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.
A number of genes have been therapeutically targeted to relieve cancer, but cancer relapse is still a growing issue. The concept that the surrounding tumor environment is critical for the progression of cancer may foster an answer to the issue of cancer malignancy. Runt domain transcription factors (RUNX1, 2, and 3) are evolutionarily conserved and have been intensively studied for their roles in normal development and pathological conditions. During tumor growth, a hypoxic microenvironment and infiltration of the tumor by immune cells are common phenomena. In this review, we briefly introduce the consequences of hypoxia and immune cell infiltration into the tumor microenvironment with a focus on RUNX3 as a critical regulator. Furthermore, based on our current knowledge of the functional role of RUNX3 in hypoxia and immune cell maintenance, a probable therapeutic intervention is suggested for the effective management of tumor growth and malignancy.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.46
no.3
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pp.314-319
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2017
Chlorogenic acid, a well-known polyphenol, and its derivatives, ester of caffeic acid on quinic acid moiety, are abundant in coffee, tea, fruits, and various vegetables. This study examined the effects of cryptochlorogenic acid (CCA) on osteoblast differentiation. CCA-induced mRNA expression levels of osteogenic genes in MC3T3E1 and C3H10T1/2 cells were determined by RT-PCR and qPCR. CCA regulated expression of key osteogenic genes in the early stage of differentiation, including distal-less homeobox 5 (Dlx5), DNA-binding protein inhibitor (Id1), and runt-related transcription factor 2 (Runx2). These results suggest that CCA may enhance osteoblast differentiation through expression of osteogenic genes such as Id1, Dlx5, and Runx2, especially in the early stage.
In metastatic breast cancer, the acquisition of malignant traits has been associated with the increased rate of cell growth and division, mobility, resistance to chemotherapy, and invasiveness. While screening for the key regulators of cancer metastasis, we observed that neurotrophin receptor TrkB is frequently overexpressed in breast cancer patients and breast cancer cell lines. Additionally, we demonstrate that TrkB expression and clinical breast tumor pathological phenotypes show significant correlation. Moreover, TrkB expression was significantly upregulated in basal-like, claudin-low, and metaplastic breast cancers from a published microarray database and in patients with triple-negative breast cancer, which is associated with a higher risk of invasive recurrence. Interestingly, we identified a new TrkB-regulated functional network that is important for the tumorigenicity and metastasis of breast cancer. We demonstrated that TrkB plays a key role in regulation of the tumor suppressors Runx3 and Keap1. A markedly increased expression of Runx3 and Keap1 was observed upon knockdown of TrkB, treatment with a TrkB inhibitor, and in TrkB kinase dead mutants. Additionally, the inhibition of PI3K/AKT activation significantly induced Runx3 and Keap1 expression. Furthermore, we showed that TrkB enhances metastatic potential and induces proliferation. These observations suggest that TrkB plays a key role in tumorigenicity and metastasis of breast cancer cells through suppression of Runx3 or Keap1 and that it is a promising target for future intervention strategies for preventing tumor metastasis and cancer chemoprevention.
Malignant rhabdoid tumor (MRT) is a highly aggressive pediatric malignancy with no effective therapy. Therefore, it is necessary to identify a target for the development of novel molecule-targeting therapeutic agents. In this study, we report the importance of the runt-related transcription factor 1 (RUNX1) and RUNX1-Baculoviral IAP (inhibitor of apoptosis) Repeat-Containing 5 (BIRC5/survivin) axis in the proliferation of MRT cells, as it can be used as an ideal target for anti-tumor strategies. The mechanism of this reaction can be explained by the interaction of RUNX1 with the RUNX1-binding DNA sequence located in the survivin promoter and its positive regulation. Specific knockdown of RUNX1 led to decreased expression of survivin, which subsequently suppressed the proliferation of MRT cells in vitro and in vivo. We also found that our novel RUNX inhibitor, Chb-M, which switches off RUNX1 using alkylating agent-conjugated pyrrole-imidazole polyamides designed to specifically bind to consensus RUNX-binding sequences (5'-TGTGGT-3'), inhibited survivin expression in vivo. Taken together, we identified a novel interaction between RUNX1 and survivin in MRT. Therefore the negative regulation of RUNX1 activity may be a novel strategy for MRT treatment.
Background: Secretory leukocyte protease inhibitor (SLPI) protects tissues from proteases and promotes cell proliferation and healing. SLPI also reduces periodontal inflammation and alveolar bone resorption by inhibiting proinflammatory cytokine expression in rat periodontal tissues and osteoblasts. However, little is known of the role of SLPI in the expression of osteoclast regulatory factors from osteoblasts, which are crucial for the interaction between osteoblasts and osteoclasts. Therefore, we aimed to determine the effects of SLPI on the regulation of osteoclasts and osteoblasts in LPS-treated alveolar bone and osteoblasts. Methods: Periodontitis was induced in rats using LPS. After each LPS injection, SLPI was injected into the same area. Immunohistochemical analysis was performed with antibodies against SLPI, RANKL, OPG, and Runx2 in the periodontal tissue. RT-PCR and western blotting were performed to determine the expression levels of SLPI, RANKL, OPG, and Runx2 in LPS- and SLPI/LPS-treated MC3T3-E1 cells. SLPI/LPS-treated MC3T3-E1 cells were also stained with Alizarin Red S. Results: Immunohistochemical analysis showed that the expression levels of SLPI, OPG, and Runx2 were higher while that of RANKL was lower in the LPS/SLPI group relative to those in the LPS group. The mRNA and protein expression of SLPI, OPG, and Runx2 was higher in SLPI/LPS/MC3T3-E1 cells than in LPS/MC3T3-E1 cells, and RANKL expression was lower. During differentiation, OPG and Runx2 protein levels were higher whereas RANKL levels were lower in SLPI/LPS/MC3T3-E1 than in LPS/MC3T3-E1 cells on days 0, 4, 7, and 10. In addition, mineralization and matrix deposition were higher in SLPI/LPS/MC3T3-E1 than in LPS/MC3T3-E1 on days 7 and 10. SLPI decreased RANKL expression in LPS-treated alveolar bone and osteoblasts but increased the expression of OPG and Runx2. Conclusion: SLPI can be considered as a regulatory molecule that indirectly regulates osteoclast activation via osteoblasts and promotes osteoblast differentiation.
Journal of the korean academy of Pediatric Dentistry
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v.46
no.4
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pp.409-415
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2019
Cleidocranial dysplasia (CCD) is an autosomal-dominant disease characterized by the delayed closure of cranial sutures, defects in clavicle formation, supernumerary teeth, and delayed tooth eruption. Defects in the Runt-related transcription factor 2 (RUNX2), a master regulator of bone formation, have been identified in CCD patients. The aim of this study was to identify the molecular genetic causes in a CCD family with delayed tooth eruption. The 23-year-old female proband and her mother underwent clinical and radiographic examinations, and all coding exons of the RUNX2 were sequenced. Mutational analysis revealed a single nucleotide deletion mutation (NM_001024630.4 : c.357delC) in exon 3 in the proband and her mother. The single C deletion would result in a frameshift in translation and introduce a premature stop codon [p.(Asn120Thrfs*24)]. This would result in the impaired function of RUNX2 protein, which may be the cause of delayed eruption of permanent teeth in the family.
K-RAS is frequently mutated in human lung adenocarcinomas (ADCs), and the p53 pathway plays a central role in cellular defense against oncogenic K-RAS mutation. However, in mouse lung cancer models, oncogenic K-Ras mutation alone can induce ADCs without p53 mutation, and loss of p53 does not have a significant impact on early K-Ras-induced lung tumorigenesis. These results raise the question of how K-Ras-activated cells evade oncogene surveillance mechanisms and develop into lung ADCs. RUNX3 plays a key role at the restriction (R)-point, which governs multiple tumor suppressor pathways including the p14ARF-p53 pathway. In this study, we found that K-Ras activation in a very limited number of cells, alone or in combination with p53 inactivation, failed to induce any pathologic lesions for up to 1 year. By contrast, when Runx3 was inactivated and K-Ras was activated by the same targeting method, lung ADCs and other tumors were rapidly induced. In a urethane-induced mouse lung tumor model that recapitulates the features of K-RAS-driven human lung tumors, Runx3 was inactivated in both adenomas (ADs) and ADCs, whereas K-Ras was activated only in ADCs. Together, these results demonstrate that the R-point-associated oncogene surveillance mechanism is abrogated by Runx3 inactivation in AD cells and these cells cannot defend against K-Ras activation, resulting in the transition from AD to ADC. Therefore, K-Ras-activated lung epithelial cells do not evade oncogene surveillance mechanisms; instead, they are selected if they occur in AD cells in which Runx3 has been inactivated.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.33
no.4
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pp.381-385
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2007
Bone is a dynamic organ that bone remodeling occurs throughout life and involves the process in which the bone matrix is broken down through resorption by osteoclasts and then built back again through bone formation by osteoblasts. Usually these two processes balance each other and a stable level of bone mass is maintained. We here discuss transcription factors involved in regulating the osteoblast differentiation pathway. Runx2 is a transcription factor which is essential in skeletal development by regulating osteoblast differentiation and chondrocyte maturation. Its companion subunit, Cbf${\beta}$ is needed for an early step in osteoblast differentiation pathway. Whereas Osterix(Osx) is a new identified osteoblast-specific transcription factor which is required for the differentiation of preosteoblasts into more mature and functional osteoblasts. We also discuss other transcription factors, Msx1 and 2, Dlx5 and 6, Twist, and Sp3 that affect skeletal patterning and development. Understanding the characteristics of mice in which these transcription factors are inactivated should help define their role in bone physiology and pathology of bone defects.
Endothelial progenitor cells (EPCs) are bone marrow (BM)-derived progenitor cells that can differentiate into mature endothelial cells, contributing to vasculogenesis in the blood vessel formation process. Runt-related transcription factor 3 (RUNX3) belongs to the Runt domain family and is required for the differentiation of specific immune cells and neurons. The tumor suppressive role of RUNX3, via the induction of apoptosis and cell cycle arrest in a variety of cancers, and its deletion or frequent silencing by epigenetic mechanisms have been studied extensively; however, its role in the differentiation of EPCs is yet to be investigated. Therefore, in the present study, adult BM-derived hematopoietic stem cells (HSCs) were isolated from Runx3 heterozygous (Rx3+/-) or wild-type (WT) mice. The differentiation of EPCs from the BM-derived HSCs of Rx3+/- mice was found to be significantly increased compared with those of the WT mice, as determined by the number of small or large colony-forming units. The migration and tube formation abilities of Rx3+/- EPCs were also observed to be significantly increased compared with those of WT EPCs. Furthermore, the number of circulating EPCs, defined as CD34+/vascular endothelial growth factor receptor 2 (VEGFR2)+ cells, was also significantly increased in Rx3+/- mice. Hypoxia-inducible factor (HIF)-1α was upregulated in Rx3+/- EPCs compared with WT EPCs, even under normoxic conditions. Furthermore, in a hindlimb ischemic mouse models, the recovery of blood flow was observed to be highly stimulated in Rx3+/- mice compared with WT mice. Also, in a Lewis lung carcinoma cell allograft model, the tumor size in Rx3+/- mice was significantly larger than that in WT mice, and the EPC cell population (CD34+/VEGFR2+ cells) recruited to the tumor was greater in the Rx3+/- mice compared with the WT mice. In conclusion, the present study revealed that Runx3 inhibits vasculogenesis via the inhibition of EPC differentiation and functions via the suppression of HIF-1α activity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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