Jae‑Hyun Kim;Minsun Kim;Hyuk‑Sang Jung;Youngjoo Sohn
International Journal of Molecular Medicine
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제44권3호
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pp.913-926
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2019
Leonurus sibiricus L. (LS) is a medicinal plant used in East Asia, Europe and the USA. LS is primarily used in the treatment of gynecological diseases, and recent studies have demonstrated that it exerts anti-inflammatory and antioxidant effects. To the best of our knowledge, the present study demonstrated for the first time that LS may promote osteoblast differentiation and suppress osteoclast differentiation in vitro, and that it inhibited lipopolysaccharide (LPS)-induced bone loss in a mouse model. LS was observed to promote the osteoblast differentiation of MC3T3-E1 cells and upregulate the expression of runt-related transcription factor 2 (RUNX2), a key gene involved in osteoblast differentiation. This resulted in the induction of the expression of various osteogenic genes, including alkaline phosphatase (ALP), osteonectin (OSN), osteopontin (OPN), type I collagen (COL1) and bone sialoprotein (BSP). LS was also observed to inhibit osteoclast differentiation and bone resorption. The expression levels of nuclear factor of activated T-cells 1 (NFATc1) and c-Fos were inhibited following LS treatment. NFATc1 and c-Fos are key markers of osteoclast differentiation that inhibit receptor activator of nuclear factor-κB ligand (RANKL)-induced mitogen-activated protein kinase (MAPKs) and nuclear factor (NF)-κB. As a result, LS suppressed the expression of osteoclast-associated genes, such as matrix metallopeptidase-9 (MMP-9), cathepsin K (Ctsk), tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP), osteoclast-associated immunoglobulin-like receptor (OSCAR), c-src, c-myc, osteoclast stimulatory transmembrane protein (OC-STAMP) and ATPase H+ transporting V0 subunit d2 (ATP6v0d2). Consistent with the in vitro results, LS inhibited the reduction in bone mineral density and the bone volume/total volume ratio in a mouse model of LPS-induced osteoporosis. These results suggest that LS may be a valuable agent for the treatment of osteoporosis and additional bone metabolic diseases.
We hypothesized that inflammation affects number and activity of osteoclasts (OCs) via enhancing autophagy. Lipopolysaccharide (LPS) induced autophagy, osteoclastogenesis, and cytoplasmic reactive oxygen species (ROS) in bone marrow-derived macrophages that were pre-stimulated with receptor activator of nuclear $factor-{\kappa}B$ ligand. An autophagy inhibitor, 3-methyladenine (3-MA) decreased LPS-induced OC formation and bone resorption, indicating that autophagy is responsible for increasing number and activity of OCs upon LPS stimulus. Knockdown of autophagy-related protein 7 attenuated the effect of LPS on OC-specific genes, supporting a role of LPS as an autophagy inducer in OC. Removal of ROS decreased LPS-induced OC formation as well as autophagy. However, 3-MA did not affect LPS-induced ROS levels, suggesting that ROS act upstream of phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate 3-kinase in LPS-induced autophagy. Our results suggest the possible use of autophagy inhibitors targeting OCs to reduce inflammatory bone loss.
Kim, Haebom;Kim, Mi-Bo;Kim, Changhee;Hwang, Jae-Kwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제28권2호
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pp.190-198
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2018
Periodontitis is an inflammatory disease caused by microbial lipopolysaccharide (LPS), destroying gingival tissues and alveolar bone in the periodontium. In the present study, we evaluated the anti-inflammatory and anti-osteoclastic effects of panduratin A, a chalcone compound isolated from Boesenbergia pandurata, in human gingival fibroblast-1 (HGF-1) and RAW 264.7 cells. Treatment of panduratin A to LPS-stimulated HGF-1 significantly reduced the expression of interleukin-$1{\beta}$ and nuclear factor-kappa B (NF-${\kappa}B$), subsequently leading to the inhibition of matrix metalloproteinase-2 (MMP-2) and MMP-8 compared with that in the LPS control ($^{**}p$ < 0.01). These anti-inflammatory responses were mediated by suppressing the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling and activator protein-1 complex formation pathways. Moreover, receptor activator of NF-${\kappa}B$ ligand (RANKL)-stimulated RAW 264.7 cells treated with panduratin A showed significant inhibition of osteoclastic transcription factors such as nuclear factor of activated T-cells c1 and c-Fos as well as osteoclastic enzymes such as tartrate-resistant acid phosphatase and cathepsin K compared with those in the RANKL control ($^{**}p$ < 0.01). Similar to HGF-1, panduratin A suppressed osteoclastogenesis by controlling MAPK signaling pathways. Taken together, these results suggest that panduratin A could be a potential candidate for development as a natural anti-periodontitis agent.
Kim, Hyun-Ju;Lee, Dong-Kyo;Jin, Xian;Che, Xiangguo;Choi, Je-Yong
Molecules and Cells
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제43권4호
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pp.340-349
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2020
Oleoylethanolamide (OEA), a bioactive lipid in bone, is known as an endogenous ligand for G protein-coupled receptor 119 (GPR119). Here, we explored the effects of OEA on osteoclast differentiation, function, and survival. While OEA inhibits osteoclast resorptive function by disrupting actin cytoskeleton, it does not affect receptor activator of nuclear factor-κB ligand (RANKL)-induced osteoclast differentiation. OEA attenuates osteoclast spreading, blocks actin ring formation, and eventually impairs bone resorption. Mechanistically, OEA inhibits Rac activation in response to macrophage colony-stimulating factor (M-CSF), but not RANKL. Furthermore, the OEA-mediated cytoskeletal disorganization is abrogated by GPR119 knockdown using small hairpin RNA (shRNA), indicating that GPR119 is pivotal for osteoclast cytoskeletal organization. In addition, OEA induces apoptosis in both control and GPR119 shRNA-transduced osteoclasts, suggesting that GPR119 is not required for osteoclast apoptosis. Collectively, our findings reveal that OEA has inhibitory effects on osteoclast function and survival of mature osteoclasts via GPR119-dependent and GPR119-independent pathways, respectively.
Acetylcholine receptors (AChR) including muscarinic and nicotinic AChR are widely expressed and mediate a variety of physiological cellular responses in neuronal and non-neuronal cells. Notably, a functional cholinergic system exists in oral epithelial cells, and nicotinic AChR (nAChR) mediates cholinergic anti-inflammatory responses. However, the pathophysiological roles of AChR in periodontitis are unclear. Here, we show that activation of AChR elicits increased cytosolic $Ca^{2+}([Ca^{2+}]_i)$, transient cytotoxicity, and induction of receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand (RANKL) expression. Intracellular $Ca^{2+}$ mobilization in human gingival fibroblast-1 (hGF-1) cells was measured using the fluorescent $Ca^{2+}$ indicator, fura-2/AM. Cytotoxicity and induction of gene expression were evaluated by measuring the release of glucose-6-phosphate dehydrogenase and RT-PCR. Activation of AChR in hGF-1 cells by carbachol (Cch) induced $[Ca^{2+}]_i$ increase in a dose-dependent manner. Treatment with a high concentration of Cch on hGF-1 cells caused transient cytotoxicity. Notably, treatment of hGF-1 cells with Cch resulted in upregulated RANKL expression. The findings may indicate potential roles of AChR in gingival fibroblast cells in bone remodeling.
Breast cancer bone metastasis causing severe morbidity is commonly encountered in daily clinical practice. It causes pain, pathologic fractures, spinal cord and other nerve compression syndromes and life threatening hypercalcemia. Breast cancer metastasizes to bone through complicated steps in which numerous molecules play roles. Metastatic cells disrupt normal bone turnover and create a vicious cycle to which treatment efforts should be directed. Bisphosphonates have been used safely for more than two decades. As a group they delay time to first skeletal related event and reduce pain, but do not prevent development of bone metastasis in patients with no bone metastasis, and also do not prolong survival. The receptor activator for nuclear factor ${\kappa}B$ ligand inhibitor denosumab delays time to first skeletal related event and reduces the skeletal morbidity rate. Radionuclides are another treatment option for bone pain. New targeted therapies and radionuclides are still under investigation. In this review we will focus on mechanisms of bone metastasis and its medical treatment in breast cancer patients.
Su, Xiang-Dong;Yang, Seo Y;Shrestha, Saroj K;Soh, Yunjo
Journal of Veterinary Science
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제23권4호
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pp.47.1-47.11
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2022
Background: In lipopolysaccharide-induced RAW264.7 cells, Aster tataricus (AT) inhibits the nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells and MAPKs pathways and critical pathways of osteoclast development and bone resorption. Objectives: This study examined how aster saponin A2 (AS-A2) isolated from AT affects the processes and function of osteoclastogenesis induced by receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand (RANKL) in RAW264.7 cells and bone marrow macrophages (BMMs). Methods: The cell viability, tartrate-resistant acid phosphatase staining, pit formation assay, polymerase chain reaction, and western blot were carried out to determine the effects of AS-A2 on osteoclastogenesis. Results: In RAW264.7 and BMMs, AS-A2 decreased RANKL-initiated osteoclast differentiation in a concentration-dependent manner. In AS-A2-treated cells, the phosphorylation of ERK1/2, JNK, and p38 protein expression were reduced considerably compared to the control cells. In RAW264.7 cells, AS-A2 suppressed the RANKL-induced activation of osteoclast-related genes. During osteoclast differentiation, AS-A2 suppressed the transcriptional and translational expression of NFATc1 and c-Fos. AS-A2 inhibited osteoclast development, reducing the size of the bone resorption pit area. Conclusion: AS-A2 isolated from AT appears to be a viable therapeutic therapy for osteolytic illnesses, such as osteoporosis, Paget's disease, and osteogenesis imperfecta.
Objective: Orthodontic root resorption (ORR) due to orthodontic tooth movement is a difficult treatment-related adverse event. Caspases are important effector molecules for apoptosis. At present, little is known about the mechanisms underlying ORR and apoptosis in the cementum. The aim of the present in vivo study was to investigate the expression of tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP), caspase 3, caspase 8, and receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand (RANKL) in the cementum in response to a heavy or an optimum orthodontic force. Methods: The maxillary molars of male Wistar rats were subjected to an orthodontic force of 10 g or 50 g using a closed coil spring. The rats were sacrificed each experimental period on days 1, 3, 5, and 7 after orthodontic force application. And the rats were subjected to histopathological and immunohistochemical analyses. Results: On day 7 for the 50-g group, hematoxylin and eosin staining revealed numerous root resorption lacunae with odontoclasts on the root, while immunohistochemistry showed increased TRAP- and RANKL-positive cells. Caspase 3- and caspase 8-positive cells were increased on the cementum surfaces in the 50-g group on days 3 and 5. Moreover, the number of caspase 3- and caspase 8-positive cells and RANKL-positive cells was significantly higher in the 50-g group than in the 10-g group. Conclusions: In our rat model, ORR occurred after apoptosis was induced in the cementum by a heavy orthodontic force. These findings suggest that apoptosis of cementoblasts is involved in ORR.
Objectives: This study was performed to evaluate effects of Sochungryong-tang Extract(SRE) on osteoclast differentiation and bone resorptionin order to find out the possibility for clinical use in preventing and treating osteoporosis. Methods: To evaluate the effect of SRE on osteoclast differentiation, we induced RAW 264. 7 cells to be differentiated to osteoclasts by RANKL (receptor activator of nuclear $factor-{\kappa}B$ ligand). We measured effect on TRAP (Tartrate-resistant acid phosphatase), NFATc, cathepsin K, MMP-9, inflammation related factors, histogenesis factors and bone resorption. Results: SRE decreased osteoclast differentiation, and also decreased expression of bone resorbing factors such as MMP-9, cathepsin K, TRAP, NFATc1, MITF, c-Fos, osteoclast stimulatory transmembrane protein, calcitonin receptor in RANKL-induced osteoclast. SRE also decreased Cyclooxygenase-2, indusible nitric oxide synthase, $TNF-{\alpha}$, which are thought to be related with the inflammatory bone destruction. Conclusion: SRE inhibits osteoclast differentiation and bone resorption. The results indicate that the BHT extract can potentially be applied for preventing and treating osteoporosis.
Osteoporosis is a progressive bone disease characterized by low bone mass which is caused by disturbance in the balance between the activities of osteoblasts and osteoclasts. Postmenopausal osteoporosis is one of the most common disorders in women after menopause, which is linked to an estrogen deficiency and characterized by an excessive loss of trabecular bone. Rubus coreanus has been used for their various pharmacological properties in Asia as a traditional medicine. To investigate the effect of unripe fruits of R. coreanus 30% ethanol extract (RCE) on osteoblast-like cells (MG63) differentiation, we examined the effects of RCE on in vitro osteoblastic differentiation markers, alkaline phosphatase (ALP) activity and receptor activator of nuclear factor ${\kappa}$-B ligand (RANKL) and osteoprotegerin (OPG) expression. The high concentration (50 and $100{\mu}g/mL$) of RCE markedly increased ALP activity, whereas decreased the RANKL/OPG. We also investigated the effect of RCE on M-CSF plus RANKL-induced differentiation of pre-osteoclast cells (RAW 264.7). RCE treatment remarkably inhibited M-CSF/RANKL-induced formation of osteoclast-like multinuclear cells from RAW 264.7 cells. Moreover, the inhibitory effect of RCE was reduced by selective estrogen receptor-${\alpha}$ antagonist. Our research suggests that suggested that unripe fruits of R. coreanus may act beneficial effects on bone mass by regulating both osteoblast and osteoclast.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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