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.
Humanin (HN) is a mitochondrial peptide that exhibits cytoprotective actions against various stresses and diseases. HN has been shown to induce the phosphorylation of AMP-activated protein kinase (AMPK), which is a negative regulator of receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL). However, the role of HN in osteoclastogenesis or other skeletal disorders remains unknown. Here, we examined whether HN regulates osteoclastogenesis via AMPK activation using bone marrow-derived macrophage (BMM) cultures. Our results show that HN inhibited RANKL-induced osteoclast formation and reduced the expression of genes involved in osteoclastogenesis, including nuclear factor of activated T-cells cytoplasmic 1, osteoclastassociated receptor, cathepsin K, and tartrate-resistant acid phosphatase. Moreover, HN increased the levels of phosphorylated AMPK protein; compound C, an AMPK inhibitor, recovered HN-induced osteoclast differentiation. In addition, we found that HN significantly decreased the levels of RANKL-induced reactive oxygen species in BMMs. Therefore, these results indicate that HN plays an important role in osteoclastogenesis and may function as an inhibitor of bone disorders via AMPK activation.
Siddiqi, Muhammad Hanif;Siddiqi, Muhammad Zubair;Ahn, Sungeun;Kang, Sera;Kim, Yeon-Ju;Sathishkumar, Natarajan;Yang, Dong-Uk;Yang, Deok-Chun
Journal of Ginseng Research
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제37권3호
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pp.261-268
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2013
The ginseng plant (Panax ginseng Meyer) has a large number of active ingredients including steroidal saponins with a dammarane skeleton as well as protopanaxadiol and protopanaxatriol, commonly known as ginsenosides, which have antioxidant, anticancer, antidiabetic, anti-adipocyte, and sexual enhancing effects. Though several discoveries have demonstrated that ginseng saponins (ginsenosides) as the most important therapeutic agent for the treatment of osteoporosis, yet the molecular mechanism of its active metabolites is unknown. In this review, we summarize the evidence supporting the therapeutic properties of ginsenosides both in vivo and in vitro, with an emphasis on the different molecular agents comprising receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand, receptor activator of nuclear factor kappa-B, and matrix metallopeptidase-9, as well as the bone morphogenetic protein-2 and Smad signaling pathways.
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.
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.
본 연구는 치주인대 세포에 지속적이고 점진적 인장력을 가하여 치아 이동 시 형성되는 인장부위의 기계적 자극에 대한 생화학적 전달과 치조골 흡수와 생성 조절 기전을 이해하고자 하였다 치주인대 세포가 배양된 유연한 성장 표면을 가진 배지에 지속적이고 점진적인 인장력을 가하고 골흡수 인자인 $PGE_2$와 골형성 인자인 ALP의 생성량을 1 3 5. 12시간 후에 측정하여 정량비교하였고 파골세포 분화기전을 조절하는 OPG RANKL의 인자들과 matrix metalloproteinase(MMP)-1, -8, -9, -13, tissue inhibitor of matrix metalloproteinase(TIMP)-1의 인자들을 역전사 중합효소 연쇄반응 검사하여 m-RNA 발현을 비교한 결과 치주인대 세포에 인장력을 가한 경우 대조 군보다 $PGE_2$의 농도가 적었고 (p<0.05) ALP의 농도 변화는 없었으며 OPG의 mRNA 발현이 증가하였으나, RANKL의 mRNA 발현은 감소하였다 그리고 TIMP-1과 MMP-1 -8 -9, -13의 mRNA 발현이 대조군과 차이가 없었다. 이상의 연구에서 사람의 치주인대 세포는 점진적이고 지속적인 인장력에 대한 반응으로 $PGE_2$의 생성과 RANKL의 mRNA 발현은 감소하고 OPG의 mRNA 발현은 증가하여 골흡수를 억제하는 효과를 보이는 것으로 나타났다.
염증성 사이토카인은 파골세포형성과정에서 중요한 요인이며, 뼈의 흡수는 자주 골다공증과 연결된다. 설포라판은 보로콜리의 화뢰로 부터 분리된 물질로 염증성 사이토카인을 억제한다고 알려져 있다. 본 실험에서는 Receptor activator of nuclear factor kappaB ligand(RANKL)로 자극된 세포에서 설포라판이 파골세포 형성 억제에 대한 효과를 측정하였다. 설포라판은 대식세포인 RAW 264.7 세포에서 파골세포 특이 마커 유전자인 tartrate-resistant acid phosphatase(TRAP), Cathepsin K, matrix metalloproteinase 9(MMP-9), calcitonin receptor을 저해하였으며, TRAP, MMP-9, tumor necrosis factor receptor-associated factor 6(TRAF6)와 전사인자인 nuclease factor of activated T cells(NFATc1)의 단백질 발현과 RANKL로 자극하였을 때 전자인사인 nuclear factor kappaB(NF-kappaB)의 전사활성도 억제 하였다. 이와 같은 결과로 설포라판이 NF-kappaB의 전사활성 억제뿐만 아니라, 파골세포형성인자(TRAP, cathepsin K, MMP-9, calcitonin, NFATc1)와 NFATc1의 발현을 억제시키는 효과가 있음을 확인하였다.
Objectives : This study was performed to evaluate the effect of CJ(Cuscuta japonica Chois) on osteoclast differentiation and gene expression. Methods : The osteoclastogenesis and gene expression were determined in RANKL(receptor activator of nuclear factor kappa B ligand)-stimulated RAW 264.7. The results were summarized as followes. Results : CJ decreased the number of TRAP positive cell in RANKL-stimulated RAW264.7 cell. CJ decreased the expression of RANK(receptor activator of nuclear factor kappa B), $TNF{\alpha}$, and IL-6 in RANKL-stimulated RAW264.7 cell. CJ decreased the expression of iNOS and COX-2 in RANKL-stimulated RAW264.7 cell. CJ decreased the expression of Cathepsin K in RANKL-stimulated RAW264.7 cell. Conclusions : It is concluded that CJ might decrease the bone resorption resulted from decrease of osteoclast differentiation and it's related gene expression.
Osteocytes may function as mechanotransducers by regulating local osteoclastogenesis. Reduced availability of oxygen, i.e. hypoxia, could occur during disuse, bone development, and fracture. Receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL) is an osteoblast/stromal cell derived essential factor for osteoclastogenesis. The hypoxia induced osteoclastogenesis via increased RANKL expression in osteoblasts was demonstrated. Hypoxic regulation of gene expression generally involves activation of the hypoxia-inducible factor (HIF) transcription pathway. In the present study, we investigated whether hypoxia regulates RANKL expression in murine osteocytes and HIF-$1{\alpha}$ mediates hypoxia-induced RANKL expression by transactivating RANKL promoter, to elucidate the role of osteocyte in osteoclastogenesis in the context of hypoxic condition. The expression levels of RANKL mRNA and protein, as well as hypoxia inducible factor-$1{\alpha}$ (HIF-$1{\alpha}$) protein, were significantly increased in hypoxic condition in MLO-Y4s. Constitutively active HIF-$1{\alpha}$ alone significantly increased the levels of RANKL expression in MLO-Y4s under normoxic conditions, whereas dominant negative HIF-$1{\alpha}$ blocked hypoxia-induced RANKL expression. To further explore to find if HIF-$1{\alpha}$ directly regulates RANKL transcription, a luciferase reporter assay was conducted. Hypoxia significantly increased RANKL promoter activity, whereas mutations of putative HIF-$1{\alpha}$ binding elements in RANKL promoter prevented this hypoxia-induced RANKL promoter activity in MLO-Y4s. These results suggest that HIF-$1{\alpha}$ mediates hypoxia-induced up-regulation of RANKL expression, and that in osteocytes of mechanically unloaded bone, hypoxia enhances osteoclastogenesis, at least in part, via an increased RANKL expression in osteocytes.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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