This study investigated whether orthodontic force influences the production of osteoprotegerin (OPG) and receptor activator of nuclear factor-kappa B ligand (RANKL) in vivo, both of which are affected by cortical activation. Mechanical force was applied to the maxillary premolars of orthodontic patients by fitting the transpalatal arch prior to cortical activation of the gingival tissue. Gingival crevicular fluid (GCF) samples were then collected from each patient using paper strips before and after 1, 3, 7 or 14 days of treatment. The OPG and RANKL levels in the GCF were determined by enzyme-linked immunosorbent assays. The levels of OPG were significantly increased after 1 day of fitting the appliance and decreased to basal levels at 3 days after fitting. In contrast, the RANKL levels were dramatically decreased at 1 day after fitting, but recovered to those of the untreated control at 3 days after the force application. The force-mediated changes in the OPG and RANKL levels of the GCF were unaffected by cortical activation during these experimental periods. Collectively, these results suggest that an acute and severe change between the OPG and RANKL levels plays an important role in stimulating the cellular responses required for alveolar bone remodeling by orthodontic treatment.
Osteoprotegerin (OPG), receptor activator of NF-${\kappa}B$ ligand (RANKL)/receptor activator of NF-${\kappa}B$ (RANK) axis, and TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) participate in vascular calcification process including atherosclerosis, but their contributions under high glucose (HG) and phosphate (HP) condition for a long-term period (more than 2 weeks) have not been fully determined. In this study, we evaluated the effects of HG and HP levels over 2 or 4 weeks on the progression of vascular calcification in rat vascular smooth muscle cells (VSMCs). Calcium deposition in VSMCs was increased in medium containing HG (30 mmol/L D-glucose) with ${\beta}$-glycerophosphate (${\beta}$-GP, 12 mmol/L) after 2 weeks and increased further after 4 weeks. OPG mRNA and protein expressions were unchanged in HG group with or without ${\beta}$-GP after 2 weeks. However, after 4 weeks, OPG mRNA and protein expressions were significantly lower in HG group with ${\beta}$-GP. No significant expression changes were observed in RANKL, RANK, or TRAIL during the experiment. After 4 weeks of treatment in HG group containing ${\beta}$-GP and rhBMP-7, an inhibitor of vascular calcification, OPG expressions were maintained. Furthermore, mRNA expression of alkaline phosphatase (ALP), a marker of vascular mineralization, was lower in the presence of rhBMP-7. These results suggest that low OPG levels after long term HG and phosphate stimulation might reduce the binding of OPG to RANKL and TRAIL, and these changes could increase osteo-inductive VSMC differentiation, especially vascular mineralization reflected by increased ALP activity during vascular calcification.
Purpose: Despite the high success rates of endosseous dental implants, their placement is restricted according to the height and volume of bone available. The use of short or mini dental implants could be one way to overcome this limitation. Thus, this study aimed to compare standard, short, and mini dental implants with regard to associated clinical parameters and peri-implant crevicular fluid (PICF) levels of cathepsin-K (CTSK), RANK ligand (RANKL), and osteoprotegerin (OPG), after prosthodontic loading. Methods: A total of 78 non-submerged implants (Euroteknika, $Aesthetica^{+2}$, Sallanches, France) were installed in 30 subjects (13 male, 17 female; range, 26-62 years) who visited the clinic of the Periodontology Department, Faculty of Dentistry, Selcuk University. Sampling and measurements were performed on the loading date (baseline) and 2, 14, and 90 days after loading. Assessment of the peri-implant status for the implant sites was performed using the pocket probing depth (PPD), modified plaque index, modified gingival index, modified sulcular bleeding index, and radiographic signs of bone loss. PICF samples collected from each implant were evaluated for CTSK, RANKL, and OPG levels using the ELISA method. Keratinized tissue and marginal bone loss (MBL) were also noted. Results: Clinical parameters statistically significantly increased in each group but did not show statistical differences between groups without PPD. Although implant groups showed a higher MBL in the upper jaw, only the standard dental group demonstrated a statistically significant difference. At 90 days, the OPG:sRANKL ratio and total amounts of CTSK for each group did not differ from baseline. Conclusions: Within the limitations of this study, both short and mini dental implants were achieving the same outcomes as the standard dental implants in the early period after loading.
Ha, Woo-Hun;Hwang, Dae-Seok;Kim, Yong-Deok;Shin, Sang-Hun;Kim, Uk-Kyu;Kim, Jong-Ryoul;Chung, In-Kyo
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.33
no.2
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pp.94-102
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2007
The ameloblastoma is a common odontogenic tumor of the jaw bone and represents approximately 1% of tumor in the jaw. However, it might be able to infiltrate into the adjacent tissue, causing bony destruction and high recurrent rate. In this study, expression of RANKL and OPG in ameloblastoma in relation to age and gender of patient and recurrence, location of the lesion were examined through immunohistochemisry study. The RANKL and OPG antibody staining were used. The obtained result were as follow. 1. Positive immunoreactivity to RANKL/OPG in all specimens was found. 2. 1n recurrenc, location of ameloblastoma and age, gender of patients using immunohistochemical expression of RANKL. There was not significant difference. 3. 1n recurrence, location of ameloblastoma and age, gender of patients using immunohistochemical expression of OPG. There was not significant difference. In summary, it is suggested that activation of osteoclasts by RANKL is an important mechanism by which ameloblastomas cause bone destruction.
Kim, Su Young;Ok, Hwoe Gyeong;Birkenmaier, Christof;Kim, Kyung Hoon
The Korean Journal of Pain
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v.30
no.2
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pp.86-92
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2017
Osteoblasts, originating from mesenchymal cells, make the receptor activator of the nuclear factor kappa B ligand (RANKL) and osteoprotegerin (OPG) in order to control differentiation of activated osteoclasts, originating from hematopoietic stem cells. When the RANKL binds to the RANK of the pre-osteoclasts or mature osteoclasts, bone resorption increases. On the contrary, when OPG binds to the RANK, bone resorption decreases. Denosumab (AMG 162), like OPG (a decoy receptor), binds to the RANKL, and reduces binding between the RANK and the RANKL resulting in inhibition of osteoclastogenesis and reduction of bone resorption. Bisphosphonates (BPs), which bind to the bone mineral and occupy the site of resorption performed by activated osteoclasts, are still the drugs of choice to prevent and treat osteoporosis. The merits of denosumab are reversibility targeting the RANKL, lack of adverse gastrointestinal events, improved adherence due to convenient biannual subcutaneous administration, and potential use with impaired renal function. The known adverse reactions are musculoskeletal pain, increased infections with adverse dermatologic reactions, osteonecrosis of the jaw, hypersensitivity reaction, and hypocalcemia. Treatment with 60 mg of denosumab reduces the bone resorption marker, serum type 1 C-telopeptide, by 3 days, with maximum reduction occurring by 1 month. The mean time to maximum denosumab concentration is 10 days with a mean half-life of 25.4 days. In conclusion, the convenient biannual subcutaneous administration of 60 mg of denosumab can be considered as a first-line treatment for osteoporosis in cases of low compliance with BPs due to gastrointestinal trouble and impaired renal function.
Phosphodiesterase (PDE) 4 is an enzyme that degrades intracellular cAMP. In the present study, the effect of rolipram, a specific phosphodiesterase (PDE) 4 inhibitor, on osteoclast formation was investigated. Rolipram induced osteoclast formation in cocultures of mouse bone marrow cells and calvarial osteoblasts. This activity was not observed in the absence of calvarial osteoblasts, suggesting that calvarial osteoblasts are likely target cells of rolipram. Osteoclast formation by rolipram was completely blocked by the addition of osteoprotegerin (OPG), a soluble decoy receptor for the osteoclast differentiation factor, TNF-related activation-induced cytokine (TRANCE, identical to RANKL, ODF, and OPGL). Northern blot analysis revealed the effect of rolipram to be associated with the increased expression of TRANCE mRNA in mouse calvarial osteoblasts. Collectively, these data indicate that PDE4 inhibitor up-regulates the TRANCE mRNA expression in osteoblasts, which in turn controls osteoclast formation.
Kim, Jung-Keun;Kim, Se-Won;Kim, Hae-Young;Lee, Byung-Eui;Ko, Seon-Yle
International Journal of Oral Biology
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v.32
no.1
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pp.23-34
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2007
We performed the present study to investigate whether Rehmannia glutinosa Libosch (RG) extracts (RGX) and Eleutherococcus senticosus Max (ES) extracts (ESX) play any roles in bone metabolism. We examined cellular activities of bone cells by measurement of osteoblastic cell viability, osteoprotegerin (OPG) secretion from osteoblasts, osteoclastogenesis, and osteoclastic activity. There is no cytotoxicity from osteoblasts after treatment with RGX and ESX. The secretion of OPG from the osteoblasts showed marked increases after treatment with RGX and ESX. In addition, RGX and ESX treatment decreased the number of tartrate-resistant acid phosphatase-positive multinucleated cells and the resorption areas. RGX and ESX, when mixed at optimal ratios, induced synergic effects, in vitro. OPB, which showed synergic effects, is the extract of natural ingredients RG and ES mixed at a raw material weight ratio of 4 : 1. It can be suspected that extracts of RG and ES mixtures contains active ingredients involved in bone tissue metabolism and may be effective in improving osteoporosis.
Bone remodeling is a continuous process of skeletal renewal during which bone formation is tightly coupled to bone resorption. Mechanical loading is an important regulator of bone formation and resorption. In recent studies, neurotransmitters such as vasoactive intestinal peptide (VIP) were found to be present inside bone tissue and have been suggested to potentially regulate bone remodeling. In this study, our objective was to use a pre-established in vitro oscillatory fluid flow-induced shear stress mechanical loading system to quantify the effect of VIP on bone resorptive activity and investigate its combined effect with mechanical loading. VIP decreased osteoclastogenesis significantly decreased RANKL/OPG mRNA ration by approximately 90%. Combined VIP and mechanical loading further decreased RANKL/OPG ratio to approximately 95%. These results suggest that VIP present in bone tissue may synergistically act with mechanical loading to regulate bone remodeling via suppression of bone resorptive activities.
Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hBMMSCs) must differentiate into osteogenic cells to allow for successful bone regeneration. In this study, we investigated the effects of different combinations of three soluble osteogenic differentiation-inducing factors [L-ascorbic acid (AC), ${\beta}$-glycerophosphate (${\beta}G$), and bone morphogenic protein-2 (BMP-2)] and the presence of a hydroxyapatite (HA) substrate on hBMMSC osteogenic differentiation in vitro. hBMMSCs were cultured in medium containing various combinations of the soluble factors on culture plates with or without HA coating. After 7 days of culture, alkaline phosphatase (ALP) activity, calcium deposition, and osteoprotegerin (OPG) and osteopontin (OPN) expression were measured. The effects of individual and combined factors were evaluated using a factorial analysis method. BMP-2 predominantly affected expression of early markers of osteogenic differentiation (ALP and OPG). HA had the highest positive effect on OPN expression and calcium deposition. The interaction between AC, ${\beta}G$, and HA had the second highest positive effect on ALP activity.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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