Chicken calvarial bone is known to contain various cell types, but their exact composition is unknown. By characterizing the chicken calvarial bone biochemically, it can be used to study biochemical, histochemical actions of bone cells in general. Calvaria of 18-day-old white leg horn embryo was aseptically dissected and bone cell populations were isolated by sequential enzymatic digestion. Histochemical study for osteoclast-like bone cell. population was performed with tartrate resistant acid phosphatase(TRAP) stain and for osteoblast-like bone cell population, alkaline phosphatase(ALP) stain was performed. Biochemical study for osteoblast-like bone cell population was performed using alkaline phosphatase(ALP) assay. Following conclusions were obtained from this study. 1. TRAP positive multi and mononuclear cells were mostly observed in group I and II, indicating that osteoclast-like bone cell population is mostly found in these groups. 2. All the cultured groups showed almost equal ALP activities and were positive for ALP stain, indicating that osteoblast-like bone cell population is evenly dispersed in all culture groups. 3. Experimental group treated with $1,25(OH)_{2}D_3$ showed increase in ALP activity in contrast to the control group, confirming previous studies that $1,25(OH)_{2}D_3$ increases ALP activities in in vitro bone cultures. 4. Results from von Kossa's stain indicated that in vitro bone formation had occured after 3 weeks of culture with beta-glycero phosphate.
Kim, Kang-Yong;Kim, Se-Won;Kim, Jung-Keun;Ko, Seon-Yle
International Journal of Oral Biology
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v.30
no.2
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pp.39-45
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2005
The present study was performed to investigate whether Achyranthes Radix extracts play roles in the bone metabolism. Three kinds of Achyranthes Radix extracts (methylene chloride (MC), ethylacetate (Ea), and water (W)) were used for bioassay. We examined cellular activities of osteoblasts by measurement of cell proliferation rate, alkaline phosphatase (ALP) activity, and calcified nodule formation. Osteoclast generation was assayed by measuring the number of tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) (+) multinucleated cells after culture of osteoclast precursor cells. There was a maximum 20% increase in proliferation rate of osteoblastic cells after treatment with MC. First and second subfraction of MC layer increased proliferation of osteoblast. Ea layer and second subfraction of MC layer increased ALP activity. Also MC layer and second subfraction of MC layer from Achyranthes Radix extracts increased the calcified nodule. MC layer and second subfraction of MC layer from Achyranthes Radix extracts significantly decreased in the number of TRAP (+) multinucleated cells. Taken together, Achyranthes Radix stimulates the proliferation and bioactivities of bone-forming osteoblasts, and inhibits activities of bone-resorbing osteoclasts.
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.
Park, Bobae;Yu, Sun Nyoung;Kim, Sang-Hun;Lee, Junwon;Choi, Sung Jong;Chang, Jeong Hyun;Yang, Eun Ju;Kim, Kwang-Youn;Ahn, Soon-Cheol
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.32
no.8
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pp.1017-1025
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2022
Bone homeostasis is regulated by constant remodeling through osteogenesis by osteoblasts and osteolysis by osteoclasts and osteoporosis can be provoked when this balance is broken. Present pharmaceutical treatments for osteoporosis have harmful side effects and thus, our goal was to develop therapeutics from intrisincally safe natural products. Fucoidan is a polysaccharide extracted from many species of brown seaweed, with valuable pharmaceutical activities. To intensify the effect of fucoidan on bone homeostasis, we hydrolyzed fucoidan using AMG, Pectinex and Viscozyme. Of these, fucoidan biotransformed by Pectinex (Fu/Pec) powerfully inhibited the induction of tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) activity in osteoclasts differentiated from bone marrow macrophages (BMMs) by the receptor for activation of nuclear factor-κB ligand (RANKL). To investigate potential of lower molecular weight fucoidan it was separated into >300 kDa, 50-300 kDa, and <50 kDa Fu/Pec fractions by ultrafiltration system. The effects of these fractions on TRAP and alkaline phosphatase (ALP) activities were then examined in differentiated osteoclasts and MC3T3-E1 osteoblasts, respectively. Interestingly, 50-300 kDa Fu/Pec suppressed RANKL-induced osteoclasts differentiation from BMMs but did not synergistically enhance osteoblasts differentiation induced by osteogenic agents. In addition, this fraction inhibited the expressions of NFATc1, TRAP, OSCAR, and RANK, which are all key transcriptional factors involved in osteoclast differentiation, and those of Src, c-Fos and Mitf, as determined by RT-PCR. In conclusion, enzymatically low-molecularized 50-300 kDa Fu/Pec suppressed TRAP by downregulating RANKL-related signaling, contributing to the inhibition of osteoclasts differentiation, and represented a potential means of inducing bone remodeling in the background of osteoporosis.
Bone is continuously remodeled by osteoblasts and osteoclasts. We investigated the effects of medicinal herbs, which act on bone metabolism. Fifteen kinds of medicinal herb extracts were screened for bone formation activity with osteoblastic cells, and MC3T3-E1 and bone resorption were screened with osteoclasts derived from mouse bone marrow macrophages. Among these samples, Actinidia polygama, Eucommia ulmoides Oliv., Schizonepeta tenuifolia, Sorbus commixta, and Zingiber officinale Rosc. extracts showed strong bone-forming activity accompanied with osteoblast proliferation and alkaline phosphatase activity. In addition, these extracts decreased tartrate-resistant acid phosphatase activity against osteoclast differentiation. The results indicate that these medicinal herb extracts can potentially prevent bone-related diseases such as osteoporosis by increasing osteoblast differentiation and reducing osteoclast activity.
The present study was undertaken to determine the possible cellular mechanism of action of angiopoietin-2 in bone metabolism. The effects on the osteoblasts were determined by measuring 1) cell viability, 2) alkaline phosphatase (ALP) activity, 3) gelatinase activity, and 4) nitric oxide production. The effects on the osteoclasts were investigated by measuring 1) tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP)(+) multinucleated cells (MNCs) formation, and 2) resorption areas after culturing osteoclast precursors. Angiopoietin-2 treatment showed a significant increase in both the viability and ALP activity of osteoblasts. Angiopoietin-2 increased the activity of gelatinase and nitric oxide production. In addition, angiopoietin-2 decreased the osteoclast generation induced by macrophage-colony stimulating factor (M-CSF) and receptor activator of NF-kB ligand (RANKL), and inhibited osteoclastic activity in (M-CSF)-dependent bone marrow macrophage (MDBM) cell cultures. Taken these results, angiopoietin-2 may be a regulatory protein within the bone marrow microenvironment.
Ecdysteroids are known as insect molting hormone. At the same time, ecdysteroids and plant ecdysteroids (phytoecdysteorids) reveal beneficial effects on mammal. The present study was undertaken to determine the possible cellular mechanism of action of phytoecdysteroids in bone metabolism. The effects on the osteoblasts were determined by measuring cell proliferation, alkaline phosphatase (ALP) activity, and gelatinase activity. The effects on the osteoclasts were investigated by measuring tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP)(+) multinucleated cells (MNCs) formation after culturing osteoclast precursors. Phytoecdysteroid treatment showed a increase in ALP activity of osteoblasts. Phytoecdysteroid increased the activity of gelatinase. In addition, phytoecdysteroid decreased the osteoclast generation induced by macrophage-colony stimulating factor (M-CSF) and receptor activator of NF-kB ligand (RANKL) in (M-CSF)-dependent bone marrow macrophage (MDBM) cell cultures. Taken these results, phytoecdysteroid may be a regulatory protein within the bone marrow microenvironment.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.9
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pp.3358-3365
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2010
This study was carried out to investigate the effect of Sorbus commixta (SC), Geranium thunbergii (GT) and their mixture (SC:GT=1:1, MIX) on inhibition of bone loss and chondral defect. To examine their activities, we measured the alkaline phosphatase (ALP) activity in human osteoblast-like MG-63 cells and performed tartrate-resistant acid phosphate (TRAP) staining in osteoclast differentiated from Raw264.7 cells. To investigate the influence on chondrocyte differentiation, we performed alcian-blue staining in chondrocyte differentiated from ATDC5 cells. All of SC, GT and MIX did not increase ALP activity in MG-63 cells. However, SC and mixture (SC:GT=1:1, MIX) significantly inhibited osteoclastic differentiation. And they also induced chondrocyte differentiation. These results suggest that SC and GT may have a potential for the treatment of bone loss and chondral defect by suppression of osteoclast differentiation and stimulation of chondrocyte differentiation. Therefore, clarification of their mechanisms and active components will be needed.
The purpose of this study was to investigate the alveolar bone turnover in diabetic rat, and to compare the alveolar bone turnover during tooth movement in diabetes with that in normal control Eighty Male Sprague-Dawley strain rats(8th week) were divided into normal control(N), normal-tooth movement (N-tm), diabetes(D), and diabetes-tooth movement(D-tm) groups. Eighteen days before the start of the experiment, diabetes was induced with a single injection of streptozotocin 50 mg/kg of body weight in citrate buffer as vehicle via the tail vein. Maxillary first molars of rats were moved mesially by 40 grams of the closed coil spring. Experimental animals were sacrificed after 1d, 3d, 7d, and 14d experimental period, and the alveolar bone around the maxillary first molars were assayed biochemically for acid phsophatase(ACP) and tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) as bone resorption markers, and alkaline phosphatase(ALP) and osteocalcin(OC) as bone formation markers. TRAP and OC concentration in serum and alveolar bone of D group were lower than those in N group, and especially OC concentration decreased mote following diabetes prolonged, which showed the decreased skeletal and alveolar bone resorption and formation potential in diabetic rats. In N-tm group compared with N group, alveolar bone ACP and TRAP concentrations were highest at 1d and 3d(p<0.01), decreased after then, and showed lowest at 14d, and alveolar bone OC concentration was higher at 3d, 7d, and 14d(p<0.001) and showed a tendency of peak level at 7d. which showed the peak of concentration of bone resorption markets at 1d-3d and those of bone formation markers at 7d. In D-tm group compared with N group, alveolar bone ACP and TRAP concentrations were higher at 3d, 7d and 14d(p<0.001), and tended to reach peak value at 7d and persisted through 14d, and alveolar bone ALP and OC concentration increased but not different from that of N group. The amount of tooth movement in D group were greater than that of N group at all experimental period. Those results were suggested that during diabetes, the alveolar and skeletal bone undergo low bone turnover and the mote amount of tooth movement, hut because the peak time of alveolar bone resorption activity was delayed and sustained in longer period of tooth movement and alveolar bone formation activity is lower than that of normal tooth movement, the periodontal space is supposed to be larger doting tooth movement.
Osteoprotegerin (OPG) is a secreted glycoprotein that regulates bone resorption by inhibiting differentiation and activation of osteoclast, thereby potentially useful for the treatment of many bone diseases associated with increased bone loss. In this study, we designed a novel cDNA expression cassette by modifying the potent and mammary gland-specific goat ${\beta}$-casein/hGH hybrid gene construct and examined human OPG (hOPG) cDNA expression in transgenic mice. Six transgenic mice all successfully expressed hOPG in their milk at the level of 0.06-2,000 ${\mu}g/ml$. An estimated molecular weight of the milk hOPG was 55 kDa in SDS-PAGE, which is the same as a naturally glycosylated monomer. This hOPG expression was highly specific to the mammary glands of transgenic mice. hOPG mRNA was not detected in any organs analyzed except mammary gland. Functional integrity of milk hOPG was evaluated by TRAP (tartrate-resistant acid phosphatase) activity assay in bone marrow cell cultures. OPG ligand (OPG-L) treatment increased TRAP activity by two fold but it was completely abolished by co-treatment with transgenic milk containing hOPG. Taken together, our novel cDNA expression cassette could direct an efficient expression of biologically active hOPG, a potential candidate pharmaceutical for bone diseases, only in the mammary gland of transgenic mice.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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