Kim, Jung Ha;Kim, Kabsun;Jin, Hye Mi;Song, Insun;Youn, Bang Ung;Lee, Junwon;Kim, Nacksung
Molecules and Cells
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v.28
no.3
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pp.201-207
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2009
Silibinin is a polyphenolic flavonoid compound isolated from milk thistle (Silybum marianum), with known hepatoprotective, anticarcinogenic, and antioxidant effects. Herein, we show that silibinin inhibits receptor activator of $NF-{\kappa}B$ ligand (RANKL)-induced osteoclastogenesis from RAW264.7 cells as well as from bone marrow-derived monocyte/macrophage cells in a dose-dependent manner. Silibinin has no effect on the expression of RANKL or the soluble RANKL decoy receptor osteoprotegerin (OPG) in osteoblasts. However, we demonstrate that silibinin can block the activation of $NF-{\kappa}B$, c-Jun N-terminal kinase (JNK), p38 mitogen-activated protein (MAP) kinase, and extracellular signal-regulated kinase (ERK) in osteoclast precursors in response to RANKL. Furthermore, silibinin attenuates the induction of nuclear factor of activated T cells (NFAT) c1 and osteoclast-associated receptor (OSCAR) expression during RANKL-induced osteoclastogenesis. We demonstrate that silibinin can inhibit $TNF-{\alpha}$-induced osteoclastogenesis as well as the expression of NFATc1 and OSCAR. Taken together, our results indicate that silibinin has the potential to inhibit osteoclast formation by attenuating the downstream signaling cascades associated with RANKL and $TNF-{\alpha}$.
Despite the importance of the receptor activator of nuclear factor (NF)-kappaB ligand (RANKL)-RANK signaling mechanisms on osteoclast differentiation, little has been studied on how RANK expression is regulated or what regulates its expression during osteoclastogenesis. We show here that insulin signaling increases RANK expression, thus enhancing osteoclast differentiation by RANKL. Insulin stimulation induced RANK gene expression in time- and dose-dependent manners and insulin receptor shRNA completely abolished RANK expression induced by insulin in bone marrow-derived monocyte/macrophage cells (BMMs). Moreover, the addition of insulin in the presence of RANKL promoted RANK expression. The ability of insulin to regulate RANK expression depends on extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) since only PD98059, an ERK1/2 inhibitor, specifically inhibited its expression by insulin. However, the RANK expression by RANKL was blocked by all three mitogen-activated protein (MAP) kinases inhibitors. The activation of RANK increased differentiation of BMMs into tartrate-resistant acid phosphatase-positive ($TRAP^+$) osteoclasts as well as the expression of dendritic cell-specific transmembrane protein (DC-STAMP) and d2 isoform of vacuolar ($H^+$) ATPase (v-ATPase) Vo domain (Atp6v0d2), genes critical for osteoclastic cell-cell fusion. Collectively, these results suggest that insulin induces RANK expression via ERK1/2, which contributes to the enhancement of osteoclast differentiation.
Hong, Seo Jin;Jung, Suhan;Jang, Ji Sun;Mo, Shenzheng;Kwon, Jun-Oh;Kim, Min Kyung;Kim, Hong-Hee
Molecules and Cells
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v.45
no.10
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pp.749-760
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2022
Osteoclast generation from monocyte/macrophage lineage precursor cells needs to be tightly regulated to maintain bone homeostasis and is frequently over-activated in inflammatory conditions. PARK2, a protein associated with Parkinson's disease, plays an important role in mitophagy via its ubiquitin ligase function. In this study, we investigated whether PARK2 is involved in osteoclastogenesis. PARK2 expression was found to be increased during the receptor activator of nuclear factor-κB ligand (RANKL)-induced osteoclast differentiation. PARK2 gene silencing with siRNA significantly reduced osteoclastogenesis induced by RANKL, LPS (lipopolysaccharide), TNFα (tumor necrosis factor α), and IL-1β (interleukin-1β). On the other hand, overexpression of PARK2 promoted osteoclastogenesis. This regulation of osteoclastogenesis by PARK2 was mediated by IKK (inhibitory κB kinase) and NF-κB activation while MAPK (mitogen-activated protein kinases) activation was not involved. Additionally, administration of PARK2 siRNA significantly reduced osteoclastogenesis and bone loss in an in vivo model of inflammatory bone erosion. Taken together, this study establishes a novel role for PARK2 as a positive regulator in osteoclast differentiation and inflammatory bone destruction.
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.
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.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.25
no.3
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pp.516-520
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2011
Osteoporosis is social problem around the world, because fracture of old age may lead to critical medical condition. Osteoclast is a main target for prevention and treatment of osteoporosis due to their responsibility for bone resorption. Saussureae Radix has been known that has gastro-protective, bronchodilatory effect and has a anti-biotic effect. Saussureae Radix has been widely used in Oriental medicine. However, the effect of extract of Saussureae Radix in osteoclast differentiation remains unknown. Thus, we examined the effect of Saussureae Radix in receptor activator of nuclear factor-${\kappa}$B ligand (RANKL)-induced osteoclast differentiation. From the results of our study, Here we found that Saussureae Radix significantly inhibited osteoclast differentiation induced by RANKL. Saussureae Radix suppressed the activation of NF${\kappa}$B in bone marrow macrophages (BMMs) treated with RANKL. Also, Saussureae Radix significantly inhibited the mRNA expression of c-Fos, tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP), osteoclast-associated receptor (OSCAR), nuclear factor of activated T cells (NFAT)c1 and cathepsin K in BMMs treated with RANKL. Particularly, Saussureae Radix greatly inhibited the protein expression of c-fos and NFATc1. especially in the case of NFATc1 expression, a master transcription factor of the differentiation of osteoclasts is very important step for osteoclastogenesis. These results demonstrate that Saussureae Radix may be useful treatment option of bone-related disease such as osteoporosis and rheumatoid arthritis.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.26
no.2
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pp.160-165
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2012
Osteoporotic fracture became a serious social problem, which related with mortality and morbidity in old age population. Osteoclast which is responsible for bone resorption is originated from hematopoietic cell line and plays a key role osteoporotic bone loss. Cynanchum wilfordii (Asclepiadaceae) roots have been used in Korean folk medicine for the treatment of diabetes mellitus and aging progression. Also, recent studies have shown that the extract and fractions of Cynanchi Wilfordii Radix have various pharmacological actions including scavenging free radicals, enhancing immunity, reducing high serum cholesterol, and anti-tumor activity. However, the effect of extract of Cynanchi Wilfordii Radix in osteoclast differentiation had not been reported. Thus, we evaluated the effect of Cynanchi Wilfordii Radix on receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL)-induced osteoclast differentiation. Through our study, we found that Cynanchi Wilfordii Radix significantly inhibited osteoclast differentiation induced by RANKL. Cynanchi Wilfordii Radix suppressed the activation of p38 pathway and $NF{\kappa}B$ in bone marrow macrophages (BMMs) treated with RANKL. Also, Cynanchi Wilfordii Radix significantly inhibited the mRNA expression of c-Fos, tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP), osteoclast-associated receptor (OSCAR), nuclear factor of activated T cells (NFAT)c1 and cathepsin K in BMMs treated with RANKL. Particularly, Cynanchi Wilfordii Radix inhibited the protein expression of c-fos and NFATc1. Taken together, our results demonstrated that Cynanchi Wilfordii Radix may be useful treatment option of bone-related disease such as osteoporosis leads to fracture of bone and rheumatoid arthritis.
Objectives The main purpose of this study was to evaluate the bone healing effect of Pahyeolsandong-tang (PHT)(Poxiesanteng-tang) extract in tibia fracture-induced mice. Methods PHT was extracted using a solution of 35% ethanol in 60℃ for 8 hours. Mice were randomly divided into 4 groups (normal, control, PHT 50 and PHT 100). Mice of experimental groups were medicated with PHT 50 or 100 mg/kg for 7 to 21 days. To clarify the effect of bone fracture healing, relative messenger RNA (mRNA) expressions of osteocalcin (OCN), runt-related transcription factor 2 (Runx2), osterix (OSX), Sox9, collagen type II alpha 1 chain (Col2a1), receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand (RANKL), osteoprotegerin (OPG) were examined. Results In in vitro experiment, relative mRNA expression of OCN, Runx2, Col2a1 was significantly increased in PHT treated group to compare with control differentiation group. In in vivo experiment, relative mRNA expression of OCN, Runx2, OSX, Sox9, Col2a1, RANKL, OPG was significantly increased in PHT treated group. Conclusions This study showed that PHT accelerates bone fracture healing through the activation of osteoclasts and osteoblasts. It was showed that PHT significantly promotes osteoblasts differentiation by osteoblast differentiation markers such as OCN, Runx2, Col1a2. Also it was investigated that PHT had stimulatory effect on osteoblasts function through enhancing OCN, Runx2, OSX, Sox9, Col2a1 and, osteoclasts function through enhancing RANKL and OPG markers. PHT effectively promotes bone fracture healing process through activation of osteoblasts and osteoclasts.
Baek, Jong Min;Kim, Ju Young;Lee, Myeung Su;Jeung, Woo Jin;Moon, Seo Young;Jeon, Byung Hoon;Oh, Jae Min;Choi, Min Kyu
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.27
no.4
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pp.431-436
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2013
Bone homeostasis is maintained by co-ordination of bone-resorbing osteoclasts and bone-forming osteoblasts. Imbalance between osteoclasts and osteoblasts leads to many bone diseases such as osteoporosis, rheumatoid arthritis. Taxillus chinensis is a herb that has been widely used to improve bone health. However, the effect and mechanism of Taxillus chinensis extract on osteoclast differentiation and bone resportion has been unknown. Thus, We investigated the effect of Taxillus chinensis on expression of receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL)-induced osteoclast differentiation and bone resorption. Also, the action of Taxillus chinensis on mechanisms relating to osteoclast differentiation was studied. In this results, we identified that Taxillus chinensis significantly inhibited RANKL-induced osteoclast differentiation and bone resportion. Moreover, Taxillus chinensis was suppressed the activation of NF-${\kappa}B$ in bone marrow macrophage treated RANKL and M-CSF. Taxillus chinensis was down-regulated the mRNA expression of c-Fos, nuclear factor of activated T-cells (NFAT)c1, osteoclast-associated receptor (OSCAR), tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP). The cell adhesion-related molecules such as integrin ${\alpha}v$ and integrin ${\beta}3$, and the filamentous actin (F-actin) rings of mature osteoclasts-related molecules such as dendritic cell-specific transmembrane preotein (DC-STAMP) and cathepsin K are also suppressed. Taken together, these results indicated that Taxillus chinensis will be a good candidate to treat osteoclast-mediated bone diseases.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.25
no.6
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pp.1008-1013
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2011
Osteoporosis is the leading underlying cause of fractures, particularly in postmenopausal women, due to the loss of estrogen-mediated suppression of bone resorption. More than 50% of adults 50 years of age or older are estimated to have osteoporosis. Osteoclast which is main target for treatment of osteoporosis is originated from hematopoietic cell line. Aloe has been widely used in worldwide country as a coadjuvant medicine. Extracts of the leaves of Aloe have been used in condition to improve dermatologic problem such as seborrheic dermatitis, aphthous stomatitis, xerosis, lichen planus and has been known to exert anti-inflammatory, anti-oxidant and anti-tumor effects. However, despite the popularity of aloe as a plant food supplements, the evaluation of its efficacy as a possible therapeutic option for osteoporosis remains scarce. Thus, we evaluated the effect of Aloe on receptor activator of nuclear factor-${\kappa}B$ ligand (RANKL)-induced osteoclast differentiation. Here we found that Aloe significantly inhibited osteoclast differentiation induced by RANKL. Aloe suppressed the activation of p38 pathway and $NF{\kappa}B$ in bone marrow macrophages (BMMs) treated with RANKL. Also, Aloe significantly inhibited the mRNA expression of c-Fos, tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP), osteoclast-associated receptor (OSCAR), nuclear factor of activated T cells (NFAT)c1 and cathepsin K in BMMs treated with RANKL. Particularly, Aloe greatly inhibited the protein expression of c-fos and NFATc1. Taken together, our results suggested that Aloe may be useful tool for treatment of osteoporosis by inhibition of osteoclast differentiation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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