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.
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.
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.
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.
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.
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.
Effects of culture supernatants of Lactobacillus reuteri MG5346 (CS-MG5346) on receptor activator of nuclear factor-kappa B ligand (RANKL)-induced osteoclastogenesis were examined. CS-MG5346 treatment up to 400 ㎍/mL significantly reduced tartrate-resistant acid-phosphatase (TRAP) activity, the phenotype biomarker of osteoclast, without affecting cell viability. CS-MG5346 inhibited the expression of osteoclast specific transcriptional factors (c-fos and nuclear factor-activated T cells c1) and their target genes (TRAP, cathepsin, and matrix metallo-proteinase-9) in a dose-dependent manner (p<0.05). The administration of L. reuteri MG5346 (2×108 CFU/day) for 8 wks significantly improved furcation involvement, but no difference was observed in alveolar bone loss in ligature-induced experimental periodontitis rats. The elevated RANKL/osteoprotegerin ratio, the biomarker of periodontitis, was significantly lowered in the gingival tissue by administration of L. reuteri MG5346 (p<0.05). L. reuteri MG5346 showed excellent stability in simulated stomach and intestinal fluids and did not have antibiotic resistance. Based on the results, L. reuteri MG5346 has the potential to be a promising probiotic strain for oral health.
Ra-Yeong Choi;Bong Sun Kim;Sohyun Park;Minchul Seo;Joon Ha Lee;HaeYong Kweon;In-Woo Kim
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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제48권1호
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pp.13-18
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2024
The rice field grasshopper, Oxya chinensis sinuosa (OC), has traditionally been utilized in Korea for various purposes; however, its potential benefits in the context of osteoporosis remain unclear. The results revealed that OC ethanol extract (OCE) significantly inhibited the formation and activity of tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP)-positive cells in receptor activator of nuclear factor-κB ligand (RANKL)-stimulated RAW264.7 cells. Furthermore, OCE, at concentrations ranging from 100 to 400 ㎍/mL, demonstrated a dose-dependent reduction in the protein expression of osteoclast-specific markers, including nuclear factor of activated T cell cytoplasmic 1, c-Src, and TRAP, when compared to RANKL stimulation alone. Additionally, OCE significantly inhibited RANKL-induced activation of p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) and c-Jun N-terminal kinase (JNK) but not the activation of extracellular signal-regulated kinase. Collectively, these results indicate that OCE suppresses osteoclastogenesis by attenuating the phosphorylation of p38 MAPK and JNK. Consequently, these findings suggest that OCE holds promise for the prevention of osteoporosis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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