Objectives This study was designed to evaluate the effects of Danggwisu-san (Dangguixu-san, DG) on bone repair from femur fracture in mice. Methods Mice were randomly divided into 4 groups (normal, control, positive control and DG 300 mg/kg-treated group). In order to investigate the effects of DG on gene expressions in experimental animals with fracture, we measured the levels of bone morphogenetic protein-2 (BMP2), cyclooxygenase-2 (COX2), Sox9, collagen type II alpha 1 chain (Col2a1), runt-related transcription factor 2 (Runx2), osterix genes. After the cytotoxicity test, we analyzed the levels of expression of osteocalcin and Runx2, and tumor necrosis factor-α (TNF-α), a pro-inflammatory cytokine. The process of fusion in the fracture was also investigated by gross examination. Results Through in vivo BMP2, COX2 gene expression significantly decreased. Sox9 significantly increased. Col2a1, Runx2, osterix gene expression also increased as well, but there was no statistical significance. The degree of unilateral fracture fusion investigated by gross examination was significantly faster than those of the other groups. Through in vitro the level of TNF-α in macrophages was increased by DG in a dose-dependent mannerand and 250 and 500 ㎍/mL showed statistical significance. Osteocalcin and Runx2 genes expressions increased when DG was treated in osteoblasts. Conclusions DG promotes the healing of the fracture through the expression of bone repair-related genes and TNF-α production. This study may set the foundation for the clinical application of DG to the patients with bone fractures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.6
s.237
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pp.787-794
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2005
Nowadays chronic degenerative diseases such as arthritis are increasing rapidly, even though acute infectious diseases are decreasing due to the advance of modern medicine. Although many of remedies are developed for arthritis healing, there is no precise medical prescription, and pathogenesis is not examined exactly. In this study, we confirmed gene expression of BMP 1A, BMP 2B, osteonectin and MGP which are genes related with bone formation in osteoblast by using ultrasonic stimulation. Through this study, we also evaluated the fact that ultrasound could be applied to arthritis healing by making activated osteoblast induce remodeling of cartilage. As a result of this research, BMP 2B and MGP have higher rates of expression in specific ultrasound mode. In conclusion, it is expected that ultrasound could be used efficiently for healing arthritis if we use ultrasounds according to symptoms of arthritis on reasonable terms.
Emodin is one of the main active components of a traditional Korean medicine isolated from the root and rhizomes of Rheum palmatum L. In this study, of 222 natural compounds to evaluate the anabolic activities, emodin activated bone morphogenetic protein (BMP)-2 promoter in the differentiation process of mouse osteoblastic MC3T3-E1 cells. Emodin was shown to significantly stimulate the activity and expression of alkaline phosphatase, an earlyphase marker of osteoblastic differentiation, on the differentiation day 7, and induce the osteopontin mRNA expression from the differentiation day 14. In addition, low concentration (up to 5 M) of emodin dramatically promoted the induction of mineralization in MC3T3-E1 subclone 4 cells. The stimulatory effect of emodin on the osteoblast differentiation/mineralization could be associated with its potential to stimulate the BMP-2 gene expression. Although further studies are needed to determine the precise mechanism, this study suggests that the use of herbal medicine containing natural compounds with anabolic activity such as emodin could have a beneficial effect on bone health.
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.
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.
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.
Objective: We aimed to observe hair follicle (HF) development in the dorsal skin and elucidate the expression patterns of genes and proteins related to skin and HF development in Rex rabbits from birth to 8 weeks of age. Methods: Whole-skin samples were obtained from the backs of Rex rabbits at 0, 2, 4, 6, and 8 weeks of age, the morphological development of primary and secondary HFs was observed, and the gene transcript levels of insulin-like growth factor-I (IGF-I), epidermal growth factor (EGF), bone morphogenetic protein 2 (BMP2), transforming growth factor ${\beta}-1$, 2, and 3 ($TGF{\beta}-1$, $TGF{\beta}-2$, and $TGF{\beta}-3$) were examined using quantitative real-time polymerase chain reaction (PCR). Additionally, Wnt family member 10b (Wnt10b) and ${\beta}$-Catenin gene and protein expression were examined by quantitative real-time PCR and western blot, respectively. Results: The results showed significant changes in the differentiation of primary and secondary HFs in Rex rabbits during their first 8 weeks of life. The IGF-I, EGF, $TGF{\beta}-2$, and $TGF{\beta}-3$ transcript levels in the rabbits were significantly lower at 2 weeks of age than at birth and gradually increased thereafter, while the BMP2 and $TGF{\beta}-1$ transcript levels at 2 weeks of age were significantly higher than those at birth and gradually decreased thereafter. ${\beta}$-Catenin gene expression was also significantly affected by age, while the Wnt10b transcript level was not. However, the Wnt10b and ${\beta}$-catenin protein expression levels were the lowest at 2 and 4 weeks of age. Conclusion: Our data showed that a series of changes in HFs in dorsal skin occurred during the first 8 weeks. Many genes, such as IGF-I, EGF, BMP2, $TGF{\beta}-1$, $TGF{\beta}-2$, $TGF{\beta}-3$, and ${\beta}$-Catenin, participated in this process, and the related proteins Wnt10b and ${\beta}$-Catenin in skin were also affected by age.
The differentiation of neural precursor cells (NPCs) into neurons and astrocytes is a process that is tightly controlled by complicated and ill-defined gene networks. To extend our knowledge to gene networks, we performed a temporal analysis of gene expression during the differentiation (2, 4, and 8 days) of spinal cord-derived NPCs using oligonucleotide microarray technology. Out of 32,996 genes analyzed, 1878 exhibited significant changes in expression level (fold change>2, p<0.05) at least once throughout the differentiation process. These 1878 genes were classified into 12 groups by k-means clustering, based on their expression patterns. K-means clustering analysis revealed that the genes involved in astrogenesis were categorized into the clusters containing constantly upregulated genes, whereas the genes involved in neurogenesis were grouped to the cluster showing a sudden decrease in gene expression on Day 8. Functional analysis of the differentially expressed genes indicated the enrichment of genes for Pax6- NeuroD signaling.TGFb-SMAD and BMP-SMAD.which suggest the implication of these genes in the differentiation of NPCs and, in particular, key roles for Nova1 and TGFBR1 in the neurogenesis/astrogenesis of mouse spinal cord.
Objectives The purpose of this study is to evaluate the bone healing effect of Dohongsamul-tang (Taohongsiwu-tang; DH) on femur fractured mice. Methods Mice were randomly divided into 4 groups (naive, control, positive control and DH). All groups except naive group were subjected to bone fracture on both hind limb femurs. Naive group received no treatment at all. Control group was fed with normal saline, and positive control group was orally medicated with tramadol. DH-treated group was orally medicated with DH. We analysed the levels of BMP2, COX2, Col2a1, Sox9, Runx2, and Osterix genes on 3, 7 and 14 days after fracture. Alkaline phosphatase, aspartate aminotransferase, alanine aminotransferase, blood urea nitrogen, creatinine, total cholesterol, and triglyceride levels were measured for safety assessment. Results In morphological, histological analysis, callus formation process of DH-treated group was faster than the control group. BMP2, Sox9 gene expression were significantly increased at 7 days after fracture compared to the control group. COX2, Col2a1 gene expression were significantly increased at 14 days after fracture compared to the control group. Total cholesterol was significantly increased by DH at 3 days. Triglyceride was significantly decreased by DH at 3, 7 days after fracture compared to the control group. Conclusions Dohongsamul-tang promoted bone healing process after fracture by stimulating the bone regeneration factors. And DH shows no hepatotoxicity, nephrotoxicity and serum lipid abnormality. In conclusion, it seems that DH helps to promote fracture regeneration after bone fracture by regulating gene expressions related to bone repair.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.41
no.2
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pp.51-55
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2020
The objective of this study was to evaluate the changes in gene expression after incubation of cells with soluble fraction from different silk mat layers. A silk cocoon from Bombyx mori was separated into 4 layers of equal thickness. The layers were numbered from 1 to 4 (from the inner to outer layer). Each silk mat was placed into normal saline and collected soluble fraction. They were administered to RAW264.7 cells, and changes in the expression of genes were evaluated by cDNA microarray analysis. Layer 1 and 4 groups showed significantly higher expression of BMP-2 at 8 h after administration of soluble fraction (P < 0.05). Runx2 expression was significantly higher in Layer 4 group at 8h (P < 0.05). The silk mat from the innermost and outermost portion of the silkworm cocoon showed a significant change in the expression of genes that are associated with osteoinduction such as BMP-2 and runx2.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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