골은 골 재형성(Bone remodeling)과정을 통해 유지된다. 골 재형성은 파골세포 (Osteoclast)에 의해 재흡수(Resorption)되고 조골세포(Osteoblast)를 통해 형성 (Formation)이 되는 과정이다. Osteoclast와 osteoblast의 균형이 유지되면 건강한 뼈를 유지할 수 있지만, 호르몬이나 다른 인자들에 의해 osteoclast 분화가 과하게 발생하여 골 재형성 균형이 기울어져 골다공증(osteoporosis), 골절과 같은 골 관련 질환이 발생한다.
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골은 골 재형성(Bone remodeling)과정을 통해 유지된다. 골 재형성은 파골세포 (Osteoclast)에 의해 재흡수(Resorption)되고 조골세포(Osteoblast)를 통해 형성 (Formation)이 되는 과정이다. Osteoclast와 osteoblast의 균형이 유지되면 건강한 뼈를 유지할 수 있지만, 호르몬이나 다른 인자들에 의해 osteoclast 분화가 과하게 발생하여 골 재형성 균형이 기울어져 골다공증(osteoporosis), 골절과 같은 골 관련 질환이 발생한다.
Tumor necrosis factor-alpha(TNF-α)는 pro-inflammatory cytokine으로 osteoclast 분화를 증가시키고 osteoblast 분화를 억제하는 것으로 알려져 있다. TNF- a는 NF-κB pathway를 통해 osteoclast genesis 발현을 증가시켜 염증반응을 일으킨다. 또한 TNF-α는 cAMP response element-binding protein H (CREBH) 와 smad ubiquitination regulatory factor 1(Smurf1) 발현을 통해 osteoblast 분화를 억제하는 것으로 보고되었다. D-chiro-inositol의 3-methoxy 유사체인 D-pinitol은 콩과식물 및 콩 식품에서 고농도로 발견되는 천연 inositol 유도체이다. D-pinitol은 항염증(anti-inflammatory), 항암(anti-cancer)활성을 포함하는 다기능적 특성을 가지고 있는 것으로 연구되어 있다. 연구된 결과에 따르면 D-pinitol은 RANKL로 유도된 NF-κB pathway를 억제하여 osteoclast 분화를 억제하는 것으로 보고되었다. 그러나 osteoblast 분화에 대한 D-pinitol 효능은 연구된 바 없다. 이러한 연구 결과들을 통해 TNF-α가 유도하는 CREBH 및 Smurf1 발현을 D-pinitol이 억제하면 osteoblast 분화에 영향을 줄 수 있으며, osteoporosis과 같은 골 질환을 예방할 것으로 예상했다. 따라서 본 연구에서는 TNF-α로 유도된 유전자발현을 D-pinitol이 억제하여 osteoblast 분화에 어떠한 과정을 통해 조절하는지 확인하고자 조골 모세포(pre-osteoblast)인 MC3T3-E1세포에서 조사했다.
D-pinitol은 TNF-α에 의해 억제된 osteoblast 표적 유전자 발현을 완화시켰으며 Reverse transcriptase-polymerase chain reaction(RT-PCR), real-time PCR 및 Western blot 분석법으로 확인하였다. 또한 Alkaline phosphatase(ALP) & Alizarin Red S(ARS) staining을 통해 osteoblast의 ALP 활성과 무기질화정도도 확인하였다. 또한 TNF-α에 유도된 CREBH와 Smurf1 발현이 D-pinitol 농도의존적으로 억제되었다. 이러한 결과는 D-pinitol이 TNF-α가 유도한 CREBH와 Smurf1 발현을 억제하여 osteoblast 분화에 영향을 준다는 것을 알 수 있다. TNF-α 발현을 억제하는 것으로 알려진 ST6-a-galactoside-β-2,6-sialyltransferase 1(ST6Gal-1)은 방광암에서 종양억제 역할로 알려져 있고, TNFR1 발현에 의한 세포사멸을 억제하는 것으로 연구되었다. 이러한 연구 결과들을 통해 D-pinitol과 관련성이 있을 것으로 예상되어 ST6Gal-1발현을 확인했다. 그 결과 D-pinitol에 의해 ST6Gal-1 mRNA 발현이 유의하게 증가하였다. ST6Gal-1 과발현은 TNF-α에 유도된 CREBH 및 Smurf1 발현을 억제하였다. 또한 TNF-α에 유도된 serve endoplasmic reticulum(ER) stress marker는 D-pinitol과 ST6Gal-1 과발현에 의해 mRNA 발현이 감소한 것을 확인했다.
종합하면, D-pinitol은 ST6Gal-1 발현을 증가하여 TNF-α가 유도한 CREBH, Smurf1 그리고 serve ER stress 발현을 억제하여 조골세포 분화에 영향을 준다는 것을 증명하였다.
골은 골 재형성(Bone remodeling)과정을 통해 유지된다. 골 재형성은 파골세포 (Osteoclast)에 의해 재흡수(Resorption)되고 조골세포(Osteoblast)를 통해 형성 (Formation)이 되는 과정이다. Osteoclast와 osteoblast의 균형이 유지되면 건강한 뼈를 유지할 수 있지만, 호르몬이나 다른 인자들에 의해 osteoclast 분화가 과하게 발생하여 골 재형성 균형이 기울어져 골다공증(osteoporosis), 골절과 같은 골 관련 질환이 발생한다.
Tumor necrosis factor-alpha(TNF-α)는 pro-inflammatory cytokine으로 osteoclast 분화를 증가시키고 osteoblast 분화를 억제하는 것으로 알려져 있다. TNF- a는 NF-κB pathway를 통해 osteoclast genesis 발현을 증가시켜 염증반응을 일으킨다. 또한 TNF-α는 cAMP response element-binding protein H (CREBH) 와 smad ubiquitination regulatory factor 1(Smurf1) 발현을 통해 osteoblast 분화를 억제하는 것으로 보고되었다. D-chiro-inositol의 3-methoxy 유사체인 D-pinitol은 콩과식물 및 콩 식품에서 고농도로 발견되는 천연 inositol 유도체이다. D-pinitol은 항염증(anti-inflammatory), 항암(anti-cancer)활성을 포함하는 다기능적 특성을 가지고 있는 것으로 연구되어 있다. 연구된 결과에 따르면 D-pinitol은 RANKL로 유도된 NF-κB pathway를 억제하여 osteoclast 분화를 억제하는 것으로 보고되었다. 그러나 osteoblast 분화에 대한 D-pinitol 효능은 연구된 바 없다. 이러한 연구 결과들을 통해 TNF-α가 유도하는 CREBH 및 Smurf1 발현을 D-pinitol이 억제하면 osteoblast 분화에 영향을 줄 수 있으며, osteoporosis과 같은 골 질환을 예방할 것으로 예상했다. 따라서 본 연구에서는 TNF-α로 유도된 유전자발현을 D-pinitol이 억제하여 osteoblast 분화에 어떠한 과정을 통해 조절하는지 확인하고자 조골 모세포(pre-osteoblast)인 MC3T3-E1세포에서 조사했다.
D-pinitol은 TNF-α에 의해 억제된 osteoblast 표적 유전자 발현을 완화시켰으며 Reverse transcriptase-polymerase chain reaction(RT-PCR), real-time PCR 및 Western blot 분석법으로 확인하였다. 또한 Alkaline phosphatase(ALP) & Alizarin Red S(ARS) staining을 통해 osteoblast의 ALP 활성과 무기질화정도도 확인하였다. 또한 TNF-α에 유도된 CREBH와 Smurf1 발현이 D-pinitol 농도의존적으로 억제되었다. 이러한 결과는 D-pinitol이 TNF-α가 유도한 CREBH와 Smurf1 발현을 억제하여 osteoblast 분화에 영향을 준다는 것을 알 수 있다. TNF-α 발현을 억제하는 것으로 알려진 ST6-a-galactoside-β-2,6-sialyltransferase 1(ST6Gal-1)은 방광암에서 종양억제 역할로 알려져 있고, TNFR1 발현에 의한 세포사멸을 억제하는 것으로 연구되었다. 이러한 연구 결과들을 통해 D-pinitol과 관련성이 있을 것으로 예상되어 ST6Gal-1발현을 확인했다. 그 결과 D-pinitol에 의해 ST6Gal-1 mRNA 발현이 유의하게 증가하였다. ST6Gal-1 과발현은 TNF-α에 유도된 CREBH 및 Smurf1 발현을 억제하였다. 또한 TNF-α에 유도된 serve endoplasmic reticulum(ER) stress marker는 D-pinitol과 ST6Gal-1 과발현에 의해 mRNA 발현이 감소한 것을 확인했다.
종합하면, D-pinitol은 ST6Gal-1 발현을 증가하여 TNF-α가 유도한 CREBH, Smurf1 그리고 serve ER stress 발현을 억제하여 조골세포 분화에 영향을 준다는 것을 증명하였다.
Bone is maintained through the process of bone remodeling. Bone remodeling is a process of resorption by osteoclasts and formation through osteoblasts. Bone homeostasis is regulated by osteoclast and osteoblast. Various bone diseases such as osteoporosis and fractures are caused by external shocks, ...
Bone is maintained through the process of bone remodeling. Bone remodeling is a process of resorption by osteoclasts and formation through osteoblasts. Bone homeostasis is regulated by osteoclast and osteoblast. Various bone diseases such as osteoporosis and fractures are caused by external shocks, but they are caused by an inclination of bone homeostasis balance.
Tumor necrosis factor-alpha(TNF-α) is a pro-inflammatory cytokine known to increase osteoclast differentiation and inhibit osteoblast differentiation. TNF- a induces an inflammatory response by increasing the expression of osteoclast genes via the NF-κB pathway. It has also been reported that TNF-α inhibits osteoblast differentiation through expression of cAMP response element-binding protein H(CREBH) and smad ubiquitination regulatory factor 1(Smurf1).
D-pinitol, a 3-methoxy analog of D-chiro-inositol, is a natural inositol derivative found in high concentrations in legumes and soy foods. D-pinitol has been studied to have anti-inflammatory and anti-cancer activity. According to the study results, it was reported that D-pinitol inhibits osteoclast differentiation by inhibiting the RANKL-induced NF-κB pathway. However, the efficacy of D-pinitol on osteoblast differentiation has not been studied. Based on the results of these studies, it was expected that inhibition of TNF-α-induced CREBH and Smurf1 expression by D-pinitol could affect osteoblast differentiation and prevent bone diseases such as osteoporosis. Therefore, in this study, we investigated MC3T3-E1 cells, which are pre-osteoblasts, to determine how D-pinitol inhibits TNF-α-induced gene expression and regulates osteoblast differentiation.
D-pinitol relieved osteoblast target gene expression suppressed by TNF-α and confirmed by reverse transcriptase-polymerase chain reaction(RT-PCR), real-time PCR and Western blot analysis. In addition, ALP activity and mineralization level of osteoblasts were also confirmed through alkaline phosphatase(ALP) & Alizarin Red S(ARS) staining. In addition, TNF-α-induced CREBH and Smurf1 expression were inhibited by D-pinitol. These results suggest that D-pinitol affects osteoblast differentiation by inhibiting TNF-α-induced CREBH and Smurf1 expression. ST6-a-galactoside-β-2,6-sialyltransferase 1(ST6Gal-1) is known to be a tumor suppressor in specific cells and has been studied to inhibit TNF-α-induced apoptosis by sialylation of TNFR1. Therefore, it was expected that D-pinitol and ST6Gal-1 would be related, so the experiment was conducted. As a result, ST6Gal-1 mRNA expression was significantly increased by D-pinitol. ST6Gal-1 overexpression suppressed TNF-α-induced CREBH and Smurf1 expression. In addition, the TNF-α-induced serve endoplasmic reticulum(ER) stress marker confirmed that mRNA expression was decreased by D-pinitol and ST6Gal-1 overexpression.
Taken together, it was demonstrated that D-pinitol increases ST6Gal-1 expression and inhibits TNF-α-induced expression of CREBH, Smurf1 and serve ER stress, thereby affecting osteoblast differentiation.
Bone is maintained through the process of bone remodeling. Bone remodeling is a process of resorption by osteoclasts and formation through osteoblasts. Bone homeostasis is regulated by osteoclast and osteoblast. Various bone diseases such as osteoporosis and fractures are caused by external shocks, but they are caused by an inclination of bone homeostasis balance.
Tumor necrosis factor-alpha(TNF-α) is a pro-inflammatory cytokine known to increase osteoclast differentiation and inhibit osteoblast differentiation. TNF- a induces an inflammatory response by increasing the expression of osteoclast genes via the NF-κB pathway. It has also been reported that TNF-α inhibits osteoblast differentiation through expression of cAMP response element-binding protein H(CREBH) and smad ubiquitination regulatory factor 1(Smurf1).
D-pinitol, a 3-methoxy analog of D-chiro-inositol, is a natural inositol derivative found in high concentrations in legumes and soy foods. D-pinitol has been studied to have anti-inflammatory and anti-cancer activity. According to the study results, it was reported that D-pinitol inhibits osteoclast differentiation by inhibiting the RANKL-induced NF-κB pathway. However, the efficacy of D-pinitol on osteoblast differentiation has not been studied. Based on the results of these studies, it was expected that inhibition of TNF-α-induced CREBH and Smurf1 expression by D-pinitol could affect osteoblast differentiation and prevent bone diseases such as osteoporosis. Therefore, in this study, we investigated MC3T3-E1 cells, which are pre-osteoblasts, to determine how D-pinitol inhibits TNF-α-induced gene expression and regulates osteoblast differentiation.
D-pinitol relieved osteoblast target gene expression suppressed by TNF-α and confirmed by reverse transcriptase-polymerase chain reaction(RT-PCR), real-time PCR and Western blot analysis. In addition, ALP activity and mineralization level of osteoblasts were also confirmed through alkaline phosphatase(ALP) & Alizarin Red S(ARS) staining. In addition, TNF-α-induced CREBH and Smurf1 expression were inhibited by D-pinitol. These results suggest that D-pinitol affects osteoblast differentiation by inhibiting TNF-α-induced CREBH and Smurf1 expression. ST6-a-galactoside-β-2,6-sialyltransferase 1(ST6Gal-1) is known to be a tumor suppressor in specific cells and has been studied to inhibit TNF-α-induced apoptosis by sialylation of TNFR1. Therefore, it was expected that D-pinitol and ST6Gal-1 would be related, so the experiment was conducted. As a result, ST6Gal-1 mRNA expression was significantly increased by D-pinitol. ST6Gal-1 overexpression suppressed TNF-α-induced CREBH and Smurf1 expression. In addition, the TNF-α-induced serve endoplasmic reticulum(ER) stress marker confirmed that mRNA expression was decreased by D-pinitol and ST6Gal-1 overexpression.
Taken together, it was demonstrated that D-pinitol increases ST6Gal-1 expression and inhibits TNF-α-induced expression of CREBH, Smurf1 and serve ER stress, thereby affecting osteoblast differentiation.
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