can be differentiate into bone, cartilage, fat or muscle by exposing them to specific growth conditions. In this study, the authors procured the stem cell from buccal fat pad and differentiate them into osteoblast and are to examine the bone induction capacity. Buccal fat-derived cells (BFDC) were obtained from human buccal fat pad and cultured. BFDC were analyzed for presence of stem cell by immunofluorescent staining against CD-34, CD-105 and STRO-1. After BFDC were differentiated in osteogenic medium for three passages, their ability to differentiate into osteogenic pathway were checked by alkaline phosphatase (ALP) staining, Alizarin red staining and RT-PCR for osteocalcin (OC) gene expression. Immunofluorescent and biochemical assays demonstrated that BFDC might be a distinguished stem cells and mineralization was accompanied by increased activity or expression of ALP and OC. And calcium phosphate deposition was also detected in their extracelluar matrix. The current study supports the presence of stem cells within the buccal fat pad and the potential implications for human bone tissue engineering for maxillofacial reconstruction.
The osteogenic capacity of the vascularized periosteum autograft has been extensively demonstrated by experimental works. The objective of this study was to characterize the behavior of experimental model of vascularized periosteal flap(VPF) by observing sequential stages of osteogenesis after simulated VPF in rabbits. In experimental group, segmental resection of bone including the periosteum was performed in 22 radii of 22 New Zealand white rabbits preserving the periosteal circulation of median artery to the periosteum. In order to simulate the transplantation of VPF, the vascular pedicle consisting of median artery and veins was dissected from adjacent soft tissue and the periosteum was longitudinally incised to remove the bone followed by repair of the periosteum. From the first to sixteenth week after the simulated VPF, the changes in VPFs were observed by radiological, light microscopical, scanning electron microscopical methods and the activity of osteocalcin was measured by immunohistochemical method. In control group, the bone tissue and periosteum were completely removed from the mid-shaft of radius and the findings were observed by radiological and light microscopical methods. From the results of this study, it is demonstrated that the experimental model of VPF is vigorously and uniformly osteogenic. Therefore it is thought that VPF can be used as a measure to treat bone defect of shaft of long bone.
During embryonic and cancer development, the Hedgehog family of proteins, including Sonic Hedgehog, play an important role by relieving the inhibition of Smo by Ptc, thus activating the Smo signaling cascade. Recently, a purine compound, purmorphamine, has been reported to target the Hedgehog signaling pathway by interacting with Smo. Interestingly, both Sonic Hedgehog and purmorphamine were found to promote the osteogenic differentiation of mouse chondroprogenitor cells. However, there is insufficient information as to how the activation of this seemingly unrelated signaling pathway, either by Sonic Hedgehog or purmorphamine, contributes to osteogenesis. Using alkaline phosphatase assays, we screened 125 purmorphamine derivatives from the Korea Chemical Bank for effects on the differentiation of preosteoblast C2C12 cells. Here, we report that two purine derivatives modulate ALP activity as well as the expression of genes whose expression is known or suggested to be involved in osteogenesis.
Purpose: The purpose of this study was to investigate the effects of the immunosuppressants FK506 and cyclosporin A (CsA) on the osteogenic differentiation of rat mesenchymal stem cells (MSCs). Methods: The effect of FK506 and CsA on rat MSCs was assessed in vitro. The MTT assay was used to determine the deleterious effect of immunosuppressants on stem cell proliferation at 1, 3, and 7 days. Alkaline phosphatase (ALP) activity was analyzed on days 3, 7, and 14. Alizarin red S staining was done on day 21 to check mineralization nodule formation. Real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) was also performed to detect the expressions of bone tissue-specific genes on days 1 and 7. Results: Cell proliferation was promoted more in the FK506 groups than the control or CsA groups on days 3 and 7. The FK506 groups showed increased ALP activity compared to the other groups during the experimental period. The ALP activity of the CsA groups did not differ from the control group in any of the assessments. Mineralization nodule formation was most prominent in the FK506 groups at 21 days. RT-PCR results of the FK506 groups showed that several bone-related genes-osteopontin, osteonectin, and type I collagen (Col-I)-were expressed more than the control in the beginning, but the intensity of expression decreased over time. Runx2 and Dlx5 gene expression were up-regulated on day 7. The effects of 50 nM CsA on osteonectin and Col-I were similar to those of the FK506 groups, but in the 500 nM CsA group, most of the genes were less expressed compared to the control. Conclusions: These results suggest that FK506 enhances the osteoblastic differentiation of rat MSCs. Therefore, FK506 might have a beneficial effect on bone regeneration when immunosuppressants are needed in xenogenic or allogenic stem cell transplantation to treat bone defects.
Changgeng Wang;Minghui Zhu;Demeng Yang;Xinyuan Hu;Xinyuan Wen;Aimei Liu
International Journal of Stem Cells
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v.15
no.3
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pp.324-333
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2022
Background and Objectives: This study was to investigate the role of microRNA-29a-3p (miR-29a-3p) in human bone marrow mesenchymal stem cells (hBMSCs), and its relationship with steroid-associated osteonecrosis. Methods and Results: The online tool GEO2R was used to screen out the differentially expressed genes (DEGs) in GSE123568 dataset. Quantitative real time-polymerase chain reaction (qRT-PCR) was performed to detect the expression of miR-29a-3p, forkhead box O3 (FOXO3), alkaline phosphatase (ALP), bone gamma-carboxyglutamate protein (OCN) and RUNX family transcription factor 2 (Runx2) in the hBMSCs isolated from the patients with steroid-associated osteonecrosis. CCK-8 assay was executed to measure cell viability; western blot assay was utilized to detect FOXO3, ALP, Runx2, OCN and β-catenin expression. Cell apoptosis and cell cycle were detected by flow cytometry. Immunofluorescence assay was used to detect the sub-cellular localization of β-catenin. Bioinformatics analysis and luciferase reporter gene assay were performed to confirm whether miR-29a-3p can combine with FOXO3 3'UTR. MiR-29a-3p was markedly up-regulated in the hBMSCs of patients with steroid-associated osteonecrosis, while FOXO3 mRNA was significantly down-regulated. Transfection of miR-29a-3p mimics significantly inhibited the hBMSCs' proliferation, osteogenic differentiation markers' expressions, including ALP, Runx2, OCN, and repressed the ALP activity, as well as promoted cell apoptosis and cell-cycle arrest. FOXO3 was identified as a target gene of miR-29a-3p, and miR-29a-3p can inhibit the expression of FOXO3 and β-catenin, and inhibition of miR-29a-3p promoted translocation of β-catenin to the nucleus. Conclusions: MiR-29a-3p can modulate FOXO3 expression and Wnt/β-catenin signaling to inhibit viability and osteogenic differentiation of hBMSCs, thereby promoting the development of steroid-associated osteonecrosis.
This is to report a case of secondary reconstruction after partial mandibulectomy by using of marrow-cancellous bone and cortical bone harvested from the iliac crest in the case of an ameloblastoma on the mandible. According to the past experimental studies, the marrow and cancellous bone have the marked osteogenic potential of hematopoietic. And the cortical bone has the highest activity of bone induction, which is mediated through the action of bone morphogenic protein(BMP). This grafting technique, the combination of PMCB and cortical bone, has advantage in restoring lange defect of the mandible.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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