Dlx3 is a homeodomain protein and is known to playa role in development and differentiation of many tissues. Deletion of four base pairs in DLX3 (NT3198) is causally related to tricho-dento-osseous (TDO) syndrome (OMIM # 190320), a genetic disorder manifested by taurodontism, hair abnormalities, and increased bone density in the cranium. Although the observed defects of TDO syndrome involves bone, little is known about the role of Dlx3 in bone remodeling process. In this study, we examined the effect of wild type DLX3 (wtDlx3) expression on osteoclast differentiation and compared it with that of 4-BP DEL DLX3 (TDO mtDlx3). To examine whether Dlx3 is expressed during RANKL-induced osteoclast differentiation, RAW264.7 cells were cultured in the presence of receptor activator of nuclear factor-B ligand (RANKL). Dlx3 protein level increased slightly after RANKL treatment for 1 day and peaked when the fusion of prefusion osteoclasts actively progressed. When wtDlx3 and TDO mtDlx3 were overexpressed in RAW264.7 cells, they enhanced RANKL-induced osteoclastogenesis and the expression of osteoclast differentiation marker genes such as calcitonin receptor, vitronectin receptor and cathepsin K. Since osteoclast differentiation is critically regulated by the balance between RANKL and osteoprotegerin (OPG), we examined the effect of Dlx3 overexpression on expression of RANKL and OPG in C2C12 cells in the presence of bone morphogenetic protein 2. Overexpression of wtDlx3 enhanced RANKL mRNA expression while slightly suppressed OPG expression. However, TDO mtDlx3 did not exert significant effects. This result suggests that inability of TDO mtDlx3 to regulate expression of RANKL and OPG may contribute to increased bone density in TDO syndrome patients. Taken together, it is suggested that Dlx3 playa role as a positive regulator of osteoclast differentiation via up-regulation of osteoclast differentiation-associated genes in osteoclasts, as well as via increasing the ratio of RANKL to OPG in osteoblastic cells.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제36권5호
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pp.392-401
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2010
Introduction: Diabetes mellitus, as a major health problem for the elderly has been shown to alter the properties of the bone and impair bone healing around a titanium implant in both humans and animals. The aim of this study was to examine the effect of adipose-derived stem cells on the healing process around a titanium implant in streptozotocin-induced diabetic rats. Materials and Methods: Thirteen rats were divided into two groups: adipose-derived stem cells injected group and a control group. A titanium screw implant (diameter: 2.0 mm, length: 3.5 mm) was placed into both tibia of 13 rats: 13 right tibia as the control group and 13 left tibia as the experimental group. The rats were sacrificed at different intervals (1, 2, and 4 weeks) after implantation for histopathology observations and immunohistochemistric analysis. Results: The histopathological findings revealed earlier new formed bone in the experimental group than the control group. In particular, at 1 week after implantation, the experimental group showed more newly formed bone and collagen around the implant than the control group. In immunohistochemistric analysis, osteoprotegerin (OPG) expression in the experimental group increased early compared to that of the control group until 2 weeks after implantation. However, after 2 weeks, OPG expression in the experimental group was similar to OPG expression in the control group. The receptor activator of nuclear factor ${\kappa}B$ ligand (RANKL) expression in the experimental group increased early compared to that of the control group, and then decreased at 2 weeks. After 2 weeks, the level of RANKL expression was similar in both groups. Conclusion: These results suggest that adipose-derived stem cells in implantation can promote bone healing around titanium, particularly in diabetes mellitus induced animals.
본 연구는 MC3T3-E1 조골 전구세포에 대두추출물을 처리 후 그 조건배양액에서 파골세포분화 관련 국소인자 중파골세포분화 촉진인자(IL-$\beta$, IL-6, RANKL, TNF-$\alpha$, M-CSF) 및 파골세포로의 분화억제에 관여하는 국소인자인 OPG의 발현변화를 조골세포 조건배양액에서 살펴보았으며, 이 조골세포 조건배양액을 RAW264.7 파골전구세포에 처리 시 파골세포로의 분화를 억제정도를 TRAP 염색 및 관련 분화 지표의 발현을 통해 알아보았다. 대두추출물 처리한 조골세포 조건배양액에서 OPG의 발현이 농도 의존적으로 현저히 증가하였다. 그러나 강력한 파골세포 분화촉진인자로 알려진 IL-1$\beta$의 발현 역시 고농도의 대두추출물 처리 시 현저히 증가하여 고농도의 대두추출물을 처리한 CM 처리 시 TRAP 염색된 일부 파골세포를 확인하였고, 파골세포분화 관련지표인 MMP-9의 발현 또한 저농도 대두 추출물을 처리한 CM 처리에 비해 증가하였다. 이는 저농도의 대두추출물이 고농도의 대두추출물에 비해 파골세포분화억제에 효과적임을 의미하나, 추후 파골세포수준에서 분화억제 관련 기전연구가 필요할 것으로 생각되어진다.
본 연구는 Bentazone을 함유한 용액에 부식산(腐植酸), 또는 훌브산(酸)을 처리하고, 지표식물(指標植物)로 배추를 수경재배(水耕栽培)하여, 이들 유기(有機)리간드가 농약(農藥)의 생물유효성(生物有效性)에 미치는 영향(影響)을 성장률(成長率)과 건중양감소률(乾重量減少率)의 약해지표(藥害指標)를 사용(使用)하여 조사(調査)하였다. 유기(有機)리간드 자체는 배추의 생육(生育)을 촉진(促進)하였으며, 그 효과는 낮은 pH에서 뚜렷하게 나타났다. Bentazone의 처리는 배추에 황화(黃化) 및 고사현상(枯死現狀) 등의 약해(藥害)를 초래하여 건중양(乾重量), 생중양(生重量) 및 함장률(咸長率)의 감소를 초래하였다. 이 약해(藥害)현상은 처리농도가 증가할수록, 그리고 낮은 pH(4.5)에서 뚜렷하였으며, 이때 Bentazone 8${\mu}$M 처리에 의해서도 건중양(乾重量)은 63%나 감소하였다. 무처리구(無處理區)에 비교하여 생중양(生重量)을 50% 감소시킬수 있는 Bentazone의 농도는 약 21${\mu}$M에 해당하였고, 이는 상용농도(常用濃度)보다 높은 것이었다. 부식산(腐植酸) 또는 훌브산(酸)을 Bentazone과 함께 처리하였을때, 이들 유기(有機)리간드는 배추의 수양(收量) 및 성장률(成長率)에 대한 Bentazone의 약해(藥害)를 유의성(有意性)있게 줄여 주었으며, 이 효과는 pH의 영향(影響)을 받지 않았으나 pH와 처리농도(處理濃度)사이에는 상호작용(相互作用)을 보여주었다 이와같은 약해경감효과(藥害輕減效果)는 같은 조건하에서 훌브산(酸)이 부식산(腐植酸)보다 우수했으며, pH 4.5에서 훌브산(酸)은 Bentazone의 약해(藥害)를 46%까지 경감(輕減)시켰다.
두다른 방법을 사용하여 사면체 및 사각형[M(Ⅱ)$O_2S_2$] 형태 착물의 쌍극자모멘트에 대한 ${\pi}$결합의 영향을 고찰하였다. 그첫째 방법은 금속이온의 원자가 궤도함수와 리간드 궤도함수 사이의 혼성계수 CM이 ${\sigma}$ 및 ${\pi}$결합 분자궤도함수에 대하여 모두 같다는 가정에 기초를 둔 근사 분자궤도함수 법이며 다른 하나는 반경험적인 LCAO-MO법에 기초를 둔 계산이다. ${\sigma}$ 결합만이 형성되었다고 가정한다면 사면체 및 사각형 착물의 계산한 쌍극자 모멘트는 실험치 보다 작다. 계산한 쌍극자 모멘트에 ${\pi}$결합의 기여분을 모두 고려 해 준다면 사각형 및 사면체 $[M (II)O_2S_2]$형태 착물의 계산한 쌍극자모멘트는 실험치보다 크다. 그러나 ${\pi}$결합이 비편재 되었다고 가정한다면 사면체 [M(II)$O_2S_2$]형태 착물의 계산한 쌍극자 모멘트가 실험치 범위안에 들지만 사각형착물의 쌍극자 모멘트는 실험치에서 벗어난다. 이 결과는 [M(II)$O_2S_2$]]형태 착물이 비극성 용매의 용액에서 사면체 구조로 존재함을 암시하며 이 구조는 실험구조와 일치한다. 사면체 [M(II)$O_2S_2$] 형태착물의 계산한 쌍극자모멘트는 쌍극자모멘트에 ${\pi}$결합이 참여함을 지적한다.
Bone remodeling is a process controlled by the action of two major bone cells; the bone forming osteoblast and the bone resorbing osteoclast. In the process of osteoclastogenesis, stromal cells and osteoblast produce RANKL, OPG, and M-CSF, which in turn regulate the osteoclastogenesis. During the bone resorption by activated osteoclasts, extracellular $Ca^{2+}/{PO_4}^{2-}$ concentration and degraded organic materials goes up, providing the hypertonic microenvironment. In this study, we tested the effects of hypertonicity due to the degraded organic materials on osteoclastogenesis in co-culture system. It was examined the cellular response of osteoblastic cell in terms of osteoclastogenesis by applying the sucrose, and mannitol, as a substitute of degraded organic materials to co-culture system. Apart from the sucrose, mannitol, and NaCl was tested to be compared to the effect of organic osmotic particles. The addition of sucrose and mannitol (25, 50, 100, 150, or 200 mM) to co-culture medium inhibited the number of tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) positive multinucleated cells induced by 10 nM $1{\alpha},25(OH)_2vitaminD_3$ ($1{\alpha},25(OH)_2D_3$). However, NaCl did exert harmful effect upon the cells in this co-culture system, which is attributed to DNA damage in high concentration of NaCl. To further investigate the mechanism by which hypertonicity inhibits $1{\alpha},25(OH)_2D_3$-induced osteoclastogenesis, the mRNA expressions of receptor activator of nuclear factor (NF)-kB ligand (RANKL) and osteoprotegerin (OPG) were monitored by RT-PCR. In the presence of sucrose (50 mM), RANKL mRNA expression was decreased in a dose-dependent manner, while the change in OPG and M-CSF mRNA were not occurred in significantly. The RANKL mRNA expression was inhibited for 48 hours in the presence of sucrose (50 mM), but such a decrement recovered after 72 hours. However, there were no considerable changes in the expression of OPG and M-CSF mRNA. Conclusively, these findings strongly suggest that hypertonic stress down-regulates $1{\alpha},25(OH)_2D_3$-induced osteoclastogenesis via RANKL signal pathway in osteoblastic cell, and may playa pivotal role as a regulator that modulates osteoclastogenesis.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제37권5호
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pp.386-395
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2011
Introduction: Osteoporosis is a major health problem in the elderly that involves changes in the properties of bone as well as impaired bone healing around a titanium implant in both humans and animals. This study examined effect of low intensity pulsed ultrasound (LIPUS) on the bone healing process around a titanium implant in osteoporosis-induced rats. Materials and Methods: Sixteen rats were divided into two groups. A control group with osteoporosis induced by removing both ovaries and an experimental group of rats that were applied with LIPUS after osteoporosis had been induced. A screw type titanium implant (diameter, 2.0 mm: length, 3.5 mm, Cowell-Medi, KOREA) was placed into the tibias of 16 rats. The control and experimental group contained 8 rats each. The rats were sacrificed at 1, 2, 4, and 8 weeks after implantation to examine the histopathology and immunochemistry. Results: The histopathology examination revealed earlier new bone formation in the experimental group than the control group. In particular, at 1 week after implantation, more new bone matrix and collagen were observed around the implant of the experimental group compared to the control group. Immunochemistry analysis showed that the level of OPG expression of the experimental group was higher in the early stages than in the control group. After 8 weeks, the levels of OPG expression were similar in both groups. The expression level of receptor activator of nuclear factor kB ligand (RANKL) was stronger in the experimental group than the control group. After 4 weeks, the level of RANKL expression was similar in both groups. Conclusion: These results suggest that the application of LIPUS to implantation can promote bone healing around titanium in osteoporosis animals.
Carotenoids는 항암 효과가 있는 것으로 알려져 있으나 각각의 carotenoids가 대장암에 미치는 영향에 대해서는 명확하게 밝혀진 바가 없다. 본 연구에서는 4가지 종류의 carotenoids가 인간의 대장에서 유래한 암세포인 HT-29 세포의 증식에 미치는 영향을 조사하였다. $\alpha$-carotene, $\beta$-carotene, lutein lycopene을 농도를 달리 하여 세포 배양액 에 첨가하여 살아있는 세포의 수를 측정한 결과 $\beta$-carotene는 세포의 증식을 다소 증가시키는 반면 $\alpha$-carotene, lutein, lcopene은 세포의 증식을 감소하였다. 세포의 증식을 억제한 carotenoids 중에서 lycopene이 그 효과가 가장 컸다. ErbB receptor family는 세포의 증식을 촉진하고 대장암에서 그 발현이 증가된 것으로 보고되었기 때문에 lycopene이 heregulin-ErbB3 signaling을 억제하는지를 조사하였다. Lycopene는 ErbB2 단백질을 감소하였고 ErbB3 단백질의 변화를 초래하였다. Heregulin을 첨가하여 인산화를 유도한 경우 ErbB3의 인산화, ErbB3와 p85의 결합, Akt 인산화가 lycopene에 의해 억제되었다. 이 결과들은 carotenoids 중 lycopene이 대장암 세포 증식 억제 효과가 가장 크고, 대장암 세포의 DNA 합성을 억제하고 apoptosis를 유도하는 lycopene효과의 일부는 Erb-B3와 Akt의 인산화 감소에 기인하는 것임을 나타낸다.
Oh, Tae Woo;Park, Kwang-Il;Do, Hyun Ju;Kim, Kyungho;Yang, Hye Jin;Cho, Won Kyung;Ma, Jin Yeul
Natural Product Sciences
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제26권1호
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pp.83-89
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2020
Osteoporosis is a worldwide disease leading to significant economic and societal burdens globally. Osteoporosis is caused by unbalanced bone remodeling between the rate of osteoclast bone resorption and osteoblast bone formation. Acer tegmentosum Maxim (AT) is a traditional herbal medicine containing multiple biological activities such as anti-oxidant and anti-inflammatory purposes. However, its role in osteoporosis has not been fully studied. Therefore, we investigated whether AT has a potent inhibitory effect on osteoporosis and its mechanism through a systemic evaluation in ovariectomized (OVX) mice. OVX mice were orally administrated with the AT at doses of 50, 100, and 200 mg/kg for 10 weeks. Histological images and histomorphometry analyses were performed by H&E and Toluidine blue satin, and the expression levels of receptor activator for nuclear factor-kB ligand (RANKL), nuclear factor of activated T cells cytoplasm 1 (NFATc1), c-Fos, and matrix metalloproteinase 9 (MMP9) related to the osteoclast differentiation were investigated using immunohistochemical analysis. Administration of AT prevented bone loss and the alternations of osteoporotic bone parameters at the distinct regions of the distal femur and spongiosa region in OVX mice. Further, administration of AT increased periosteal bone formation in a dose-dependent manner. Meanwhile, AT inhibited not only the expression of NFATc1 and c-Fos, which are two major regulators of osteoclastogenesis but also reduced bone resorbed encoding expression of MMP9 and RANKL. Our results indicated that administration of AT prevented bone loss and the alternations of osteoporotic bone parameters at the distinct regions of the distal femur and spongiosa region in OVX mice. Also AT has the bone protective effect through the suppression of osteoclast and promotion of osteoblast, suggesting that it could be a preventive and therapeutic candidate for anti-osteoporosis.
RCAN1은 calcineurin을 억제하는 내인성 단백질로 calcineurin-NFATc1 신호전달 경로와 관련된 질환의 병인에 중요한 역할을 담당한다. 특히 RCAN1-4 아형 유전자의 경우 NFATc1 전사인자에 의해 조절된다. RANKL 자극은 calcineurin-NFATc1 경로로 파골세포 분화를 유도하는데, RCAN1과 파골세포의 분화에 관련된 연구는 보고 된 바 없다. 따라서 본 연구는 RANKL 처리에 의해 파골세포 분화가 유도될 때 RCAN1이 calcineurin-NFATc1 경로에 미치는 영향을 in vitro에서 조사했다. 마우스로부터 분리한 골수단핵세포에 RANKL을 처리하여 파골세포 분화를 유도했다. RANKL 처리 후 조사 대상 유전자의 mRNA 발현과 단백질 발현을 각각 RT-PCR과 Western blot로써 측정했다. 마우스 RCAN1-4 vector를 파골전구세포인 RAW 264.7 단핵세포주와 골수단핵세포에 형질도입(transfection)시켜 RCAN1-4 유전자의 과발현을 유도했다. 형질도입 후 파골세포 분화의 형태적 변화는 TRAP 염색을 통해 관찰했다. RANKL 처리 후 NFATc1, calcineurin, RCAN1-4 mRNA 발현은 크게 증가했다. 단백질 발현의 경우 NFATc1과 RCAN1은 증가했으나 calcineurin은 대조군과 차이가 없었다. RCAN1-4 유전자의 과발현 유도 시 RCAN1-4 mRNA는 크게 증가되었으나 RCAN1 단백질 발현은 증가되지 않았다. 특히 RANKL 존재 시 RCAN1 유전자를 knock-down시켜도 RCAN1 발현은 정상적으로 유지되었다. 한편, NFATc1 발현은 과발현 유도시 감소했고 knock-down 유도 시 증가하는 경향을 보였다. RCAN1-4 유전자 과발현을 유도한 골수단핵세포에서 배양 5일 후 파골세포 분화는 대조군과 차이가 없었다. 이러한 결과는 RANKL에 의한 파골세포 분화 시 RCAN1이 calcineurin-NFATc1 경로를 통해 파골세포 분화에 미치는 영향은 제한적일 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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