본 연구에서는 마가목 열매에서 추출한 chlorogenic acid의 유사체인 cryptochlorogenic acid(CCA)가 조골세포 분화에 미치는 영향에 대해서 알아보았다. 먼저 세포독성 여부를 확인하기 위해 MTT assay를 수행하였고 독성이 없다고 확인된 $5{\mu}M$의 농도에서 실험을 진행하였다. 그리고 조골세포로 분화할 수 있는 다분화능 세포인 C3H10T1/2와 조골세포인 MC3T3-E1에 CCA를 처리하여 표지 유전자인 Id1, Dlx5, Runx2의 발현을 확인하였다. 확인한 결과 표지유전자들의 발현이 대조군에 비교해서 증가한 것을 확인하였고, 그중 조골세포의 핵심 전사조절인자인 Runx2의 전사활성에 미치는 영향을 알아보기 위해 promoter assay를 수행하여 Runx2의 전사활성이 증가하는 것을 재확인하였다. 이러한 결과들을 토대로 CCA는 조골세포 분화를 촉진한다는 것을 알게 되었고, 골 질환 관련 제제로 CCA가 이용 가능할 수 있다고 생각된다.
We investigated the effects of ${\beta}$-adrenergic activation on bone marrow adiposity and on adipogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs). C57BL/6 mice were subjected to a control (CON), high calorie (HIGH) or low calorie (LOW) diet for 12 weeks. In each group, mice were treated with vehicle (VEH) or propranolol. The number of adipocytes per area bone marrow was increased in LOWVEH and HIGHVEH mice compared with CONVEH mice, which was attenuated by propranolol. Isoproterenol increased lipid droplet accumulation and adipogenic marker gene expression in 3T3-L1 preadipocytes and mouse BMSCs, which were blocked by propranolol. Conditioned medium obtained from MC3T3-E1 osteoblasts suppressed adipogenic differentiation of 3T3-L1 cells, which was significantly attenuated by treatment of MC3T3-E1 cells with isoproterenol. These data suggest that ${\beta}$-adrenergic activation enhances bone marrow adipogenesis via direct stimulation of BMSCs adipogenesis and indirect inhibition of osteoblast anti-adipogenic potential.
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.
Unique cartilage matrix-associated protein (UCMA)은 γ-카르복실화(Gla) 잔기가 풍부한 간외 비타민 K 의존 단백질이다. UCMA는 조골세포 분화를 촉진하고 뼈 형성을 강화한다고 보고되고 있지만 고혈당 스트레스 하에서 조골세포에 미치는 영향에 대해서는 아직 알려진 바가 없다. 본 연구에서는 고혈당 조건하에서의 MC3T3-E1 조골세포에서 UCMA 효과를 조사하기 위해 MC3T3-E1 조골세포를 높은 포도당에 노출한 후 재조합 UCMA 단백질을 처리하였다. MC3T3-E1 세포에서 활성 산소종(ROS)의 생성은 고혈당 조건하에서 증가했으나 UCMA 단백질 처리 후 감소했음을 CellROX 및 MitoSOX 염색으로 확인하였다. 또한 고혈당 조건에서 UCMA 단백질을 함께 처리한 MC3T3-E1 세포에서 정량적 중합효소 연쇄반응 결과, 항산화 유전자인 nuclear factor erythroid 2-related factor 2 와 superoxide dismutase 1 발현이 증가하였다. 동일 조건하에서 UCMA 단백질 처리에 의해 heme oxygenase-1 발현 감소와 함께 세포질에서 핵으로의 전위가 감소되었고, 미토콘드리아 분열에 관여하는 dynamin-related protein 1 발현이 증가하였으며, AKT 신호 활성은 억제되었다. 종합적으로 UCMA는 고혈당에 노출된 조골세포에서 ROS 생성을 완화하고, 항산화 유전자 발현을 증가시키고, 미토콘드리아 역학에 영향을 미치며, AKT 신호를 조절하는 것으로 보인다. 본 연구는 UCMA의 세포 메커니즘에 대한 이해를 돕고, 대사 장애 관련한 골 합병증에 대한 새로운 치료제로서의 잠재적 사용 가능성을 제시하고 있다.
Bone remodeling is a dynamic process involving a constant balance between osteoclast-induced bone resorption and osteoblast-induced bone formation. Osteoclasts play a crucial homeostatic role in skeletal modeling and remodeling, and destroy bone in many pathological conditions. Previously, we reported that the hexane soluble fraction of Ficus carica inhibited osteoclast differentiation. Poly unsaturated fatty acids, such as ethyl docosahexaenoate (E-DHA), docosahexaenoic acid (DHA), cis-11,14-eicosadienoic acid (EDA) and eicosapentaenoic acid (EPA), were identified from the hexane soluble fraction of Ficus carica. Among them, E-DHA most potently inhibited osteoclastogenesis in RAW264.7 cells. E-DHA reduced the activities of JNK and NF-$\kappa}B$. E-DHA suppressed the expression of c-Fos and nuclear factor of activated T cells c1 (NFATc1). Interestingly, DHA increased the activity of alkaline phosphatase and expression of bone morphogenetic protein 2 (BMP2) more than E-DHA in MC3T3-E1 cells, suggesting that DHA may induce osteoblast differentiation. The data suggests that a combination of E-DHA and DHA has potential use in the treatment of diseases involving abnormal bone lysis, such as osteoporosis, rheumatoid arthritis and periodontal bone erosion.
본 연구에서는 감국 에탄올 추출물이 조골세포의 증식 및 분화에 미치는 영향을 분석하여 골다공증 관련 식물성 에스트로젠으로써의 이용 가능성을 확인하고자 하였다. 감국 에탄올 추출물은 30~100 ${\mu}g/mL$ 농도 범위에서 조골세포의 증식을 유의적으로 증가시켰으며, 100 ${\mu}g/mL$ 농도에서 대조군 대비 최대 122% 세포성장을 나타내었다. 이러한 세포증식 유도는 estrogen antagonist인 tamoxifen 처리 시 상쇄되어 estrogen 유사효과에 의한 것으로 사료되었다. MC3T3-E1 세포의 분화에 미치는 영향을 살펴보고자 대표적 분화지표인 ALP 효소활성, collagen 함량, mineralization 수준을 측정한 결과, 10, 30 ${\mu}g/mL$ 농도에서 ALP 활성의 유의적 증가와 200 ${\mu}g/mL$ 농도에서 collagen 함량과 mineralization의 유의적인 증가를 확인하였으며, ALP 활성, collagen 함량 모두 tamoxifen 처리에 의해 증가 효과가 상쇄되어 estrogen 유사작용에 의한 것으로 사료된다.
Ipriflavone(IP)은 골흡수 억제효과에 골형성 촉진효과를 지니는 약물로 보고되어 왔다. 이러한 IP의 특성때문에 골의 치유를 촉진시키기 위한 약물로서 구강외과 영역에서 쓰일 수도 있으리라 생각되었다. 이에 저자는 그동안 보고되어온 IP의 골 형성 촉진효과가 실제로 나타나는지를 확인하고 또한 어떤 농도에서 나타나는지를 알아보기위해 IP를 서로다른 농도로 하여 골세포주(MC3T3-El cell line)의 배지에 넣은후, 골 형성의 지표로 쓰일수있는 collagen합성정도를 보고자 하였으며 이 자료를 앞으로서 in vivo 동물실험 연구의 기초자료로 사용코자 하였다. 본 연구에서 IP의 골형성 촉진효과를 collagen 합성정도를 측정을 통해 확인하였고, 특히 IP이 $10^{-7}M$농도일때 현저한 collagen합성의 증가를 관찰 하였으며 앞으로의 동물실험등을 통해 구강외과 영역에서의 사용가능성에 대해 좀더 연구해 보고자 한다.
Purpose: Runx2 (runt-related transcription factor 2), a bone-specific transcription factor, is a key regulator of osteoblast differentiation and its expression is induced by the activation of BMP-2 signaling. This study examined whether zinc modulates BMP-2 signaling and therefore stimulates Runx2 and osteoblast differentiation gene expression. Methods: Two osteoblastic MC3T3-E1 cell lines (subclones 4 as a high osteoblast differentiation and subclone 24 as a low osteoblastic differentiation) were cultured in an osteogenic medium (OSM) as the normal control, Zn-($1{\mu}M$ Zn) or Zn+($15{\mu}M$ Zn) for 24 h. The genes and proteins for BMP-2 signaling (BMP-2, Smad-1/p-Smad-1), transcription factors (Runx2, osterix), and osteoblast differentiation marker proteins were assessed. Results: In both cell lines, BMP-2 mRAN and protein expression and extracellular BMP-2 secretion all decreased in Zn-. The expression of Smad-1 (downstream regulator of BMP-2 signaling) and p-Smad-1 (phosphorylated Smad-1) also downregulated in Zn-. Furthermore, the expression of the bone-specific transcription factors, Runx2 and osterix, decreased in Zn-, which might be due to the decreased BMP-2 expression and Smad-1 activation (p-Smad-1) by Zn-, because Runx2 and osterix both are downstream in BMP-2 signaling. Bone marker gene expression, such as alkaline phosphatase (ALP), collagen type I (COLI), osteocalcin, and osteopontin were also downregulated in Zn-. Conclusion: The results suggest that a zinc deficiency in osteoblasts suppresses the BMP-2 signaling pathway via the suppression of Smad-1 activation, and this suppressed BMP-2 signaling can cause poor osteoblast differentiation.
There are controversial findings regarding the roles of nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2 (Nrf2)/heme oxygenase-1 (HO-1) pathway on bone metabolism under oxidative stress. We investigated how Nrf2/HO-1 pathway affects osteoblast differentiation of MC3T3-E1 cells in response to hydrogen peroxide (H2O2), N-acetyl cysteine (NAC), or both. Exposing the cells to H2O2 decreased the alkaline phosphatase activity, calcium accumulation, and expression of osteoblast markers, such as osteocalcin and runt-related transcription factor-2. In contrast, H2O2 treatment increased the expression of Nrf2 and HO-1 in the cells. Treatment with hemin, a chemical HO-1 inducer, mimicked the inhibitory effect of H2O2 on osteoblast differentiation by increasing the HO-1 expression and decreasing the osteogenic marker genes. Pretreatment with NAC restored all changes induced by H2O2 to near normal levels in the cells. Collectively, our findings suggest that H2O2-mediated activation of Nrf2/HO-1 pathway negatively regulates the osteoblast differentiation, which is inhibited by NAC.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제30권4호
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pp.323-330
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2004
Estrogen may promote osteoblast/osteocyte viability by limiting apoptotic cell death. We hypothesize that hsp27 is an estrogen- regulated protein that can promote osteoblast viability by increasing osteoblast resistance to apoptosis. The purpose of this study was to determine the effect of estrogen treatment and heat shock on $TNF{\alpha}$ - induced apoptosis in the MC3T3-E1 cell line. Cells were treated with 0 - 100 nM $17{\beta}$ estradiol (or ICI 182780) for 0 - 24 hours before heat shock. After recovery, apoptosis was induced by treatment with 0 - 10 ng/ml TNF${\alpha}$. Hsp levels were evaluated by Northern and Western analysis using hsp27, hsp47, hsp70c and hsp70i - specific reagents. Apoptosis was revealed by in situ labeling with Terminal Deoxyribonucleotide Transferase (TUNEL). A 5 - fold increase in hsp27 protein and mRNA was noted after 5 hours of treatment with 10 - 20 nM $17{\beta}$ estradiol prior to heat shock. Increased abundance of hsp47, hsp70c or hsp70i was not observed. TUNEL indicated that estrogen treatment also reduced (50%) MC3T3-E1 cell susceptibility to $TNF{\alpha}$ - induced apoptosis. Treatment with hsp27-specific antisense oligonucleotides prevented hsp27 protein expression and abolished the protective effects of heat shock and estrogen treatment on $TNF{\alpha}$- induced apoptosis. Hsp27 is a determinant of osteoblast apoptosis, and estrogen treatment increases hsp27 levels in cultured osteoblastic cells. Hsp27 contributes to the control of osteoblast apoptosis and may be manipulated by estrogenic or alternative pathways for the improvement of bone mass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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