Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.34
no.1
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pp.11-18
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2008
Human bone marrow mesenchymal stem cells are thought to be multipotent cells, which are present in adult marrow, that can replicate as undifferentiated cells and that have the potential to differentiate to lineages of mesenchymal tissues, including bone, cartilage, fat, tenden, muscle, and marrow stroma. Cells that have the characteristics of human mesenchymal stem cells could be isolated from marrow aspirates of human and animals. This study was designed to identify and characterize genes specifically expressed by osteogenic supplements -treated cells by suppression subtractive hybridization(SSH) method. The results were as follows: 1. 2 genes were upregulated genes in osteogenic diffeentiation of hMSCs, which is further proved by Northern blot analysis. 2. IGFBP-2 has been identified playing an important role in bone formation. 3. HF1 was also upregulated during osteogenic differentiation, but its role in bone formation is not clear yet.
Sestrin 2 (SESN2) is a member of the sestrin family of stress-induced proteins that negatively regulate aging-associated biological processes. This study aims to investigate the role of SESN2 in regulating the differentiation potential and senescence of mesenchymal stem cells (MSCs) derived from young and elderly donors. Bulk RNA sequencing revealed a common decline in the SESN2 mRNA levels in MSCs from elderly individuals, which was confirmed via reverse transcription-polymerase chain reaction and western blot analyses. SESN2 knockdown in MSCs from young donors resulted in phenotypic changes similar to those in MSCs from elderly donors, including an enhanced expression of senescence and adipogenic markers and diminished expression of osteogenic markers. To confirm the effect of decreased SESN2 expression on osteogenic and adipogenic differentiation, we induced Sesn2 knockdown in mouse bone marrow-derived MSCs. Sesn2 knockdown suppressed the mRNA expression of osteogenic marker genes, alkaline phosphatase activity, and matrix mineralization. Furthermore, Sesn2 knockdown enhanced mRNA expression of the adipogenic marker genes and intracellular lipid accumulation. These results suggest that a decline in SESN2 expression during aging contributes to the shift of MSC differentiation from osteogenic to adipogenic lineage.
Fat mass and obesity-associated (FTO) gene helps to regulate energy homeostasis in mammals by controlling energy expenditure. In addition, FTO functions in the regulation of obesity and adipogenic differentiation; however, a role in osteogenic differentiation is unknown. This study investigated the effects of FTO on osteogenic differentiation of C3H10T1/2 cells and the underlying mechanism. Expression of osteogenic and endoplasmic reticulum (ER) stress markers were characterized by reverse-transcriptase polymerase chain reaction and western blotting. Alkaline phosphatase (ALP) staining was performed to assess ALP activity. BMP2 treatment increased mRNA expression of osteogenic genes and FTO. Overexpression of FTO increased expression of the osteogenic genes distal-less homeobox5 (Dlx5) and runt-related transcription factor 2 (Runx2). Activation of adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK) increased FTO expression, and there was a positive feedback loop between FTO and p-AMPK. p-AMPK and FTO induced mild ER stress; however, tunicamycin-induced severe ER stress suppressed FTO expression and AMPK activation. In summary, FTO induces osteogenic differentiation of C3H10T1/2 cells upon BMP2 treatment by inducing mild ER stress via a positive feedback loop with p-AMPK. FTO expression and AMPK activation induce mild ER stress. By contrast, severe ER stress inhibits osteogenic differentiation by suppressing FTO expression and AMPK activation.
Purpose: Under different culture conditions, periodontal ligament (PDL) stem cells are capable of differentiating into cementoblast-like cells, adipocytes, and collagen-forming cells. Several previous studies reported that because of the stem cells in the PDL, the PDL have a regenerative capacity which, when appropriately triggered, participates in restoring connective tissues and mineralized tissues. Therefore, this study analyzed the genes involved in mineralization during differentiation of human PDL (hPDL) cells, and searched for candidate genes possibly associated with the mineralization of hPDL cells. Methods: To analyze the gene expression pattern of hPDL cells during differentiation, the hPDL cells were cultured in two conditions, with or without osteogenic cocktails (${\beta}$-glycerophosphate, ascorbic acid and dexamethasone), and a DNA microarray analysis of the cells cultured on days 7 and 14 was performed. Reverse transcription-polymerase chain reaction was performed to validate the DNA microarray data. Results: The up-regulated genes on day 7 by hPDL cells cultured in osteogenic medium were thought to be associated with calcium/iron/metal ion binding or homeostasis (PDE1A, HFE and PCDH9) and cell viability (PCDH9), and the down-regulated genes were thought to be associated with proliferation (PHGDH and PSAT1). Also, the up-regulated genes on day 14 by hPDL cells cultured in osteogenic medium were thought to be associated with apoptosis, angiogenesis (ANGPTL4 and FOXO1A), and adipogenesis (ANGPTL4 and SEC14L2), and the down-regulated genes were thought to be associated with cell migration (SLC16A4). Conclusions: This study suggests that when appropriately triggered, the stem cells in the hPDL differentiate into osteoblasts/cementoblasts, and the genes related to calcium binding (PDE1A and PCDH9), which were strongly expressed at the stage of matrix maturation, may be associated with differentiation of the hPDL cells into osteoblasts/cementoblasts.
Tuan Anh Vuong;Yan Zhang;June Kim;Young-Eun Leem;Jong-Sun Kang
BMB Reports
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v.57
no.7
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pp.330-335
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2024
Arginine methylation, which is catalyzed by protein arginine methyltransferases (Prmts), is known to play a key role in various biological processes. However, the function of Prmts in osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells (MSCs) has not been clearly understood. In the current study, we attempted to elucidate a positive role of Prmt7 in osteogenic differentiation. Prmt7-depleted C3H/10T1/2 cells or bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) showed the attenuated expression of osteogenic specific genes and Alizarin red staining compared to the wild-type cells. Furthermore, we found that Prmt7 deficiency reduced the activation of bone morphogenetic protein (BMP) signaling cascade, which is essential for the regulation of cell fate commitment and osteogenesis. Taken together, our data indicate that Prmt7 plays important regulatory roles in osteogenic differentiation.
Embryonic stem cells have a pluripotency and a potential to differentiate to all type of cells. In our previous study, we have shown that embryonic stem cells (ESCs) lines can be generated from murine parthenogenetic embryos. This parthenogenetic ESCs line can be a useful stem cell source for tissue repair and regeneration. The defect in full-term development of parthenogenetic ESCs line enables researchers to avoid the ethical concerns related with ESCs research. In this study, we presented the results demonstrating that parthenogenetic ESCs can be induced into osteogenic cells by supplementing culture media with ascorbic acid and $\beta$-glycerophosphate. These cells showed morphologies of osteogenic cells and it was proven by Von Kossa staining and Alizarin Red staining. Expression of marker genes for osteogenic cells (osteopontin, osteonectin, alkaline phosphatase, osteocalcin, bone-sialoprotein, collagen type1, and Cbfa1) also confirmed osteogenic potential of these cells. These results demonstrate that osteogenic cells can be generated from parthenogenetic ESCs in vitro.
Kim, Sung-Mi;Kim, Yong-Gun;Park, Jin-Woo;Lee, Jae-Mok;Suh, Jo-Young
Journal of Periodontal and Implant Science
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v.43
no.4
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pp.168-176
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2013
Purpose: The purpose of the current study was to examine the effect of dexamethasone (Dex) at various concentrations on the apoptosis and mineralization of human periodontal ligament (hPDL) cells. Methods: hPDL cells were obtained from the mid-third of premolars extracted for orthodontic reasons, and a primary culture of hPDL cells was prepared using an explant technique. Groups of cells were divided according to the concentration of Dex (0, 1, 10, 100, and 1,000 nM). A 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide assay was performed for evaluation of cellular viability, and alkaline phosphatase activity was examined for osteogenic differentiation of hPDL cells. Alizarin Red S staining was performed for observation of mineralization, and real-time polymerase chain reaction was performed for the evaluation of related genes. Results: Increasing the Dex concentration was found to reduce cellular viability, with an increase in alkaline phosphatase activity and mineralization. Within the range of Dex concentrations tested in this study, 100 nM of Dex was found to promote the most vigorous differentiation and mineralization of hPDL cells. Dex-induced osteogenic differentiation and mineralization was accompanied by an increase in the level of osteogenic and apoptosis-related genes and a reduction in the level of antiapoptotic genes. The decrease in hPDL cellular viability by glucocorticoid may be explained in part by the increased prevalence of cell apoptosis, as demonstrated by BAX expression and decreased expression of the antiapoptotic gene, Bcl-2. Conclusions: An increase in hPDL cell differentiation rather than cellular viability at an early stage is likely to be a key factor in glucocorticoid induced mineralization. In addition, apoptosis might play an important role in Dex-induced tissue regeneration; however, further study is needed for investigation of the precise mechanism.
Therapeutic effects of zoledronic acid (ZOL) on giant cell tumour of bone (GCT) have been proven. Apoptosis induction was considered to be one of the mechanisms of ZOL tumour inhibition. In this study, we presented the possibility of an osteogenic differentiation stimulation mechanism of ZOL and further investigated dosage and time effects. We treated stromal cells of GCT (GCTSC) with ZOL for 48 hours at different concentrations ($0{\mu}M$, $0.01{\mu}M$, $0.1{\mu}M$, $1{\mu}M$, 5${\mu}M$, $30{\mu}M$) and assessed apoptotic and osteogenic differentiation markers with immunohistochemical techniques and real-time quantitative RT-PCR. Our results suggested that ZOL enhanced mRNA expression of Cbfa-1, osterix and osteocalcin genes with a maximum effect at $1{\mu}M$ in GCTSC. Time course experiments indicated a time dependent osteogenic differentiation effect. In conclusion, ZOL may be considered as an adjuvant in the treatment of GCT not only by inducing apoptosis but also by stimulating osteogenic differentiation of remaining tumor stromal cells after surgery.
Ku, Seung-Jun;Chang, Young-Il;Chae, Chang-Hoon;Kim, Seong-Gon;Park, Young-Wook;Jung, Youn-Kwan;Choi, Je-Yong
BMB Reports
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v.42
no.7
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pp.427-432
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2009
Orthodontic tooth movement results from the combinational process of both bone resorption and formation in the compressive and tension sides, respectively. However, the genes responsible for new bone formation in tension sides have not been determined. In this study, we used DNA microarray and real-time RT-PCR to identify genes in human periodontal ligament (PDL) cells that undergo significant changes in expression in response to static tensional forces (2 or 12 hours). The genes found were alkaline phospatase (ALP), matrix metalloproteinases (MMPs), vascular endothelial growth factor (VEGF), and several collagen genes. Furthermore, an ELISA evaluating the expression of VEGF, type IV collagen and MMP-2 found levels significantly increased after 24 and 72 hours (P < 0.05). ALP activity was also increased after 24 hours (P < 0.05). Collectively, we found the genes up-regulated in our study by the static tensional force are related to osteogenic processes such as matrix synthesis and angiogenesis.
Objectives This study investigated the effect of purified safflower (Carthamus tinctorius Linne) and safflower seed (Carthamus tinctorius L. seed; CS) extract, using hot water and ethanol extract methods , on the osteogenic differentiation of MC3T3E1 cells.Methods The safflower and safflower seed were extracted with hot water and ethanol. The samples were concentrated by a rotary evaporator and then freeze-dried using a freeze-dryer. The MC3T3E1 cells were propagated and maintained in DMEM (Gibco) containing 10% FBS and a 1% antibiotic antimycotic solution. To induce osteogenic differentiation, the cells were treated for 14 days with DMEM with 10 mM β-glycerophosphate and 50 μM ascorbic acid. Extract doses were confirmed by the results of an MTT assay, and treatment of the extracts was performed in a differentiation medium every two days. The ALP staining and activity were tested after osteogenic differentiation for five days, and after 14 days, osteogenic differentiation was determined by alizarin red S staining. The mRNA expressions of osteogenic-related genes were quantified using quantitative real-time PCR.Results In the results of the MTT assay, all concentrations of safflower extracts had no toxicity in the MC3T3El cells. But in the groups of 100 ng/ml and 200 ng/ml concentrations of safflower seed extracts, the cell viability was significantly reduced by up to 40-50%. So we fixed the treatment concentration of the extract at 50 ng/ml. In the ALP and alizarin red S staining, all extract groups increased osteogenic differentiation compared with the control group. The water-safflower extract group showed the highest mRNA level of Alp, Runx2, and Dlx5 genes. The mRNA level of Ocn, an osteogenic gene related to late-stage differentiation, in the ethanol-safflower extract group increased the mineralization more significantly than in other groups.Conclusions These data suggest that the extract of safflower increases the osteoblastic differentiation activates of MC3T3E1 cells like the extract of safflower seed. The water-extract and ethanol-extract of safflower have effects on different stages of osteogenesis in MC3T3El. Not only safflower seed but also safflower will be useful therapeutic reagents for age-associated chronic diseases such as osteoporosis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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