Kim, Sang-Bong;Kim, Do-Kyung;Kim, Chun-Sung;Kook, Joong-Ki;Park, Joo-Cheol;Kim, Heung-Joong
International Journal of Oral Biology
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제34권3호
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pp.143-150
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2009
Amino acid transporters play important roles in supplying nutrients to cells. In our current study, we investigated the expression of LAT1 and measured the amino acid uptake in ameloblast cultures to further elucidate the roles of this transporter during the differentiation of these cells. RT-PCR, observations of cell morphology, Alizaline red-S staining, and uptake analyses were performed following the experimental induction of differentiation in the cultures. LAT1 mRNA was detectable and found to gradually increase over time whereas LAT2 mRNA was not evident in the ameloblast cultures. Transcripts of 4F2hc, a cofactor of LAT1 and LAT2, were also found to be expressed in ameloblast cultures and increase with time. Amelogenin mRNA was expressed in the early stage ameloblast cultures. L-leucine uptake was observed to increase over 14 days of growth in culture. Our data suggest that LAT1 has a key role in the differentiation of ameloblasts and in providing these cells with neutral amino acids, including several essential amino acids.
법랑모세포는 법랑질을 형성하고 유지하는 세포로, 법랑질의 유기기질을 분비하고 법랑질 석회화 과정에도 관여한다. 치아 발생과정에서 법랑모세포의 분화는 순차적인 상피-간엽 상호작용에 의하여 조절되나, 분화나 성숙과정의 정확한 기전은 아직까지 잘 알려져 있지 않다. 최근에 상아모세포에서 처음 발견된 OD314가 치아 발생과정에서 상아질을 형성하는 상아모세포 뿐 아니라 법랑모세포에도 발현된다고 하였다. 이에 본 연구에서는 생쥐 하악 전치의 다양한 시기의 법랑모세포를 이용하여, 형태학적 분석과 in-situ hybridization에 의한 OD314 mRNA의 발현 그리고 OD314 항체를 이용한 면역조직화학적 분석을 통하여 OD314유전자의 법랑모세포 분화와 성숙과정에서의 역할을 연구하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 형태학적으로 법랑모세포는 분화 단계에 따라 분비 전단계 법랑모세포, 분비기 법랑모세포, 성숙기의 평탄끝 법랑모세포와 성숙기의 주름끝 법랑모세포로 구분되었다. 2. OD314 mRNA는 분비기의 법랑모세포에서부터 발현되기 시작하여 법랑모세포가 성숙해갈 수록 그 발현이 증가하였다. 3. OD314 단백질은 분비 전단계의 법랑모세포에서는 발현되지 않고, 분비기의 법랑모세포에서는 세포질에 전체적으로 발현되었다. 성숙기의 평탄끝 법랑모세포와 주름끝 법랑모세포에서는 세포의 근심과 원심끝단에 OD314 단백질이 강하게 발현되었다. 이상의 결과를 종합하여 OD314는 법랑모세포의 분화와 성숙과정에서 세포질 내부에서 특징적인 역할을 하는 것으로 사료된다.
본 연구에서는 법랑모세포 분화와 법랑질 형성에 연관이 있는 OD314 일명 Apin protein의 기능을 밝힐 목적으로, in-situ hybridization에 의한 OD314 mRNA 발현과 법랑모세포 세포주에서 OD314와 enamel matrix protein의 발현, 그리고 OD314 유전자를 과발현/억제시킬 수 있는 construct를 제작한 후 법랑질 형성 중에 OD314의 기능을 알아보고자 RT-PCR를 시행하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. OD314 mRNA는 발생중인 상아모세포보다 법랑모세포에서 강하게 발현되었다. 2. Tuftelin은 석회화 결정이 형성되는 14일까지 발현이 지속되고, 그 이후부터 점차 감소하였다. Amelogenin과 enamelin은 7일부터 그 발현이 점점 감소하였다. 3. U6-OD314 siRNA construct를 이용하여 transfection한 법랑모세포 세포주는 OD314와 tuftelin, MMP20 mRNA 발현이 감소하였으며, CMV-OD3l4를 transfection하여 OD314의 과발현을 유도한 경우에는 OD3l4와 MMP20 mRNA의 발현이 뚜렷이 증대되었다. 이 결과는 OD314가 법랑모세포의 분화와 법랑질의 형성 그리고 석회화 과정에 중요한 역할을 하는 새로운 인자임을 시사한다.
Purpose: In osteoclast differentiation, actin-rich membrane protrusions play a crucial role in cell adhesion. Odontogenic ameloblast-associated protein (Odam) contributes to cell adhesion by inducing actin rearrangement. Odam-mediated RhoA activity may play a significant role in multinucleation of osteoclasts. However, the precise function of Odam in osteoclast cell adhesion and differentiation remains largely unknown. Here, we identify a critical role for Odam in inducing osteoclast adhesion and differentiation. Materials and Methods: The expression of Odam in osteoclasts was evaluated by immunohistochemistry. Primary mouse bone marrow and RAW264.7 cells were used to test the cell adhesion and actin ring formation induced by Odam. Result: Odam was expressed in osteoclasts around alveolar bone. Odam transfection induced actin filament rearrangement and cell adhesion compared with the control or collagen groups. Overexpression of Odam promoted actin stress fiber remodeling and cell adhesion, resulting in increased osteoclast fusion. Conclusion: These results suggest that Odam expression in primary mouse osteoclasts and RAW264.7 cells promotes their adhesion, resulting in the induction of osteoclast differentiation.
Purpose: Smad4 is a central mediator for transforming growth factor-${\beta}$/bone morphogenetic protein ($TGF-{\beta}/BMP$) signals, which are involved in regulating cranial neural crest cell formation, migration, proliferation, and fate determination. Accumulated evidences indicate that $TGF-{\beta}/BMP$ signaling plays key roles in the early tooth morphogenesis. However, their roles in the late tooth formation, such as cellular differentiation and matrix formation are not clearly understood. The objective of this study is to understand the roles of Smad4 in vivo during enamel and dentin formation through tissue-specific inactivation of Smad4. Methods: We generated and analyzed mice with dental epithelium-specific inactivation of the Smad4 gene (K14-Cre:$Smad4^{fl/fl}$) and dental mesenchyme-specific inactivation of Smad4 gene (Osr2Ires-Cre:$Smad4^{fl/fl}$). Results: In the tooth germs of K14-Cre:$Smad4^{fl/fl}$, ameloblast differentiation was not detectable in inner enamel epithelial cells, however, dentin-like structure was formed in dental mesenchymal cells. In the tooth germs of Osr2Ires-Cre:$Smad4^{fl/fl}$ mice, ameloblasts were normally differentiated from inner enamel epithelial cells. Interestingly, we found that bone-like structures, with cellular inclusion, were formed in the dentin region of Osr2Ires-Cre:$Smad4^{fl/fl}$ mice. Conclusion: Taken together, our study demonstrates that Smad4 plays a crucial role in regulating ameloblast and odontoblast differentiation, as well as in regulating epithelial-mesenchymal interactions during tooth development.
이 연구에서는 법랑모세포 분화과정에서 APin의 기능을 알아보고자 APin-protein microarray를 시행한 후 치아발생과 관련이 있는 MEF2, Aurora kinase A, BMPR-IB와 EF-hand calcium binding protein을 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1 CMV-APin construct를 transfection하여 APin의 과발현을 유도한 경우에는 MEF2와 Aurora kinase A 둘 모두에서 발현이 현저히 감소한 반면에, APin의 발현억제를 유도한 경우에는 둘 모두 변화가 없었다. 2. APin의 과발현을 유도한 경우에는 BMPR-IB와 EF-hand calcium binding protein 모두에서 발현이 크게 증가한 반면, APin을 발현억제 시킨 경우에는 BMPR-IB는 변화가 없었고, EF-hand calcium binding protein은 현저히 감소하였다. 위의 결과들로 보아 APin 단백질은 MEF2, Aurora kinase A, BMPR-IB, EF-hand calcium binding protein과 상호작용하여 법랑모세포의 분화와 석회화 과정 중에 중요한 역할을 하는 것으로 사료된다.
최근에 Odontogenic ameloblast-associated protein (ODAM)은 MMP-20의 발현을 조절하여 법랑모세포 분화와 법랑질의 석회화에 중요한 역할을 한다고 보고되었다. 그러나 이에 대한 명확한 기전은 알려져 있지 않다. 그러므로 이 연구의 목적은 법랑모세포 분화와 법랑질의 석회화 과정에서의 ODAM의 생물학적 기능과 신호 전달 경로를 찾고자 하였다. Ameloblast-lineage cells (ALCs)를 이용하여 ODAM 재조합 단백질을 생성하고 ODAM 과발현 (ODAM overexpressing) 또는 ODAM 억제(ODAM silencing) 세포주를 만들었다. 세포들은 2주 동안 분화 배지에서 ODAM 재조합 단백질을 처리한 군과 처리하지 않는 군으로 나누어 배양하였다. ODAM의 신호 전달 경로를 확인하기 위하여, ALCs에 BMP2와 BMP receptor 1B (BMPR-1B) 억제제인 BAMBI 재조합 단백질을 처리하였고, 또한 BMPR-1B siRNA 이용하여 BMPR-1B의 발현을 억제하였다. 단백질 발현은 western blot 이용하여 분석하였다. 석회화는 sense ODAM 과발현 세포와 ODAM 재조합 단백질을 첨가한 법랑모세포 세포주에서 증진되었다. 또한 ALP 활성화는 sense ODAM 과발현 세포와 ODAM 정제된 단백질를 첨가한 법랑모세포 세포주에서 뚜렷하게 증진되었다. 기관발생과 관련이 있는 BMPR-IB와 석회화 과정과 관련된 CBP2는 ODAM 과발현을 유도한 경우에는 발현이 증가되었으나, ODAM 발현을 억제시킨 경우에는 발현이 현저히 감소하였다. 이상 실험의 결과는 법랑질 형성과정에서 ODAM이 법랑질 석회화를 증진시킬 수 있음을 시사한다.
For the regeneration of periodontal tissues, the microenvironment for new attachment of connective tissue fibers should be provided, At this point of view, cementum formation in root surface plays a key role for this new attachment. This study was performed to figure out which factor promotes differentiation of cementoblast Considering anatomical structure of tooth, we selected the cells which may affect the differentiation of cementoblast - Ameloblast, OD11&MDPC23 for odontoblasts, NIH3T3 for fibroblsts and MG63 for osteoblasts. And OCCM30 was selected for cementoblast cell line. Then, the cell lines were cultured respectively and transferred the conditioned media to OCCM30. To evaluate the result, Alizarin red S stain was proceeded for evaluation of mineralization. The subjected mRNA genes are bone sialoprotein(BSP), alkaline phosphate(ALP) , osteocalcin(OC), type I collagen(Col I), osteonectin(SPARC ; secreted protein acidic and rich in cysteine). Expression of the gene were analysed by RT-PCR, The results were as follows: 1. For alizarin red S staining, control OCCM30 didn't show any mineralized red nodules until 14 days. But red nodules started to appear from about 4 days in MDPC-OCCM30 & OD11-OCCM30. 2. For results of RT-PCR, ESP mRNAs of control-OCCM30 and others were expressed from 14 days, but in MDPC23-OCCM30 & OD11-OCCM30 from 4 days. Like this, the gene expression of MDPC23-OCCM30 & OD11-OCCM30 were detected much earlier than others. 3. For confirmation of odontoblast effect on cementoblast, conditioned media of osteoblasts(MG63) which is mineralized by producing matrix vesicles didn't affect on the mineralized nodule formation of cementoblasts(OCCM30). This suggest the possibility that cementoblast mineralization is regulated by specific factor in dentin matrix protein rather than matrix vesicles. Therefore, we proved that the dentin/odontoblast promotes differentiation/mineralization of cementoblasts. This new approach might hole promise as diverse possibilities for the regeneration of tissues after periodontal disease.
Park, Hyun-Jung;Ryoo, Hyun-Mo;Woo, Kyung-Mi;Kim, Gwan-Shik;Baek, Jeong-Hwa
International Journal of Oral Biology
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제34권1호
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pp.21-28
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2009
Mutations in DLX3 are associated with both autosomal dominant hypoplastic hypomaturation amelogenesis imperfecta (ADHHAI) and tricho-dento-osseous (TDO) syndrome. ADHHAI is caused by a c.561_562delCT (2bp-del DLX3) mutation whereas TDO syndrome is associated with a c.571_574delGGGG (4bp-del DLX3) mutation. However, although the causal relationships between DLX3 and an enamel phenotype have been established, the pathophysiological role of DLX3 mutations in enamel development has not yet been clarified. In our current study, we prepared expression vectors for wild type and deletion mutant DLX3 products (4bp-del DLX3, 2bp-del DLX3) and examined the effects of their overexpression on the expression of the enamel matrix proteins and proteases. Wild type DLX3 enhanced the expression of matrix metalloprotease 20 (MMP20) mRNA and protein in murine ameloblast-like cells. However, neither a 4bp-del nor 2bp-del DLX3 increased MMP20 expression. Wild type DLX3, but not the above DLX3 mutants, also increased the activity of reporters containing 1.5 kb or 0.5 kb of the MMP20 promoter. An examination of protein stability showed that the half-life of wild type DLX3 protein was less than 12 h whilst that of both deletion mutants was longer than 24 h. Endogenous Dlx3 was also found to be continuously expressed during ameloblast differentiation. Since inactivating mutations in the gene encoding MMP20 are associated with amelogenesis imperfecta, the inability of 4bp-del or 2bp-del DLX3 to induce MMP20 expression suggests a possible involvement of such mutations in the enamel phenotype associated with TDO syndrome or ADHHAI.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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