Jang, Jin Sun;Kang, In Soon;Cha, Young-Nam;Lee, Zang Hee;Dinauer, Mary C;Kim, Young-June;Kim, Chaekyun
BMB Reports
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v.52
no.11
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pp.659-664
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2019
Vav1 is a Rho/Rac guanine nucleotide exchange factor primarily expressed in hematopoietic cells. In this study, we investigated the potential role of Vav1 in osteoclast (OC) differentiation by comparing the ability of bone marrow mononuclear cells (BMMCs) obtained from Vav1-deficient ($Vav1^{-/-}$) and wild-type (WT) mice to differentiate into mature OCs upon stimulation with macrophage colony stimulating factor and receptor activator of nuclear kappa B ligand in vitro. Our results suggested that Vav1 deficiency promoted the differentiation of BMMCs into OCs, as indicated by the increased expression of tartrate-resistant acid phosphatase, cathepsin K, and calcitonin receptor. Therefore, Vav1 may play a negative role in OC differentiation. This hypothesis was supported by the observation of more OCs in the femurs of $Vav1^{-/-}$ mice than in WT mice. Furthermore, the bone status of $Vav1^{-/-}$ mice was analyzed in situ and the femurs of $Vav1^{-/-}$ mice appeared abnormal, with poor bone density and fewer number of trabeculae. In addition, Vav1-deficient OCs showed stronger adhesion to vitronectin, an ${\alpha}_v{\beta}_3$ integrin ligand important in bone resorption. Thus, Vav1 may inhibit OC differentiation and protect against bone resorption.
Lee, Jeong Ju;Jo, So Hyun;Park, Min Cheol;Jo, Eun Heui
Journal of Acupuncture Research
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v.32
no.3
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pp.27-40
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2015
Objectives : This study was performed to evaluate the effects of water extract of Cervi Parvum Cornu(CPC), Aconiti Lateralis Radix Preparata(ALR), and Yongbu-tang(YBT) on suppression of the receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand(RANKL)-induced osteoclast differentiation and bone resorption. Methods : The effects of CPC, ALR, YBT extracts on osteoclast differentiation were determined by culture of bone marrow macrophage(BMM). The mRNA expression levels of the nuclear factor of activated T-cells cytoplasmic 1(NFATc1), c-Fos and tartrate-resistant acid phosphatase(TRAP) in BMMs were analyzed by reverse transcriptase polymerase chain reaction(RT-PCR). Similarly, the protein expression levels of NFATc1, c-Fos, mitogen-activated protein kinase(MAPK)s and ${\beta}$-actin in cell lysates were measured by western blotting. In addition, effects of CPC, ALR and YBT extracts were determined by means of Lipopolysaccharide(LPS)-induced bone-loss with mice. Results : CPC, ALR and YBT extracts showed remarkable inhibition on RANKL-induced osteoclast differentiation without cytotoxicity. CPC and ALR extracts significantly reduced the protein expression level of NFATc1. YBT extract significantly reduced the mRNA expression levels of c-Fos, NFATc1 and the protein expression levels of c-Fos, NFATc1, AKT, p38, c-Jun N-terminal kinase(JNK). Further, YBT extract suppressed degradation of$ I-{\kappa}B$. And ALR extract significantly restored the bone erosion by LPS treatment in mice. Conclusions : YBT extract showed more remarkable inhibition on osteoclast differentiation than CPC and ALR extracts in vitro. ALR extract showed remarkable inhibition on bone resorption in vivo. Thus, YBT extract can be a useful treatment for bone-loss diseases such as osteoporosis.
Osteoporosis is a disease that increases the risk of fracture by decreasing the mass and strength of bone. It is caused by imbalance of osteoclast bone formation and osteoclast bone resorption. Bone formation by osteoblast is activated via bone morphogenetic proteins and runt-related transcription factor 2. $Wnt/{\beta}-catenin$ signaling and bone resorption by osteoclast are initiated by the binding of receptor activator of nuclear $factor-{\kappa}B$ ligand and receptor activator of nuclear $factor-{\kappa}B$. Menopausal women are at risk for many diseases due to hormonal imbalances, and osteoporosis is the most common metabolic disorder in 30% of postmenopausal women. When estrogen is deficient, bone resorption of osteoclasts is promoted, and the risk of osteoporosis especially increases in postmenopausal women. Hormone replacement therapy has been widely used to relieve or treat the symptoms of menopausal syndrome. However, long-term administration of hormone therapy has been associated with a high risk of side effects, such as breast cancer, ovarian cancer, and uterine cancer. Recently, phytochemicals have been actively studied as a phytoestrogen, which has an estrogen-like activity to cope with symptoms of menopausal syndrome. Therefore, in this review, we investigated the differentiation mechanism of osteoblast and osteoclast and the role of estrogen and phytoestrogen in bone metabolism in relation to previous studies.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.26
no.4
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pp.506-510
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2012
Bone homeostasis is regulated by the balance between bone-resorbing osteoclasts and bone-forming osteoblasts. Osteoporosis, rheumatoid arthritis and periodontal disease are related with up-regulated osteoclast formation and its activity. Gol-Swae-Bo(Drynariae Rhizoma) is widely used on skeletal disease. In this study, we sought to examine the effect of Drynariae Rhizoma in RANKL-induced osteoclast differentiation. The extract of Drynariae Rhizoma inhibited RANKL-induced osteoclast differentiation in a dose dependent manner without cytotoxicity. receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand(RANKL) mediated $I{\kappa}B$ degradation in bone marrow macrophages(BMMs). However, the extract of Drynariae Rhizoma inhibited RANKL induced $I{\kappa}B$ degradation in BMMs. And mRNA expression of OSCAR, TRAP, c-Fos and NFATc1 was suppressed by the extract of Drynariae Rhizoma. Moreover, the extract of Drynariae Rhizoma inhibited the protein expression of NFATc1 and c-Fos induced by RANKL. After all the analysis, these results suggest that Drynariae Rhizoma may be good candidate of medicine in the treatment of bone-related disease.
Objectives : Aconiti Lateralis Preparata Radix (Aconitum Carmichaeli, AC) and Cinnamomi Cortex (Cinnamomi Cortex, CC) have been treated to elderly for kidney yang enhancement in Korean traditional medicine. In this study, the effects of water extract of AC and CC on RANKL (Receptor Activator for Nuclear Factor ${\kappa}B$ Ligand)-induced osteoclast differentiation were evaluated in culture system. Methods : MTT assay was used to evaluate the potential cytotoxicity of AC and CC extracts in bone macrophage marrows (BMMs) stimulated with M-CSF. TRAP (tartrate-resistant acid phosphatase) staining and TRAP activity were performed to know the inhibitory effect on osteoclast differentiation. The protein expression levels of nuclear factors such as activated T cell(NFAT)c1, c-Fos, MAPKs and ${\beta}$-actin in cell lysates treated with AC and CC extracts were analysed by western blotting. Results : AC, CC extracts and their co-administration inhibited significantly RANKL-induced osteoclast differentiation in BMMs in a dose dependent manner without toxicity. Each AC and CC extracts inhibited the phosphorylation of p38. Also, AC and CC extracts, respectively, inhibited the protein expression of c-Fos and NFATc1 more than Co-administration of AC and CC even if all treatments did. It was observed that RANKL-induced degradation of I-${\kappa}B$ is significantly suppressed by all treatments. Conclusions : Taken together, It was concluded that AC and CC have beneficial effect on osteoporosis by inhibition of osteoclast differentiation. Thus, Atractylodis AC and CC could be a treatment option for osteoporosis.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.40
no.6
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pp.291-296
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2014
Objectives: Bisphosphonate-related osteonecrosis of the jaw (BRONJ) is a side effect of bisphophonate therapy that has been reported in recent years. Osteoclastic inactivity by bisphosphonate is the known cause of BRONJ. Bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) plays an important role in the development of bone. Recombinant human BMP-2 (rhBMP-2) is potentially useful as an activation factor for bone repair. We hypothesized that rhBMP-2 would enhance the osteoclast-osteoblast interaction related to bone remodeling. Materials and Methods: Human fetal osteoblast cells (hFOB 1.19) were treated with $100{\mu}M$ alendronate, and 100 ng/mL rhBMP-2 was added. Cells were incubated for a further 48 hours, and cell viability was measured using an MTT assay. Expression of the three cytokines from osteoblasts, receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL), osteoprotegerin (OPG), and macrophage colony-stimulating factor (M-CSF), were analyzed by real-time polymerase chain reaction and enzyme-linked immunosorbent assay. Results: Cell viability was decreased to $82.75%{\pm}1.00%$ by alendronate and then increased to $110.43%{\pm}1.35%$ after treatment with rhBMP-2 (P<0.05, respectively). OPG, RANKL, and M-CSF expression were all decreased by alendronate treatment. RANKL and M-CSF expression were increased, but OPG was not significantly affected by rhBMP-2. Conclusion: rhBMP2 does not affect OPG gene expression in hFOB, but it may increase RANKL and M-CSF gene expression.
Although research on the osteal signaling pathway has progressed, understanding of gut microbial-dependent signaling pathways for metabolic and immune bone homeostasis remains elusive. In recent years, the study of gut microbiota has shed light on our understanding of bone homeostasis. Here, we review microbiota-mediated gut-bone crosstalk via bone morphogenetic protein/SMADs, Wnt and OPG/receptor activator of nuclear factor-kappa B ligand signaling pathways in direct (translocation) and indirect (metabolite) manners. The mechanisms underlying gut microbiota involvement in these signaling pathways are relevant in immune responses, secretion of hormones, fate of osteoblasts and osteoclasts and absorption of calcium. Collectively, we propose a signaling network for maintaining a dynamic homeostasis between the skeletal system and the gut ecosystem. Additionally, the role of gut microbial improvement by dietary intervention in osteal signaling pathways has also been elucidated. This review provides unique resources from the gut microbial perspective for the discovery of new strategies for further improving treatment of bone diseases by increasing the abundance of targeted gut microbiota.
Homer proteins are scaffold proteins that regulate calcium (Ca2+) signaling by modulating the activity of multiple Ca2+ signaling proteins. In our previous report, Homer2 and Homer3 regulated NFATc1 function through its interaction with calcineurin, which then acted to regulate receptor activator of nuclear factor-kappa B ligand (RANKL)-induced osteoclastogenesis and bone metabolism. However, to date, the role of Homers in osteoclastogenesis remains unknown. In this study, we investigated the roles of Homer2 and Homer3 in aging-dependent bone remodeling. Deletion of Homer2/Homer3 (Homer2/3 DKO) markedly decreased the bone density of the femur. The decrease in bone density was not seen in mice with Homer2 (Homer2-/-) and Homer3 (Homer3-/-) deletion. Moreover, RANKL treatment of bone marrow-derived monocytes/macrophages in Homer2/3 DKO mice significantly increased the formation of multinucleated cells and resorption areas. Finally, Homer2/3 DKO mice decreased bone density in an aging-dependent manner. These findings suggest a novel potent mode of bone homeostasis regulation through osteoclasts differentiation during aging by Homer proteins, specifically Homer2 and Homer3.
Kim, Ju-Ho;Lee, Jung-Ho;Oh, Jae-Min;Kim, Yun-Kyung
Herbal Formula Science
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v.19
no.2
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pp.61-71
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2011
Objectives : Kyungok-go(KOG), the first herbal formulation of donguibogam, has been used for treating of many symptoms of yin deficiency. In this study, we examined the effect of KOG on bone resorption. Methods : We determined the effects of water extract of KOG in RANKL(Receptor Activator for Nuclear Factor ${\kappa}B$ Ligand)-induced osteoclast differentiation culture system and osteoblast proliferation. In addition, we determined the effects of water extract of ABR on LPS-induced bone-loss with mice. Results : Water extract of KOG showed proliferation effect on osteoblast without cytotoxicity and no effect on RANKL-treated osteoclast differentiation. KOG rescued bone erosion by LPS induction in vivo study. Conclusions : These results demonstrated that KOG can be a useful remedy for treating of bone-loss disease such as osteoporosis.
Kong, Hae Jin;Kang, Jae Hui;Ryu, Hwa Yeon;Lee, Hyun
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.33
no.3
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pp.169-174
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2019
The purpose of this study was to evaluate the inhibitory effects of Juglans regia complex extract(JCE) consisted of Juglans regia, Eucommia ulmoides, Eleutherococcus senticosus and Zingiber officinale on osteoclast differentiation. Cell toxicity test by using CCK-8, TRAP activity and TRAP positive multi-nucleated cell counting were performed to evaluate inhibitory effect on differentiation of osteoclast from bone marrow derived macrophages(BMMs) induced by receptor activator of nuclear $factor-{\kappa}B$ ligand(RANKL). As a result, JCE inhibited RANKL-induced osteoclast differentiation in BMMs dose-dependently without cytotoxicity. These results suggest that JCE may have a potential role for treating bone lytic diseases such as osteoporosis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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