Lymphatic vessels are essential to regulate interstitial fluid homeostasis and diverse immune responses. A number of crucial factors, such as VEGFC, SOX18, PROX1, FOX2C, and GJC2, have been implicated in differentiation and/or maintenance of lymphatic endothelial cells (LECs). In humans, dysregulation of these genes is known to cause lymphedema, a debilitating condition which adversely impacts the quality of life of affected individuals. However, there are no currently available pharmacological treatments for lymphedema, necessitating identification of additional factors modulating lymphatic development and function which can be targeted for therapy. In this report, we investigate the function of genes associated with Bone Morphogenetic Protein (BMP) signaling in lymphatic development using zebrafish embryos. The knock-down of BMP type II receptors, Bmpr2a and Bmpr2b, and type I receptors, Alk3 and Alk3b, as well as SMAD5, an essential cellular mediator of BMP signaling, led to distinct lymphatic defects in developing zebrafish. Therefore, it appears that each constituent of the BMP signaling pathway may have a unique function during lymphatic development. Taken together, our data demonstrate that BMP signaling is essential for normal lymphatic vessel development in zebrafish.
Background: N-myc downstream-regulated gene 2 (NDRG2), a member of a newly described family of differentiation-related genes, has been characterized as a regulator of dendritic cells. However, the role of NDRG2 on the expression and activation of transcription factors in blood cells remains poorly understood. In this study, we investigated the effects of NDRG2 overexpression on GATA-1 expression in PMAstimulated U937 cells. Methods: We generated NDRG2-overexpressing U937 cell line (U937-NDRG2) and treated the cells with PMA to investigate the role of NDRG2 on GATA-1 expression. Results: NDRG2 overexpression in U937 cells significantly induced GATA-1 expression in response to PMA stimulation. Interestingly, JAK2/STAT and BMP-4/Smad pathways associated with the induction of GATA-1 were activated in PMA-stimulated U937-NDRG2 cells. We found that the inhibition of JAK2 activation, but not of BMP-4/Smad signaling, can elicit a decrease of PMA-induced GATA-1 expression in U937-NDRG2 cells. Conclusion: The results reveal that NDRG2 promotes the expression of GATA-1 through activation of the JAK2/STAT pathway, but not through the regulation of the BMP-4/Smad pathway in U937 cells. Our findings further suggest that NDRG2 may play a role as a regulator of erythrocyte and megakaryocyte differentiation during hematopoiesis.
Kim, Chang-Hyen;Park, Cheol-Hun;Lee, Il-Kyu;Pyo, Sung-Woon
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.34
no.4
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pp.412-418
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2008
Bone morphogenetic proteins (BMPs) in combination with stem cells gain more significance for their use in bone tissue engineering. The mesenchymal stem cell can be differentiated into osteoblast by the treatment of BMP. The aim of this study is to characterize the osteogenic differentiation process of adult stem cells derived from buccal fat pad according to BMP-2 within culture media and decide the appropriate concentration of BMP-2 to facilitate osteogenesis. The authors procured the stem cell from buccal fat pad and analyzed for presence of stem cell by flow cytomety against CD-34, CD-105 and STRO-1. The buccal fat derived stem cells (BFDC) were treated by application of the different concentration with BMP-2 of 0, 10, 50, 100 and 200ng/ml, respectively. And 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 at 7, 14 and 21day of culture. Flow cytometric analysis and biochemical assays demonstrated that BFDC might be a distinguished stem cells, and mineralization was accompanied in proportion to BMP-2 concentration. However, with 100ng/ml concentration of BMP-2, the BFDC demonstrated most efficient staining pattern of ALP and Alizarin red. The feasibility of the osteogenic differentiation in the group of both 50ng/ml and 200ng/ml of BMP-2 showed similar activity and relatively weaker than that of 100ng/ml. These results suggest that the BMP-2 stimulate osteogenesis by BFDC effectively and that bone induction might be controlled through negative regulatory feedback in higher concentration.
Osteoporosis is a bone pathology leading to increased fracture risk and challenging the quality of life. The aim of this study was to evaluate the effect of an anthraquinone glycoside, aloin, on osteogenic induction of MC3T3-E1 cells. Aloin increased alkaline phosphatase (ALP) activity, an early differentiation marker of osteoblasts. Aloin also increased the ALP activity in adult human adipose-derived stem cells (hADSC), indicating that the action of aloin was not cell-type specific. Alizarin red S staining revealed a significant amount of calcium deposition in cells treated with aloin. Aloin enhanced the expression of osteoblast differentiation genes, Bmp-2, Runx2 and collagen 1a, in a dose-dependent manner. Western blot analysis revealed that noggin and inhibitors of p38 MAPK and SAPK/JNK signals attenuated aloin-promoted expressions of Bmp-2 and Runx2 proteins. siRNA mediated blocking of Wnt-5a signaling pathway also annulled the influence of aloin, indicating Wnt-5a dependent activity. Inhibition of the different signal pathways abrogated the influence of aloin on ALP activity, confirming that aloin induced MC3T3-E1 cells into osteoblasts through MAPK mediated Wnt and Bmp signaling pathway.
In the field of osteoporosis, there has been growing interest in anabolic agents that enhance bone formation. The purpose of this study was to examine the effects of NNMBS 246 osteoblastic differentiation with associated signaling pathways. NNMBS 246 markedly increased alkaline phosphatase (ALP) activity and calcium nodule formation. Stimulation with NNMBS 246 not only increased the differentiation markers (ALP, OPN, OCN) level and transcription markers (RUNX2, Osterix) mRNA expression but also upregulated the ECM molecules and OPG mRNA expression. Treatments of NNMBS 246 downregulated MMPs (MMP-1, MMP-2, MMP-9), but RANKL mRNA expression. Furthermore, NNMBS 246 activated osteoblastic differentiation markers and formed calcium nodules in human periodontal ligament cells (hPDLCs) and cementoblast cells. NNMBS 246 induced phosphorylation of MAPKs, Akt, nuclear p65 and IkB-${\alpha}$. BMP-2/Smad and ${\beta}$-catenin signaling pathways were activated by NNMBS 246. Sirtinol (SIRT1 inhibitor) inhibited NNMBS 246-induced osteoblastic differentiation markers mRNA expression. These results suggested that NNMBS 246 has the potential to enhance osteoblastogenesis probably through the activation of BMP/Smad and ${\beta}$-catenin signal pathways, and SIRT1 plays as critical mediator in bone anabolic effect of NNMBS 246.
Bone morphogenetic protein 9 (BMP9) is a potent inducer of osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells. The Wnt antagonist Dickkopf-1 (Dkk1) is involved in skeletal development and bone remodeling. Here, we investigated the role of Dkk1 in BMP9-induced osteogenic differentiation of MSCs. We found that overexpression of BMP9 induced Dkk1 expression in a dose-dependent manner, which was reduced by the P38 inhibitor SB203580 but not the ERK inhibitor PD98059. Moreover, Dkk1 dramatically decreased not only BMP9-induced alkaline phosphatase (ALP) activity but also the expression of osteocalcin (OCN) and osteopontin (OPN) and matrix mineralization of C3H10T1/2 cells. Furthermore, exogenous Dkk1 expression inhibited Wnt/β-catenin signaling induced by BMP9. Our findings indicate that Dkk1 negatively regulates BMP9-induced osteogenic differentiation through inhibition of the Wnt/β-catenin pathway and it could be used to optimize the therapeutic use of BMP9 and for bone tissue engineering.
Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a progressive and devastating disease whose pathogenesis is associated with a phenotypic switch of pulmonary arterial vascular smooth muscle cells (PASMCs). Bone morphogenetic protein (BMP) signaling and potassium two pore domain channel subfamily K member 3 (KCNK3) play crucial roles in PAH pathogenesis. However, the relationship between BMP signaling and KCNK3 expression in the PASMC phenotypic switching process has not been studied. In this study, we explored the effect of BMPs on KCNK3 expression and the role of KCNK3 in the BMP-mediated PASMC phenotypic switch. Expression levels of BMP receptor 2 (BMPR2) and KCNK3 were downregulated in PASMCs of rats with PAH compared to those in normal controls, implying a possible association between BMP/BMPR2 signaling and KCNK3 expression in the pulmonary vasculature. Treatment with BMP2, BMP4, and BMP7 significantly increased KCNK3 expression in primary human PASMCs (HPASMCs). BMPR2 knockdown and treatment with Smad1/5 signaling inhibitor substantially abrogated the BMP-induced increase in KCNK3 expression, suggesting that KCNK3 expression in HPASMCs is regulated by the canonical BMP-BMPR2-Smad1/5 signaling pathway. Furthermore, KCNK3 knockdown and treatment with a KCNK3 channel blocker completely blocked BMP-mediated anti-proliferation and expression of contractile marker genes in HPAMSCs, suggesting that the expression and functional activity of KCNK3 are required for BMP-mediated acquisition of the quiescent PASMC phenotype. Overall, our findings show a crosstalk between BMP signaling and KCNK3 in regulating the PASMC phenotype, wherein BMPs upregulate KCNK3 expression and KCNK3 then mediates BMP-induced phenotypic switching of PASMCs. Our results indicate that the dysfunction and/or downregulation of BMPR2 and KCNK3 observed in PAH work together to induce aberrant changes in the PASMC phenotype, providing insights into the complex molecular pathogenesis of PAH.
Endochondral bone formation is the process by which mesenchymal cells condense into chondrocytes, which are ultimately responsible for new bone formation. The processes of chondrogenic differentiation and hypertrophy are critical for bone formation and are therefore highly regulated. The present study was designed to investigate the effect of aloe-emodin on chondrogenic differentiation in clonal mouse chondrogenic ATDC5 cells. Aloe-emodin treatment stimulated the accumulation of cartilage nodules in a dose-dependent manner. ATDC5 cells were treated with aloe-emodin and stained with alcian blue. Compared with the control cells, the ATDC5 cells showed more intense alcian blue staining. This finding suggested that aloe-emodin induced the synthesis of matrix proteoglycans and increased the activity of alkaline phosphatase. Aloe-emodin also enhanced the expressions of chondrogenic marker genes such as collagen II, collagen X, BSP and RunX2 in a time-dependent manner. Furthermore, examination of the MAPK signaling pathway showed that aloe-emodin increased the activation of extracellular signal-regulated kinase (ERK), but had no effect on p38 and c-jun N-terminal kinase (JNK). Aloe-emodin also enhanced the protein expression of BMP-2 in a time-dependent manner. Thus, these results showed that aloe-emodin exhibited chodromodulating effects via the BMP-2 or ERK signaling pathway. Aloe-emodin may have potential future applications for the treatment of growth disorders.
Tuan Anh Vuong;Yan Zhang;June Kim;Young-Eun Leem;Jong-Sun Kang
BMB Reports
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v.57
no.7
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pp.330-335
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2024
Arginine methylation, which is catalyzed by protein arginine methyltransferases (Prmts), is known to play a key role in various biological processes. However, the function of Prmts in osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs) has not been clearly understood. In the current study, we attempted to elucidate a positive role of Prmt7 in osteogenic differentiation. Prmt7-depleted C3H/10T1/2 cells or bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) showed the attenuated expression of osteogenic specific genes and Alizarin red staining compared to the wild-type cells. Furthermore, we found that Prmt7 deficiency reduced the activation of bone morphogenetic protein (BMP) signaling cascade, which is essential for the regulation of cell fate commitment and osteogenesis. Taken together, our data indicate that Prmt7 plays important regulatory roles in osteogenic differentiation.
Journal of the korean academy of Pediatric Dentistry
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v.30
no.2
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pp.217-228
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2003
Co-ordinate growth of the brain and skull is achieved through a series of tissue interactions between the developing brain, the growing bones of the skull and the sutures that unite the bones. Craniosynostosis, the premature fusion of cranial sutures, presumably involves disturbance of these interactions. Bmp2, one of bone morphogenetic proteins (Bmps), is involved in the regulation of the shapes of individual bones and the relative proportions of the skeleton. Mutations in the homeobox gene Msx2, known as a downstream gene of Bmp, cause Boston-type human craniosynostosis. The phenotype of Dlx5 homozygote mutant mouse presents craniofacial abnormalities including a delayed ossification of calvarial bone. These facts suggest important roles of Bmp2, Msx2 and Dlx5 genes in the cranial bone growth and suture morphogenesis. To elucidate the function of these molecules in the early morphogenesis of mouse cranial sutures, we first analyzed by in situ hybridization the expression of Bmp2(E15-18), Msx2 and Dlx5 genes in the developing sagittal suture of calvaria during the embryonic stage. Bmp2 mRNA was intensely expressed in the osteogenic fronts and also at the low level in the periosteum of parietal bones during embryonic stage, Msx2 mRNA was intensely expressed in the sutural mesenchyme and mildly expressed in the dura mater during the embryonic stage. Dlx5 mRNA was intensely expressed osteogenic fronts and parietal bones. To further examine the role of Bmp signaling in cranial suture, we did in vitro experiments in E15.5 mouse calvarial explants. Interestingly, implantation of Bmp2-soaked beads onto the osteogenic fronts after 48 hours organ culture resulted in the increase of the tissue thickness and cell number around Bmp2 beads, compared to BSA control beads. In addition Bmp2 induced etopic expressions of Msx2 and Dlx5 genes. On the other hand, overexpression of FGF2 did not induce the expression of Msx2 and Dlx5. Taken together, these data indicate that Bmp2 signaling molecule has a important role in regulating the cranial bone growth and early morphogenesis of cranial suture. We also suggest that Bmp signaling is involved in all the stages of osteogenesis of cranial bones and the maintenance of cranial suture by regulating Msx2 and Dlx5 genes, and that Msx2 and Dlx5 genes are specific transcription factors of Bmp signaling pathway.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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