Rheumatoid arthritis is a chronic inflammatory disease that leads to bone and cartilage erosion. The inhibition of osteoblast differentiation by the inflammatory factor TNF-${\alpha}$ is critical for the pathogenesis of rheumatoid arthritis. To modulate TNF-${\alpha}$ mediated inhibition of osteoblast differentiation is required to improve therapeutic efficacy of rheumatoid arthritis. Here, we explored the potential role of rocaglamide-A, a component of Aglaia plant, in osteoblast differentiation. Rocaglamide-A prevented TNF-${\alpha}$ mediated inhibition of osteoblast differentiation, and promoted osteoblast differentiation directly, in both C2C12 and primary mesenchymal stromal cells. Mechanistically, Rocaglamide-A inhibited the phosphorylation of NF-${\kappa}B$ component p65 protein and the accumulation of p65 in nucleus, which resulted in the diminished NF-${\kappa}B$ responsible transcriptional activity. Oppositely, overexpression of p65 reversed rocaglamide-A's protective effects on osteoblast differentiation. Collectively, rocaglamide-A protected and stimulated osteoblast differentiation via blocking NF-${\kappa}B$ pathway. It suggests that rocaglamide-A may be a good candidate to develop as therapeutic drug for rheumatoid arthritis associated bone loss diseases.
Although tectorigenin (TG), a major compound in the rhizome of Belamcanda chinensis, is conventionally used for the treatment of inflammatory diseases, its effects on osteogenesis and osteoclastogenesis have not been reported. The objective of this study was to investigate the effects and possible underlying mechanism of TG on in vitro osteoblastic differentiation and in vivo bone formation, as well as in vitro osteoclast differentiation and in vivo bone resorption. TG promoted the osteogenic differentiation of primary osteoblasts and periodontal ligament cells. Moreover, TG upregulated the expression of the BMP2, BMP4, and Smad-4 genes, and enhanced the expression of Runx2 and Osterix. In vivo studies involving mouse calvarial bone defects with ${\mu}CT$ and histologic analysis revealed that TG significantly increased new bone formation. Furthermore, TG treatment inhibited osteoclast differentiation and the mRNA levels of osteoclast markers. In vivo studies of mice demonstrated that TG caused the marked attenuation of bone resorption. These results collectively demonstrated that TG stimulated osteogenic differentiation in vitro, increased in vivo bone regeneration, inhibited osteoclast differentiation in vitro, and suppressed inflammatory bone loss in vivo. These novel findings suggest that TG may be useful for bone regeneration and treatment of bone diseases.
Biomedical applications of electrospun nanofibrous meshes have been receive tremendous attentions because of their unique structures and versatilities as novel biomaterials. Incorporation of growth factors in fibrous meshes can be performed by surface-modification and encapsulation. Those growth factors stimulate differentiation and proliferation of specific types of cells and thus lead tissue regenerations of specific cell types. Topographical cues of electrospun nanofibrous meshes also increase differentiation of specific cell types according to alignments of fibrous structures. Wound healing treatments of diabetic ulcers were performed using nanofibrous meshes encapsulating multiple growth factors. Aligned nanofibrous meshes and those with random configuration were compared for differentiating mesenchymal stem cells into neuronal cells. Thus, nanofibrous meshes can be applied to novel drug delivery carriers and matrix for promoting cellular proliferation.
The amphetamine derivative 3,4-methylenedioxymethamphetamine (MDMA) is a potent monoaminergic neurotoxin with the potential to cause serotonergic neurotoxicity, but has become a popular recreational drug. Little has been known about the cellular effects induced by MDMA. This report shows that MDMA inhibits neuronal cell growth and differentiation. MDMA suppressed neuronal cell growth. The results of quantitative real-time PCR analysis showed that Egr-1 expression is elevated in mouse embryo and neuroblastoma cells after MDMA treatment. Transiently transfected Egr-1 interfered with the neuronal differentiation of neuroblastoma cells such as SH-SY5Y and PC12 cells. These findings provide evidence that the abuse of MDMA during pregnancy may impair neuronal development via an induction of Egr-1 over-expression.
The 3' UTR (3' untranslated region) plays important roles in controlling gene expression through regulating 3' polyadenylation, mRNA export, subcellular localization, translational efficiency, and mRNA stability. Changes in the 3' UTR sequence in an expressed transcript can result in functional changes of the genes that are expressed in pathological conditions compared with those genes expressed in normal physiologic conditions. A genome-wide survey of 3' UTR variation was performed for the genes expressed during hematopoietic differentiation from CD34+ stem/progenitor cells to CD 15 + myeloid progenitor cells. Wide-spread differential usage of the 3' UTR was observed from the genes expressed during this cellular transition. This study implies that the 3' UTR can be a highly coordinated region for post-transcriptional regulation of the function of expressed genes.
Approximately 200 individual skeletal elements, which differ in shape and size, are the building blocks of the vertebrate skeleton. Various features of the individual skeletal elements, such as their location, shape, growth and differentiation rate, are being determined during embryonic development. A few skeletal elements, such as the lateral halves of the clavicle and parts of the skull are formed by a process called intramembranous ossification, whereby mesenchymal cells differentiate directly into osteoblasts, while the majority of skeletal elements are formed via endochondral ossification. The latter process starts with the formation of a cartilaginous template, which eventually is being replaced by bone. This requires co-regulation of differentiation of the cell-types specific for cartilage and bone, chondrocytes and osteoblasts, respectively. In recent years it has been demonstrated that Wnt family members and their respective intracellular pathways, such as non-canonical and the canonical $Wnt/{\beta}$-catenin pathway, play important and diverse roles during different steps of vertebrate skeletal development. Based on the recent discoveries modulation of the canonical Wnt-signaling pathway could be an interesting approach to direct stem cells into certain skeletal lineages.
Transforming growth factor ${\beta}1$$(TGF{\beta}1)/Smad4$ signaling plays a pivotal role in maintenance of the dynamic balance between bone formation and resorption. The microRNA miR-155 has been reported to exert a significant role in the differentiation of macrophage and dendritic cells. The goal of this study was to determine whether miR-155 regulates osteoclast differentiation through $TGF{\beta}1/Smad4$ signaling. Here, we present that $TGF{\beta}1$ elevated miR-155 levels during osteoclast differentiation through the stimulation of M-CSF and RANKL. Additionally, we found that silencing Smad4 attenuated the upregulation of miR-155 induced by $TGF{\beta}1$. The results of luciferase reporter experiments and ChIP assays demonstrated that $TGF{\beta}1$ promoted the binding of Smad4 to the miR-155 promoter at a site located in 454 bp from the transcription start site in vivo, further verifying that miR-155 is a transcriptional target of the $TGF{\beta}1/Smad4$ pathway. Subsequently, TRAP staining and qRT-PCR analysis revealed that silencing Smad4 impaired the $TGF{\beta}1$-mediated inhibition on osteoclast differentiation. Finally, we found that miR-155 may target SOCS1 and MITF to suppress osteoclast differentiation. Taken together, we provide the first evidence that $TGF{\beta}1/Smad4$ signaling affects osteoclast differentiation by regulation of miR-155 expression and the use of miR-155 as a potential therapeutic target for osteoclast-related diseases shows great promise.
The root and rhizomes of Nardostachys chinensis belonging to the family Valerianaceae has been used for medicinal therapy in Korean traditional medicine. The parts have been especially used to elicit stomachic and sedative effects. Our previous studies reported that the water extract of N. chinensis has induced granulocytic differentiation inhuman promyelocytic leukemia (HL-60) cells. The Mitogen-activated protein kinases (MAPKs) are serine/threonine kinases involved in the regulation of various cellular responses, such as cell proliferation, differentiation and apoptosis. In this study, we investigated the signaling pathways on the HL-60 cell differentiation induced by N. chinensis. Activation of extracellular signal-regulated kinase (ERK) increased time-dependently in differentiation of HL-60 cells induced by N. chinersis. Activation of p38 increased slightly at 24 h after N. chinensis treatment, but activation of c-jun N-terminal kinase (JNK) was unaffected. Inhibitor of ERK (PD98059) significantly reduced NBT reduction activity induced by N. chinensis in HL-60 cells. In contrast, p38 inhibitor (SB203580) did not inhibit the cell differentiation. These results indicated that activaiton of ERK may De involved in HL-60 cell differentiation induced by N. chinensis.
Jeong, Haengdueng;Lim, Kyung-Min;Goldenring, James R.;Nam, Ki Taek
Biomolecules & Therapeutics
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제27권6호
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pp.553-561
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2019
Rab25, a member of the Rab11 small GTPase family, is central to achieving cellular polarity in epithelial tissues. Rab25 is highly expressed in epithelial cells of various tissues including breast, vagina, cervix, the gastrointestinal tract, and skin. Rab25 plays key roles in tumorigenesis, mainly by regulating epithelial differentiation and proliferation. However, its role in skin physiology is relatively unknown. In this study, we demonstrated that Rab25 knock-out (KO) mice show a skin barrier dysfunction with high trans-epidermal water loss and low cutaneous hydration. To examine this observation, we investigated the histology and epidermal differentiation markers of the skin in Rab25 KO mice. Rab25 KO increased cell proliferation at the basal layer of epidermis, whereas the supra-basal layer remained unaffected. Ceramide, which is a critical lipid component for skin barrier function, was not altered by Rab25 KO in its distribution or amount, as determined by immunohistochemistry. Notably, levels of epidermal differentiation markers, including loricrin, involucrin, and keratins (5, 14, 1, and 10) increased prominently in Rab25 KO mice. In line with this, depletion of Rab25 with single hairpin RNA increased the expression of differentiation markers in a human keratinocyte cell line, HaCaT. Transcriptomic analysis of the skin revealed increased expression of genes associated with skin development, epidermal development, and keratinocyte differentiation in Rab25 KO mice. Collectively, these results suggested that Rab25 is involved in the regulation of epidermal differentiation and proliferation.
Adipose tissue-derived mesenchymal stem cells (ADSCs) are promising for regenerating degenerated intervertebral discs (IVDs), but the low efficiency of nucleus pulposus (NP)-specific differentiation limits their clinical applications. The Sonic hedgehog (Shh) signaling pathway is important in NP-specific differentiation of ADSCs, and Smoothened Agonist (SAG) is a highly specific and effective agonist of Shh signaling. In this study, we proposed a new differentiation strategy with the use of the small molecule SAG. The NP-specific differentiation and extracellular matrix (ECM) synthesis of ADSCs were measured in vitro, and the regenerative effects of SAG pretreated ADSCs in degenerated IVDs were verified in vivo. The results showed that the combination of SAG and transforming growth factor-${\beta}3$ ($TGF-{\beta}3$) is able to increase the ECM synthesis of ADSCs. In addition, the gene and protein expression levels of NP-specific markers were increased by treatment with SAG and $TGF-{\beta}3$. Furthermore, SAG pretreated ADSCs can also improve the disc height, water content, ECM content, and structure of degenerated IVDs in vivo. Our new differentiation scheme has high efficiency in inducing NP-specific differentiation of ADSCs and is promising for stem cell-based treatment of degenerated IVDs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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