The receptor activator of nuclear factor kappa B (RANK) is a member of the tumor necrosis factor (TNF) receptor superfamily. It plays a critical role in osteoclast differentiaion, lymph node organogenesis, and mammary gland development. The stimulation of RANK causes the activation of transcription factors NF-${\kappa}B$ and activator protein 1 (AP1), and the mitogen activated protein kinase (MAPK) c-Jun N-terminal kinase (JNK). In the signal transduction of RANK, the recruitment of the adaptor molecules, TNF receptor-associated factors (TRAFs), is and initial cytoplasmic event. Recently, the association of the MAPK kinase kinase, transforming growth factor-$\beta$-activated kinase 1 (TAK1), with TRAF6 was shown to mediate the IL-1 signaling to NF-${\kappa}B$ and JNK. We investigated whether or not TAK1 plays a role in RANK signaling. A dominant-negative form of TAK1 was discovered to abolish the RANK-induced activation of AP1 and JNK. The AP1 activation by TRAF2, TRAF5, and TRAF6 was also greatly suppressed by the dominant-negative TAK1. the inhibitory effect of the TAK1 mutant on RANK-and TRAF-induced NF-${\kappa}B$ activation was also observed, but less efficiently. Our findings indicate that TAK1 is involved in the MAPK cascade and NF-${\kappa}B$ pathway that is activated by RANK.
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.
Lee, Jeon-Soo;Lee, Joo Young;Lee, Mi Young;Hwang, Daniel H.;Youn, Hyung Sun
Molecules and Cells
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v.25
no.2
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pp.253-257
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2008
Acrolein is a highly electrophilic ${\alpha},{\beta}$-unsaturated aldehyde present in a number of environmental sources, especially cigarette smoke. It reacts strongly with the thiol groups of cysteine residues by Michael addition and has been reported to inhibit nuclear $factor-{\kappa}B$ ($NF-{\kappa}B$) activation by lipopolysaccharide (LPS). The mechanism by which it inhibits $NF-{\kappa}B$ is not clear. Toll-like receptors (TLRs) play a key role in sensing microbial components and inducing innate immune responses, and LPS-induced dimerization of TLR4 is required for activation of downstream signaling pathways. Thus, dimerization of TLR4 may be one of the first events involved in activating TLR4-mediated signaling pathways. Stimulation of TLR4 by LPS activates both myeloid differential factor 88 (MyD88)- and TIR domain-containing adapter inducing $IFN{\beta}$ (TRIF)-dependent signaling pathways leading to activation of $NF-{\kappa}B$ and IFN-regulatory factor 3 (IRF3). Acrolein inhibited $NF-{\kappa}B$ and IRF3 activation by LPS, but it did not inhibit $NF-{\kappa}B$ or IRF3 activation by MyD88, inhibitor ${\kappa}B$ kinase $(IKK){\beta}$, TRIF, or TNF-receptor-associated factor family member-associated $NF-{\kappa}B$ activator (TANK)-binding kinase 1 (TBK1). Acrolein inhibited LPS-induced dimerization of TLR4, which resulted in the down-regulation of $NF-{\kappa}B$ and IRF3 activation. These results suggest that activation of TLRs and subsequent immune/inflammatory responses induced by endogenous molecules or chronic infection can be modulated by certain chemicals with a structural motif that enables Michael addition.
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.
Kim, Inyoung;Kim, Jung Ha;Kim, Kabsun;Seong, Semun;Kim, Nacksung
BMB Reports
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v.50
no.9
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pp.454-459
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2017
Tumor suppressor candidate 2 (Tusc2, also known as Fus1) regulates calcium signaling, and $Ca^{2+}$-dependent nuclear factor of activated T-cells (NFAT) and nuclear factor kappa B ($NF-{\kappa}B$) pathways, which play roles in osteoclast differentiation. However, the role of Tusc2 in osteoclasts remains unknown. Here, we report that Tusc2 positively regulates the differentiation of osteoclasts. Overexpression of Tusc2 in osteoclast precursor cells enhanced receptor activator of nuclear factor ${\kappa}B$ ligand (RANKL)-induced osteoclast differentiation. In contrast, small interfering RNA-mediated knockdown of Tusc2 strongly inhibited osteoclast differentiation. In addition, Tusc2 induced the activation of RANKL-mediated $NF-{\kappa}B$ and calcium/calmodulin-dependent kinase IV (CaMKIV)/cAMP-response element (CRE)-binding protein CREB signaling cascades. Taken together, these results suggest that Tusc2 acts as a positive regulator of RANKL-mediated osteoclast differentiation.
Junliang Ma;Yijun Luo;Yingjie Liu;Cheng Chen;Anping Chen;Lubiao Liang;Wenxiang Wang;Yongxiang Song
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.27
no.1
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pp.61-73
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2023
Esophageal squamous cell carcinoma (ESCC) is a kind of malignant tumor with high incidence and mortality in the digestive system. The aim of this study is to explore the function of lnc-ABCA12-3 in the development of ESCC and its unique mechanisms. RT-PCR was applied to detect gene transcription levels in tissues or cell lines like TE-1, EC9706, and HEEC cells. Western blot was conducted to identify protein expression levels of mitochondrial apoptosis and toll-like receptor 4 (TLR4)/nuclear factor kappa-B (NF-κB) signaling pathway. CCK-8 and EdU assays were carried out to measure cell proliferation, and cell apoptosis was examined by flow cytometry. ELISA was used for checking the changes in glycolysis-related indicators. Lnc-ABCA12-3 was highly expressed in ESCC tissues and cells, which preferred it to be a candidate target. The TE-1 and EC9706 cells proliferation and glycolysis were obviously inhibited with the downregulation of lnc-ABCA12-3, while apoptosis was promoted. TLR4 activator could largely reverse the apoptosis acceleration and relieved the proliferation and glycolysis suppression caused by lnc-ABCA12-3 downregulation. Moreover, the effect of lnc-ABCA12-3 on ESCC cells was actualized by activating the TLR4/NF-κB signaling pathway under the mediation of exosome. Taken together, the lnc-ABCA12-3 could promote the proliferation and glycolysis of ESCC, while repressing its apoptosis probably by regulating the TLR4/NF-κB signaling pathway under the mediation of exosome.
Mononuclear osteoclast precursors derived from hematopoietic progenitors fuse together and then become multinucleated mature osteoclasts by macrophage-colony stimulating factor (M-CSF) and receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL). Especially, the binding of RANKL to its receptor RANK provides key signals for osteoclast differentiation and bone-resorbing function. RANK transduces intracellular signals by recruiting adaptor molecules such as TNFR-associated factors (TRAFs), which then activate mitogen activated protein kinases (MAPKs), Src/PI3K/Akt pathway, nuclear factor-${\kappa}B$ (NF-${\kappa}B$) and finally amplify NFATc1 activation for the transcription and activation of osteoclast marker genes. This review will briefly describe RANKL-RANK signaling pathways and key molecules critical for osteoclast differentiation.
Receptor activator of NF-${\kappa}B$ ligand (RANKL) is an essential cytokine for osteoclast differentiation, activation and survival. T lymphocytes such as $T_{17}$ cells, a subset of T helper cells that produce IL-17, play an important role in rheumatoid arthritic bone resorption by producing inflammatory cytokines and RANKL. It has not yet been clearly elucidated how T cell activation induces RANKL expression. T cell receptor activation induces the activation of nuclear factor of activated T cell (NFAT) and expression of its target genes. In this study, we examined the role of NFAT in T cell activation-induced RANKL expression. EL-4, a murine T lymphocytic cell line, was used. When T cell activation was induced by phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) and ionomycin, RANKL expression increased in a time-dependent manner. In the presence of cyclosporin, an inhibitor of NFAT activation, this PMA/ionomycin-induced RANKL expression was blocked. Overexpression of either NFATc1 or NFATc3 induced RANKL expression. Chromatin immunoprecipitation results demonstrated that PMA/ionomycin treatment induced the binding of NFATc1 and NFATc3 to the mouse RANKL gene promoter. These results suggest that NFATc1 and NFATc3 mediates T cell receptor activation-induced RANKL expression in T lymphocytes.
The receptor activator of NF-${\kappa}B$ ligand (RANKL), a member of the tumor necrosis factor ligand family, has extensive functions beyond osteoclast development. RANKL is expressed in many immune cells such as osteoblasts, osteocytes, marrow stromal cells, activated T cells, synovial cells, keratinocytes, and mammary gland epithelial cells as well as in various tissues. The ligation of RANK by RANKL promotes dendritic cells (DCs) survival through prosurvival signals and the up-regulation of the anti-apoptotic proteins Bcl-2 and Bcl-$x_L$ and plays a crucial role in DCs-mediated Th1 differentiation. Therefore, RANKL plays an important role in the regulation of DCs/T cells-mediated specific immunity. This review will briefly inform our current understanding of the role of RANKL signaling in T cells-DCs communication in the immune system.
Heme oxygenase (HO-1) catalyzes heme to carbon monoxide (CO), biliverdin/bilirubin, and iron and is known to prevent the pathogenesis of several human diseases. We assessed the beneficial effect of heme degradation products on osteoclastogenesis induced by receptor activator of NF-${\kappa}B$ ligand (RANKL). Treatment of RAW264.7 cells with CORM-2 (a CO donor) and bilirubin, but not with iron, decreased RANKL-induced osteoclastogenesis, with CORM-2 having a more potent anti-osteogenic effect. CORM-2 also inhibited RANKL-induced osteoclastogenesis and osteoclastic resorption activity in marrow-derived macrophages. Treatment with hemin, a HO-1 inducer, strongly inhibited RANKL-induced osteoclastogenesis in wild-type macrophages, but was ineffective in $HO-1^{+/-}$ cells. CORM-2 reduced RANKL-induced NFATc1 expression by inhibiting IKK-dependent NF-${\kappa}B$ activation and reactive oxygen species production. These results suggest that CO potently inhibits RANKL-induced osteoclastogenesis by inhibiting redox-sensitive NF-${\kappa}B$-mediated NFATc1 expression. Our findings indicate that HO-1/CO can act as an anti-resorption agent and reduce bone loss by blocking osteoclast differentiation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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