Kim, Hong-Hee;Kim, Hyun-Man;Kwack, Kyu-Bum;Kim, Si-Wouk;Lee, Zang-Hee
BMB Reports
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v.34
no.5
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pp.421-427
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2001
Osteoclasts, cells primarily involved in bone resorption, originate from the hematopoietic precursor cells of the monocyte/macrophage lineage and differentiate into multinucleated mature forms. We developed an in vitro osteoclast culture system using embryonic chicken bone marrow cells. This culture system can be utilized in studies on the differentiation and function of osteoclasts. Phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-kinase) and mitogen-activated protein kinases (MAPKs) have been implicated in diverse cellular functions including proliferation, migration, and survival. Using the developed avian osteoclast culture system, we examined the involvement of these kinases in osteoclast differentiation by employing specific inhibitors of the kinases. We Found that the inhibition of the PI 3-kinase, p38, or ERK interfered with osteoclast formation, suggesting that the signaling pathways that involve these molecules participate in the process of chicken osteoclast differentiation.
Osteoclasts are bone-resorbing cells of monocyte/macrophage origin and are culprits of bone destruction associated with osteoporosis, rheumatoid arthritis, and cancer bone metastasis. Recent advances in osteoclast biology revealed central roles of various cytokines in regulating osteoclastogenesis both in vitro and in vivo. However, exact underlying mechanisms including signaling pathways downstream of receptor ligation are still under pursuit. In the present review, the role of Jak/STAT proteins and their regulators will be discussed in connection with osteoclastogenesis, since growing evidence indicates that a number of cytokines and growth factors utilizing Jak/STAT signaling pathways affect osteoclastogenesis. A better understanding on the role of Jak/STAT pathways in osteoclast differentiation will not only strengthen our knowledge on osteoclast biology but also provide invaluable insights into the development of anti-resorptive strategies for treating bone-lytic diseases.
Monocyte interaction with fibronectin (FN) mediates specific cell surface receptors and results in cell attachment and differentiation. Several cell-mediated activities for various fragments of FN have been documented. To investigate the regulatory mechanisms of monocyte differentiation by cell binding domains of FN and their receptors, cell attachment-, cell migration-, and its respective inhibition assay were carried out. Monocyte recognizes 38-kDa domain distinctively from its recognition of 85-kDa domain, and the heparin-binding site of the 38-kDa fragment is not involved in monocyte adhesion. Based on these experimental results, it can be suggested that monocvte/macrophase interacts with at least two different sites in FN, which is critical step in cell adhesion and (or) migration.
Hana Jeong;Hyeyoung Yoon;Yerin Lee;Jun Tae Kim;Moses Yang;Gayoung Kim;Bom Jung;Seok Hee Park;Choong-Eun Lee
IMMUNE NETWORK
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v.22
no.4
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pp.33.1-33.17
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2022
Suppressors of cytokine signaling (SOCS) have emerged as potential regulators of macrophage function. We have investigated mechanisms of SOCS3 action on type 2 macrophage (M2) differentiation induced by glucocorticoid using human monocytic cell lines and mouse bone marrow-derived macrophages. Treatment of THP1 monocytic cells with dexamethasone (Dex) induced ROS generation and M2 polarization promoting IL-10 and TGF-β production, while suppressing IL-1β, TNF-α and IL-6 production. SOCS3 over-expression reduced, whereas SOCS3 ablation enhanced IL-10 and TGF-β induction with concomitant regulation of ROS. As a mediator of M2 differentiation, glucocorticoid-induced leucine zipper (GILZ) was down-regulated by SOCS3 and up-regulated by shSOCS3. The induction of GILZ and IL-10 by Dex was dependent on ROS and p38 MAPK activity. Importantly, GILZ ablation led to the inhibition of ROS generation and anti-inflammatory cytokine induction by Dex. Moreover, GILZ knock-down negated the up-regulation of IL-10 production induced by shSOCS3 transduction. Our data suggest that SOCS3 targets ROS- and p38-dependent GILZ expression to suppress Dex-induced M2 polarization.
Osteoclasts are originated from hemopoietic progenitors of the monocyte/macrophage lineage and resorb mineralized tissues. Elevated osteoclast numbers and activity result in bone disease such as osteoporosis, Paget's disease, and tumor osteolysis. In order to identify the genes that are involved in osteoclast differentiation, microarray was performed after treated with RANKL for 12 h and 24 h in osteoclast precursors. The genes that changed by RANKL treatment were grouped by biological process or molecular function. Among them, the number of genes involved in signal transduction and nucleic acid binding was 6065 and 3066, respectively. When analyzed the number of genes changed more than 1.5 fold in the cells treated with RANKL for 12 h or 24 h compared to when RANKL was not treated, 83 and 62 genes were up-regulated; 56 and 62 genes were downregulated, respectively. To verify the microarray results, real-time RT-PCR for Cxcl1 and Slfn1genes that have not been reported yet related to osteoclast differentiation, as well as Ccl2 gene associated with osteoclast differentiation were carried out. Both experiments showed a similar result of more than 1.5 fold induction of these genes by RANKL treatment. These results suggest the possibility that Cxcl1 and Slfn1 may associate with osteoclastogenesis and provide that microarray is a useful tool to analyze the profile of genes changed during osteoclast differentiation by RANKL. Moreover, this gene profile contributes to understand the regulatory mechanisms involved in osteoclast differentiation and the pathogenesis, thus developing therapeutics of bone diseases such as osteoporosis.
Despite the importance of the receptor activator of nuclear factor (NF)-kappaB ligand (RANKL)-RANK signaling mechanisms on osteoclast differentiation, little has been studied on how RANK expression is regulated or what regulates its expression during osteoclastogenesis. We show here that insulin signaling increases RANK expression, thus enhancing osteoclast differentiation by RANKL. Insulin stimulation induced RANK gene expression in time- and dose-dependent manners and insulin receptor shRNA completely abolished RANK expression induced by insulin in bone marrow-derived monocyte/macrophage cells (BMMs). Moreover, the addition of insulin in the presence of RANKL promoted RANK expression. The ability of insulin to regulate RANK expression depends on extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) since only PD98059, an ERK1/2 inhibitor, specifically inhibited its expression by insulin. However, the RANK expression by RANKL was blocked by all three mitogen-activated protein (MAP) kinases inhibitors. The activation of RANK increased differentiation of BMMs into tartrate-resistant acid phosphatase-positive ($TRAP^+$) osteoclasts as well as the expression of dendritic cell-specific transmembrane protein (DC-STAMP) and d2 isoform of vacuolar ($H^+$) ATPase (v-ATPase) Vo domain (Atp6v0d2), genes critical for osteoclastic cell-cell fusion. Collectively, these results suggest that insulin induces RANK expression via ERK1/2, which contributes to the enhancement of osteoclast differentiation.
Macrophages are a major cellular component of innate immunity and are mainly known to have phagocytic activity. In the tumor microenvironment (TME), they can be differentiated into tumor-associated macrophages (TAMs). As the most abundant immune cells in the TME, TAMs promote tumor progression by enhancing angiogenesis, suppressing T cells and increasing immunosuppressive cytokine production. N-myc downstream-regulated gene 2 (NDRG2) is a tumor suppressor gene, whose expression is down-regulated in various cancers. However, the effect of NDRG2 on the differentiation of macrophages into TAMs in breast cancer remains elusive. In this study, we investigated the effect of NDRG2 expression in breast cancer cells on the differentiation of macrophages into TAMs. Compared to tumor cell-conditioned medium (TCCM) from 4T1-mock cells, TCCM from NDRG2-over-expressing 4T1 mouse breast cancer cells did not significantly change the morphology of RAW 264.7 cells. However, TCCM from 4T1-NDRG2 cells reduced the mRNA levels of TAM-related genes, including MR1, IL-10, ARG1 and iNOS, in RAW 264.7 cells. In addition, TCCM from 4T1-NDRG2 cells reduced the expression of TAM-related surface markers, such as CD206, in peritoneal macrophages (PEM). The mRNA expression of TAM-related genes, including IL-10, YM1, FIZZ1, MR1, ARG1 and iNOS, was also downregulated by TCCM from 4T1-NDRG2 cells. Remarkably, TCCM from 4T1-NDRG2 cells reduced the expression of PD-L1 and Fra-1 as well as the production of GM-CSF, IL-10 and ROS, leading to the attenuation of T cell-inhibitory activity of PEM. These data showed that compared with TCCM from 4T1-mock cells, TCCM from 4T1-NDRG2 cells suppressed the TAM differentiation and activation. Collectively, these results suggest that NDRG2 expression in breast cancer may reduce the differentiation of macrophages into TAMs in the TME.
BACKGROUND/OBJECTIVES: As peanuts germinate, the content of the components beneficial to health, such as resveratrol, increases within the peanut sprout. This study examined whether the ethanol extract of peanut sprout tea (PSTE) inhibits breast cancer growth and metastasis. MATERIALS/METHODS: After orthotopically injecting 4T1 cells into BALB/c mice to induce breast cancer, 0, 30, or 60 mg/kg body weight/day of PSTE was administered orally. Angiogenesis-related protein expression in the tumors and the degree of metastasis were analyzed. 4T1 and RAW 264.7 cells were co-cultured, and reverse transcription polymerase chain reaction was performed to measure the crosstalk between breast cancer cells and macrophages. RESULTS: PSTE reduced tumor growth and lung metastasis. In particular, PSTE decreased matrix metalloproteinase-9, platelet endothelial cell adhesion molecule-1, vascular endothelial growth factor-A, F4/80, CD11c, macrophage mannose receptor, macrophage colony-stimulating factor, and monocyte chemoattractant protein 1 expression in the tumors. Moreover, PSTE prevented 4T1 cell migration, invasion, and macrophage activity in RAW 264.7 cells. PSTE inhibited the crosstalk between 4T1 cells and RAW 264.7 cells and promoted the macrophage M1 subtype while inhibiting the M2 subtype. CONCLUSIONS: These results suggest that PSTE blocks breast cancer growth and metastasis to the lungs. This may be because the PSTE treatment inhibits the crosstalk between mammary cancer cells and macrophages and inhibits the differentiation of macrophages into the M2 subtype.
Transforming growth factor ${\beta}1$$(TGF{\beta}1)/Smad4$ signaling plays a pivotal role in maintenance of the dynamic balance between bone formation and resorption. The microRNA miR-155 has been reported to exert a significant role in the differentiation of macrophage and dendritic cells. The goal of this study was to determine whether miR-155 regulates osteoclast differentiation through $TGF{\beta}1/Smad4$ signaling. Here, we present that $TGF{\beta}1$ elevated miR-155 levels during osteoclast differentiation through the stimulation of M-CSF and RANKL. Additionally, we found that silencing Smad4 attenuated the upregulation of miR-155 induced by $TGF{\beta}1$. The results of luciferase reporter experiments and ChIP assays demonstrated that $TGF{\beta}1$ promoted the binding of Smad4 to the miR-155 promoter at a site located in 454 bp from the transcription start site in vivo, further verifying that miR-155 is a transcriptional target of the $TGF{\beta}1/Smad4$ pathway. Subsequently, TRAP staining and qRT-PCR analysis revealed that silencing Smad4 impaired the $TGF{\beta}1$-mediated inhibition on osteoclast differentiation. Finally, we found that miR-155 may target SOCS1 and MITF to suppress osteoclast differentiation. Taken together, we provide the first evidence that $TGF{\beta}1/Smad4$ signaling affects osteoclast differentiation by regulation of miR-155 expression and the use of miR-155 as a potential therapeutic target for osteoclast-related diseases shows great promise.
In previous reports, we exhibited that acteoside showed significant cytotoxicity against various cancer cells. In this study we investigated that acteoside is capable of inducing differentiation in HL -60 human leukemia cell line. After being treated with acteoside, the growth curve was decreased remakably in a dose- and time-dependent manner, and cell doubling time was delayed. Exposure of cells to 20 $\mu\textrm{g}$/m$\ell$ acteoside induced differentiation of HL-60 cells to monocyte/macrophage-like cells by cell surface antigen expression. The percentage of NBT reducing activity was increased in a time-dependent manner. In addition. the protein lever of p21 and p16 increased and ppRb decreased in western biot analysis. Theas results suggest that acleoside possess the activity of inducing differentiation in HL-60 cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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