Osteoclasts are bone-resorbing cells that are derived from hematopoietic precursor cells and require macrophage-colony stimulating factor and receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL) for their survival, proliferation, differentiation, and activation. The binding of RANKL to its receptor RANK triggers osteoclast precursors to differentiate into osteoclasts. This process depends on RANKL-RANK signaling, which is temporally regulated by various adaptor proteins and kinases. Here we summarize the current understanding of the mechanisms that regulate RANK signaling during osteoclastogenesis. In the early stage, RANK signaling is mediated by recruiting adaptor molecules such as tumor necrosis factor receptorassociated factor 6 (TRAF6), which leads to the activation of mitogen-activated protein kinases (MAPKs), and the transcription factors nuclear factor-${\kappa}B$ (NF-${\kappa}B$) and activator protein-1 (AP-1). Activated NF-${\kappa}B$ induces the nuclear factor of activated T-cells cytoplasmic 1 (NFATc1), which is the key osteoclastogenesis regulator. In the intermediate stage of signaling, the co-stimulatory signal induces $Ca^{2+}$ oscillation via activated phospholipase $C{\gamma}2$ ($PLC{\gamma}2$) together with c-Fos/AP-1, wherein $Ca^{2+}$ signaling facilitates the robust production of NFATc1. In the late stage of osteoclastogenesis, NFATc1 translocates into the nucleus where it induces numerous osteoclast-specific target genes that are responsible for cell fusion and function.
Inflammatory cytokines play a major role in osteoclastogenesis, leading to the bone resorption that is frequently associated with osteoporosis. Sulforaphane, isolated from the Broccoli(Brassica oleracea var. italia) florets, inhibits the production of inflamatory cytokine. In the present study, we determined inhibitory effect of sulforaphane on Receptor activator of nuclear factor κB ligand(RANKL)-induced osteoclast formation. Sulforaphane inhibited the expression of osteoclast marker genes, such as tartrate-resistant acid phosphatase(TRAP), cathepsin K, matrix metalloproteinase 9(MMP-9), and calcitonin receptor in RANKL-induced RAW 264.7 macrophage. Also, sluforaphane inhibited the expression of osteoclast protein, such as TRAP, MMP-9, tumor necrosis factor receptor-associated factor 6(TRAF6) and transcription factor nuclease factor of activated T cells(NFAT)c1. Sulforaphane inhibited RANKL-induced activiation of nuclear factor kappaB(NF-kappaB) by suppression RANKL-mediated NF-kappaB transcriptional acitivation. We are confirmed that sulforaphane inhibits not only transcriptional activity of NF-kappaB but also expressions of the osteoclastogenesis factors(TRAP, cathepsin K, MMP-9, calcitonin, TRAF6) and trranscription factor NFATc1.
Intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1), which is induced by tumor necrosis factor (TNF)-${\alpha}$, contributes to the entry of immune cells into the site of inflammation in the skin. Here, we show that protein tyrosine phosphatase non-receptor type 21 (PTPN21) negatively regulates ICAM-1 expression in human keratinocytes. PTPN21 expression was transiently induced after stimulation with TNF-${\alpha}$. When overexpressed, PTPN21 inhibited the expression of ICAM-1 in HaCaT cells but PTPN21 C1108S, a phosphatase activity-inactive mutant, failed to inhibit ICAM-1 expression. Nuclear factor-${\kappa}B$ (NF-${\kappa}B$), a key transcription factor of ICAM-1 gene expression, was inhibited by PTPN21, but not by PTPN21 C1108S. PTPN21 directly dephosphorylated phospho-inhibitor of ${\kappa}B$ ($I{\kappa}B$)-kinase ${\beta}$ ($IKK{\beta}$) at Ser177/181. This dephosphorylation led to the stabilization of $I{\kappa}B{\alpha}$ and inhibition of NF-${\kappa}B$ activity. Taken together, our results suggest that PTPN21 could be a valuable molecular target for regulation of inflammation in the skin by dephosphorylating p-$IKK{\beta}$ and inhibiting NF-${\kappa}B$ signaling.
Toll-like receptors (TLRs) induce innate immune responses recognizing conserved microbial structural molecules. All TLR signaling pathways culminate in the activation of nuclear factor-${\kappa}B$ (NF-${\kappa}B$). The activation of NF-${\kappa}B$ leads to the induction of inflammatory gene products such as cyclooxygenase-2 (COX-2). Guggul has been used for centuries to treat a variety of diseases. Guggulstreone, one of the active ingredients in guggul, has been used to treat many chronic diseases. However, the mechanism as to how guggulsterone mediate the health effects is largely unknown. Here, we report biochemical evidence that guggulsterone inhibits the NF-${\kappa}B$ activation and COX-2 expression induced by TLR2, TLR3, and TLR4 agonists. Guggulsterone also inhibits the NF-${\kappa}B$ activation induced by downstream signaling components of TLRs, myeloid differential factor 88 (MyD88), $I{\kappa}B$ kinase ${\beta}$ ($IKK{\beta}$), and p65. These results imply that guggulsterone can modulate the immune responses regulated by TLR signaling pathways.
Toll-like receptors (TLRs) induce innate immune responses by recognizing conserved microbial structural molecules. All TLR signaling pathways culminate in the activation of nuclear factor kappa-B (NF-$\kappa$B) leading to the induction of inflammatory gene products such as cyclooxygenase-2 (COX-2). Deregulated activation of TLRs can lead to the development of severe systemic inflammation. Divalent heavy metals, cadmium and mercury, have been used for thousands of years. While cadmium and mercury are clearly toxic to most mammalian organ systems, especially the immune system, their underlying toxic mechanism(s) remain unclear. Here, we report biochemical evidence that cadmium, but not mercury, inhibits NF-$\kappa$B activation and COX-2 expression induced by TLR2 or TLR4 agonists, while cadmium does not inhibit NF-$\kappa$B activation induced by the downstream signaling component of TLRs, MyD88. Thus, the target of cadmium to inhibit NF-$\kappa$B activation may be upstream of MyD88 including TLRs themselves, or events leading to TLR activation by agonists.
Kim, Soo-Jin;Kang, So-Young;Shin, Hyun-Hee;Choi, Hye-Seon
Molecules and Cells
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v.20
no.3
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pp.364-370
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2005
We show that sulforaphane inhibits osteoclastogenesis in the presence of macrophage colony-stimulating factor (M-CSF) and receptor for activation of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL) in osteoclast (OC) precursors. Sulforaphane, an aliphatic isothiocyanate, is a known cancer chemo-preventative agent with anti-oxidative properties. Nuclear factor-${\kappa}B$ (NF-${\kappa}B$) is a critical transcription factor in RANKL-induced osteoclastogenesis, and electrophoretic mobility shift assays (EMSAs) and assay of NF-${\kappa}B$-mediated secreted alkaline phosphatase (SEAP) revealed that sulforaphane selectively inhibited NF-${\kappa}B$ activation induced by RANKL. Inhibition may involve interaction of sulforaphane with thiol groups, since it was prevented by reducing agents.
Oxidized low-density lipoprotein (oxLDL) has been shown to modulate transactivations by the peroxisome proliferator activated receptor (PPAR)$\gamma$ and nuclear factor-kappa B (NF$\kappa$B). In this study, the oxLDL signaling pathways involved with the NF$\kappa$B transactivation were investigated by utilizing a reporter construct driven by three upstream NF$\kappa$B binding sites, and various pharmacological inhibitors. OxLDL and its constituent lysophophatidylcholine (lysoPC) induced a rapid and transient increase of intracellular calcium and stimulated the NF-KB transactivation in resting RAW264.7 macrophage cells in an oxidation-dependent manner. The NF$\kappa$B activation by oxLDL or lysoPC was inhibited by protein kinase C inhibitors or an intracellular calcium chelator. Tyrosine kinase or PI3 kinase inhibitors did not block the NF$\kappa$B transactivation. Furthermore, the oxLDL-induced NF$\kappa$B activity was abolished by the PPAR$\gamma$ ligands. When the endocytosis of oxLDL was blocked by cytochalasin B, the NF$\kappa$B transactivation by oxLDL was synergistically increased, while PPAR transactivation was blocked. These results suggest that oxLDL activates NF-$\kappa$B in resting macrophages via protein kinase C- and/or calcium-dependent pathways, which does not involve the endocytic processing of oxLDL. The endocytosis-dependent PPAR$\gamma$ activation by oxLDL may function as an inactivation route of the oxLDL induced NF$\kappa$B signal. Short heterodimer partner (SHP), specifically expressed in liver and a limited number of other tissues, is an unusual orphan nuclear receptor that lacks the conventional DNA-binding domain. In this work, we found that SHP expression is abundant in murine macrophage cell line RAW 264.7 but suppressed by oxLDL and its constituent I3-HODE, a ligand for peroxisome proliferator-activated receptor y. Furthermore, SHP acted as a transcription coactivator of nuclear factor-$\kappa$B (NF$\kappa$B) and was essential for the previously described NF$\kappa$B transactivation by lysoPC, one of the oxLDL constituents. Accordingly, NF$\kappa$B, transcriptionally active in the beginning, became progressively inert in oxLDL-treated RAW 264.7 cells, as oxLDL decreased the SHP expression. Thus, SHP appears to be an important modulatory component to regulate the transcriptional activities of NF$\kappa$B in oxLDL-treated, resting macrophage cells.
We here demonstrate an anti-inflammatory action of raloxifene, a selective estrogen receptor modulator, in lipopolysaccharide (LPS)-induced murine macrophage RAW264.7 cells. Treatment with raloxifene at micromolar concentrations suppressed the production of nitric oxide (NO) by down-regulating expression of the inducible nitric oxide synthase (iNOS) gene in LPS-activated cells. The decreased expression of iNOS and subsequent reduction of NO were due to inhibition of nuclear translocation of transcription factor NF-${\kappa}B$. These effects were significantly inhibited by exposure to the phosphatidylinositol 3-kinase (PI 3-kinase) inhibitor, LY294002, or by expression of a dominant negative mutant of PI 3-kinase. In addition, pretreatment with raloxifene reduced LPS-induced Akt phosphorylation as well as NF-${\kappa}B$ DNA binding activity and NF-${\kappa}B$-dependent reporter gene activity. Thus our findings indicate that raloxifene exerts its anti-inflammatory action in LPS-stimulated macrophages by blocking the PI 3-kinase-Akt-NF-${\kappa}B$ signaling cascade, and eventually reduces expression of pro-inflammatory genes such as iNOS.
Kim, So-Jin;Park, Jin-Sook;Lee, Do-Won;Lee, Sun-Mee
Biomolecules & Therapeutics
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v.24
no.4
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pp.387-394
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2016
Sepsis, a serious clinical problem, is characterized by a systemic inflammatory response to infection and leads to organ failure. Toll-like receptor (TLR) signaling is intimately implicated in hyper-inflammatory responses and tissue injury during sepsis. Histone deacetylase (HDAC) inhibitors have been reported to exhibit anti-inflammatory properties. The aim of this study was to investigate the hepatoprotective mechanisms of trichostatin A (TSA), a HDAC inhibitor, associated with TLR signaling pathway during sepsis. The anti-inflammatory properties of TSA were assayed in lipopolysaccharide (LPS)-stimulated RAW264.7 cells. Polymicrobial sepsis was induced in mice by cecal ligation and puncture (CLP), a clinically relevant model of sepsis. The mice were intraperitoneally received TSA (1, 2 or 5 mg/kg) 30 min before CLP. The serum and liver samples were collected 6 and 24-h after CLP. TSA inhibited the increased production of tumor necrosis factor (TNF)-${\alpha}$ and interleukin (IL)-6 in LPS-stimulated RAW264.7 cells. TSA improved sepsis-induced mortality, attenuated liver injury and decreased serum TNF-${\alpha}$ and IL-6 levels. CLP increased the levels of TLR4, TLR2 and myeloid differentiation primary response protein 88 (MyD88) protein expression and association of MyD88 with TLR4 and TLR2, which were attenuated by TSA. CLP increased nuclear translocation of nuclear factor kappa B and decreased cytosolic inhibitor of kappa B ($I{\kappa}B$) protein expression, which were attenuated by TSA. Moreover, CLP decreased acetylation of $I{\kappa}B$ kinase (IKK) and increased association of IKK with $I{\kappa}B$ and TSA attenuated these alterations. Our findings suggest that TSA attenuates liver injury by inhibiting TLR-mediated inflammatory response during sepsis.
Curcumin (diferuloylmethane), a pigment derived from turmeric, has anti-oxidant and anti-inflammatory activities. Accumulating evidence points to a biochemical link between increased oxidative stress and reduced bone density. Osteoclast formation was evaluated in co-cultures of bone marrow stromal cells (BMSC) and whole bone marrow cells (BMC). Expression of receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL) was analyzed at the mRNA and protein levels. Exposure to curcumin led to dose-dependent suppression of osteoclastogenesis in the co-culture system, and to reduced expression of RANKL in $IL-1{\alpha}$-stimulated BMSCs. Addition of RANKL abolished the inhibition of osteoclastogenesis by curcumin, whereas the addition of prostaglandin $E_2$ ($PGE_2$) did not. The decreased osteoclastogenesis induced by curcumin may reduce bone loss and be of potential benefit in preventing and/or attenuating osteoporosis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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