Receptor activator of nuclear factor ${\kappa}B$ ligand (RANKL) induces osteoclast formation from hematopoietic cells via up-regulation of positive regulators, including $NF-{\kappa}B$, c-Fos, microphthalmia transcription factor (Mitf), PU.1, and nuclear factor of activated T cells (NFAT) c1. In addition to the positive regulation by these transcription factors, RANKL appears to regulate negative regulators such as MafB and inhibitors of differentiation (Ids). Ids and MafB are abundantly expressed in osteoclast precursors, bone marrowderived monocyte/macrophage lineage cells (BMMs). Expression levels of these genes are significantly reduced by RANKL during osteoclastogenesis. Overexpression of these genes in BMMs inhibits the formation of tartarate-resistant acid phosphatase (TRAP)-positive multinuclear osteoclasts by down-regulation of NFATc1 and osteoclast-associated receptor (OSCAR), which are important for osteoclast differentiation. Furthermore, reduced expression of these genes enhances osteoclastogenesis and increases expression of NFATc1 and OSCAR. Taken together, RANKL induces osteoclastogenesis via up-regulation of positive regulators as well as down-regulation of negative regulators.
Cynanchi wilfordii Radix roots have been utilized as traditional medicine for variety of diseases including diabetes mellitus, aging progression and scavenging free radicals, enhancing immunity, reducing high serum cholesterol, and anti-tumor activity. However, the mechanisms underlying this effect remain poorly understood. The principal objective of this study was to determine the effect of cynandione A on osteoclast cells. Thus, we was isolated cynandione A from Cynanchi wilfordii Radix roots and evaluated the effect of cynandione A on receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL)-induced osteoclast differentiation. We found that cynandione A significantly inhibited osteoclast differentiation stimulated-RANKL in RAW 264.7 cells. Cynandione A conspicuously inhibited the mRNA and protein expression of matrix metallopeptidase 9 (MMP-9), tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) in cynandione A treated with RANKL. Taken together, our results demonstrated that Cynanchi Wilfordii Radix may be useful treatment option of bone-related disease such as osteoporosis leads to fracture of bone and rheumatoid arthritis.
Objectives : Osteoporosis is the most common bone disease and osteoporosis fracture is the leading cause of decreased life. Bisphosphonate and selective estrogen receptor modulators are the best choice of treatment for osteoporosis. However, when used for a long time, they increase the probability of side effect such as osteonecrosis of the jaw. Thus, it is crucial to develop alternative medicine to treat osteoporosis. Gentianae Macrophyllae Radix, a herbal medicine, is mainly to treat rheumatoid arthritis. However, the effect of the water extract of Gentianae Macrophyllae Radix (w-GM) on osteoporosis has not been investigated. Thus, we examine whether w-GM can inhibit osteoclast differentiation and bone resorption on receptor activator of nuclear factor kappa-B (NF-κB) ligand (RANKL)-treated RAW 264.7 cells. In this study, RAW 264.7 cells were used as an osteoclast differentiation model by treating them with RANKL. Methods : RAW 264.7 cells were used to determine the effect of w-GM on osteoclast differentiation and bone resorption. The number of tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP)-positive cells, TRAP activity and pit formation assay were examined. In addition, protein expressions were measured by western blot and mRNA expressions were analyzed by reverse transcription polymerase chain reaction. Results : Treatment with w-GM inhibited the number of TRAP-positive cells, TRAP activity and pit area. In addition, w-GM decreased protein expression such as mitogen-activated protein kinase, NF-κB, c-Fos and nuclear factor of activated T-cells cytoplasmic 1 (NFATc1). It also inhibited the mRNA levels such as c-Fos, NFATc1, TRAP, NF-κB, calcitonin receptor and cathepsin K in RANKL-treated RAW 264.7 cells. Conclusions : These results suggest that w-GM has inhibitory effects via osteoclast differentiation, thus it could be a new medication for osteoporosis.
Lee, Hye In;Lee, Gong-Rak;Lee, Jiae;Kim, Narae;Kwon, Minjeong;Kim, Hyun Jin;Kim, Nam Young;Park, Jin Ha;Jeong, Woojin
BMB Reports
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v.53
no.4
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pp.218-222
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2020
Excessive and hyperactive osteoclast activity causes bone diseases such as osteoporosis and periodontitis. Thus, the regulation of osteoclast differentiation has clinical implications. We recently reported that dehydrocostus lactone (DL) inhibits osteoclast differentiation by regulating a nuclear factor of activated T-cells, cytoplasmic 1 (NFATc1), but the underlying mechanism remains to be elucidated. Here we demonstrated that DL inhibits NFATc1 by regulating nuclear factor-κB (NF-κB), activator protein-1 (AP-1), and nuclear factor-erythroid 2-related factor 2 (Nrf2). DL attenuated IκBα phosphorylation and p65 nuclear translocation as well as decreased the expression of NF-κB target genes and c-Fos. It also inhibited c-Jun N-terminal kinase (JNK) but not p38 or extracellular signal-regulated kinase. The reporter assay revealed that DL inhibits NF-κB and AP-1 activation. In addition, DL reduced reactive oxygen species either by scavenging them or by activating Nrf2. The DL inhibition of NFATc1 expression and osteoclast differentiation was less effective in Nrf2-deficient cells. Collectively, these results suggest that DL regulates NFATc1 by inhibiting NF-κB and AP-1 via down-regulation of IκB kinase and JNK as well as by activating Nrf2, and thereby attenuates osteoclast differentiation.
A2B adenosine receptor (A2BAR) is known to be the regulator of bone homeostasis, but its regulatory mechanisms in osteoclast formation are less well-defined. Here, we demonstrate the effect of A2BAR stimulation on osteoclast differentiation and activity by RANKL. A2BAR was expressed in bone marrow-derived monocyte/macrophage (BMM) and RANKL increased A2BAR expression during osteoclastogenesis. A2BAR stimulation with its specific agonist BAY 60-6583 was sufficient to inhibit the activation of ERK1/2, p38 MAP kinases and $NF-{\kappa}B$ by RANKL as well as it abrogated cell-cell fusion in the late stage of osteoclast differentiation. Stimulation of A2BAR suppressed the expression of osteoclast marker genes, such as c-Fos, TRAP, Cathepsin-K and NFATc1, induced by RANKL, and transcriptional activity of NFATc1 was also inhibited by stimulation of A2BAR. A2BAR stimulation caused a notable reduction in the expression of Atp6v0d2 and DC-STAMP related to cell-cell fusion of osteoclasts. Especially, a decrease in bone resorption activity through suppression of actin ring formation by A2BAR stimulation was observed. Taken together, these results suggest that A2BAR stimulation inhibits the activation of ERK1/2, p38 and $NF-{\kappa}B$ by RANKL, which suppresses the induction of osteoclast marker genes, thus contributing to the decrease in osteoclast cell-cell fusion and bone resorption activity.
Yoon, Kang Hugh;Baek, Jong Min;Kim, Ju Young;Kwak, Seong Cheoul;Cheon, Yoon Hee;Jeon, Byung Hoon;Lee, Chang Hoon;Choi, Min Kyu;Oh, Jaemin;Lee, Myeung Su;Kim, Jeong Joong
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.28
no.1
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pp.29-34
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2014
Bone homeostasis is maintained by balance between bone resorbing-osteoclasts and bone forming-osteoblasts. Excessive osteoclastic bone resorption plays a critical role in bone destruction in pathological bone diseases such as osteoporosis, rheumatoid arthritis, and periodontal disease. Many compounds derived from natural products have pharmacological applications and have therapeutic value for treating or preventing several bone diseases characterized by excessive bone resorption. To discover new compounds that can act as anti-resorptive agents, we screened for natural compounds that regulate osteclast differentiation, and found that water extract of Ziziphus Jujuba Mill (WEZJ) has inhibitory effects on osteoclast differentiation. In this study, WEZJ clearly inhibits the osteoclast differentiation in the presence of receptor activator of nuclear factor kB (RANKL), macrophage colony-stimulating factor (M-CSF) without cytoxicity by blocking activation of nuclear factor of activated T cells (NFAT)c1, and c-Fos. In signaling pathway, the phosphorylation of Akt, p38, c-Jun N-terminal kinases (JNK), extracellular signal-regulated kinases (ERK) and the expression of osteoclast-associated receptor (OSCAR), tartrate-resistant acid phosphates (TRAP), Integrin av, Integrin b3, Cathepsin K are suppressed, too. These result suggest that WEZJ may have therapeutic value for treating or preventing several bone diseases characterized by excessive bone destruction.
Jang, Jin Sun;Kang, In Soon;Cha, Young-Nam;Lee, Zang Hee;Dinauer, Mary C;Kim, Young-June;Kim, Chaekyun
BMB Reports
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v.52
no.11
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pp.659-664
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2019
Vav1 is a Rho/Rac guanine nucleotide exchange factor primarily expressed in hematopoietic cells. In this study, we investigated the potential role of Vav1 in osteoclast (OC) differentiation by comparing the ability of bone marrow mononuclear cells (BMMCs) obtained from Vav1-deficient ($Vav1^{-/-}$) and wild-type (WT) mice to differentiate into mature OCs upon stimulation with macrophage colony stimulating factor and receptor activator of nuclear kappa B ligand in vitro. Our results suggested that Vav1 deficiency promoted the differentiation of BMMCs into OCs, as indicated by the increased expression of tartrate-resistant acid phosphatase, cathepsin K, and calcitonin receptor. Therefore, Vav1 may play a negative role in OC differentiation. This hypothesis was supported by the observation of more OCs in the femurs of $Vav1^{-/-}$ mice than in WT mice. Furthermore, the bone status of $Vav1^{-/-}$ mice was analyzed in situ and the femurs of $Vav1^{-/-}$ mice appeared abnormal, with poor bone density and fewer number of trabeculae. In addition, Vav1-deficient OCs showed stronger adhesion to vitronectin, an ${\alpha}_v{\beta}_3$ integrin ligand important in bone resorption. Thus, Vav1 may inhibit OC differentiation and protect against bone resorption.
Objectives : Osteoporosis is a condition characterized by low bone mass and increased bone fragility. It has become a major problem of senior citizens. The purpose of this study is to experiment the effect of water extract of Forsythiae Fructus (wFF) on osteoclast differentiation; and the other purpose is to examine the effect of wFF on osteoporosis in ovariectomized rat. Methods : To investigate the effect of wFF on osteoclast differentiation and activity, RAW 264.7 cells were used. The number of TRAP positive cell, TRAP activity, pit area, mRNA expression of makers (RANK, TRAP, CA II, CTK, MMP-9, NFATc1, c-Fos), protein expression of makers (NFATc1, c-Fos) were investigated. For in vivo study, 40 female Sprague-Dawley (SD) rats were induced osteoporosis by ovariectomy (OVX) and then tested for anti-osteoporosis effect by administration of wFF. Results : wFF suppressed osteoclatogenesis, TRAP activity and pit area formation. Moreover, wFF decreased the expression of master differentiation factors (NFATc1, c-Fos) and also reduced the osteoclastogenesis-related markers (TRAP, CA II, CTK, MMP-9). These suggest that wFF inhibit osteoclasts differentiation and bone resorption. In the OVX rat model, wFF inhibited decreasing of BMD and trabecular area. Conclusions : Forsythiae Fructus should be effective for osteoporosis prevention and treatment.
Kim, Hyun-Ju;Yoon, Hye-Jin;Lee, Dong-Kyo;Jin, Xian;Che, Xiangguo;Choi, Je-Yong
BMB Reports
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v.54
no.5
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pp.266-271
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2021
Estrogen-related receptor γ (ERRγ), a member of the orphan nuclear receptor family, is a key mediator in cellular metabolic processes and energy homeostasis. Therefore, ERRγ has become an attractive target for treating diverse metabolic disorders. We recently reported that ERRγ acts as a negative regulator of osteoclastogenesis induced by receptor activator of nuclear factor-κB ligand (RANKL). In the present study, we explored the effects of an ERRγ-specific modulator, GSK5182, on ERRγ-regulated osteoclast differentiation and survival. Interestingly, GSK5182 increased ERRγ protein levels much as does GSK4716, which is an ERRγ agonist. GSK5182 inhibited osteoclast generation from bone-marrow-derived macrophages without affecting cytotoxicity. GSK5182 also attenuated RANKL-mediated expression of cFos and nuclear factor of activated T-cells cytoplasmic 1 (NFATc1), pivotal transcription factors for osteoclastogenesis. Arrested osteoclast differentiation was associated with reduced RANK expression, but not with the M-CSF receptor, c-Fms. GSK5182 strongly blocked the phosphorylation of IκBα, c-Jun N-terminal kinase, and extracellular signal-regulated kinase in response to RANKL. GSK5182 also suppressed NF-κB promoter activity in a dose-dependent manner. In addition to osteoclastogenesis, GSK5182 accelerated osteoclast apoptosis by caspase-3 activation. Together, these results suggest that GSK5182, a synthetic ERRγ modulator, may have potential in treating disorders related to bone resorption.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.23
no.3
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pp.613-618
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2009
Although the effect of Eucommie umoides oliver in osteoporosis has been studied, direct action of Eucommis ulmoides Oliver on osteoclasts remains unknown. Here we examined whether Eucommiae cortex inhibits osteoclast differentiation and bone resorption, a process known to be involved in bone diseases such as osteoporosis. Water extract from Eucommiae cortex (WE-EC) inhibited differentiation of bone marrow macrophages (BMMs) into osteoclasts without causing cytotoxicity. WE-EC suppressed the phosphorylation of p38, ERK, and JNK in BMMs treated with RANKL. WE EC specifically suppressed the mRNA expression of NFATc1 induced by RANKL. However, WE-EC inhibited stability of c-Fos protein induced by RANKL. Furthermore, WE-EC inhibited osteoclast survival induced by RANKL and in turn suppressed bone resorption. Taken together, our results suggest that WE-EC may be better agents for therapeutic use in bone diseases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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