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1.
Bone ; 52(2): 548-56, 2013 Feb.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-23159876

RESUMO

Bone-specific transcription factors promote differentiation of mesenchymal precursors toward the osteoblastic cell phenotype. Among them, Runx2 and Osterix have been widely accepted as master osteogenic factors, since neither Runx2 nor Osterix null mice form mature osteoblasts. Recruitment of Osterix to a number of promoters of bone-specific genes has been shown. However, little is known about the functional interactions between Osterix and the Col1a1 promoter. In this study we determined in several mesenchymal and osteoblastic cell types that either BMP-2 or Osterix overexpression increased Col1a1 transcription. We identified consensus Sp1 sequences, located in the proximal promoter and in the bone-enhancer, as Osterix binding regions in the Col1a1 promoter in vitro and in vivo. Furthermore, we show that p38 or Erk MAPK signaling is required for maximal transcriptional effects on Col1a1 expression. Runx2 has been shown to activate Col1a1 expression through binding to sites which are located close to the Sp1 sites where Osterix binds. Our data show that overexpression of Runx2 and Osterix leads to a cooperative effect on the expression of the Col1a1 endogenous gene and its promoter reporter construct. These effects mainly affect the long isoform of Osterix which suggest that the two Osterix isoforms might display some differential effects on the transactivation of bone-specific genes.


Assuntos
Osso e Ossos/metabolismo , Colágeno Tipo I/genética , Elementos Facilitadores Genéticos/genética , Regulação da Expressão Gênica , Regiões Promotoras Genéticas , Fator de Transcrição Sp1/metabolismo , Fatores de Transcrição/metabolismo , Animais , Sequência de Bases , Sítios de Ligação , Proteína Morfogenética Óssea 2/farmacologia , Osso e Ossos/efeitos dos fármacos , Linhagem Celular , Colágeno Tipo I/metabolismo , Cadeia alfa 1 do Colágeno Tipo I , Subunidade alfa 1 de Fator de Ligação ao Core/metabolismo , Regulação da Expressão Gênica/efeitos dos fármacos , Humanos , Camundongos , Dados de Sequência Molecular , Fosforilação/efeitos dos fármacos , Ligação Proteica/efeitos dos fármacos , Ligação Proteica/genética , Fator de Transcrição Sp7 , Ativação Transcricional/genética , Proteínas Quinases p38 Ativadas por Mitógeno/metabolismo
2.
Mol Endocrinol ; 25(6): 1006-17, 2011 Jun.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-21436263

RESUMO

Activation of p38 MAPK has been shown to be relevant for a number of bone morphogenetic protein (BMP) physiological effects. We report here the involvement of noncanonical phosphorylated mothers against decapentaplegic (Smad) signaling in the transcriptional induction of Cox2 (Ptgs2) by BMP-2 in mesenchymal cells and organotypic calvarial cultures. We demonstrate that different regulatory elements are required for regulation of Cox2 expression by BMP-2: Runt-related transcription factor-2 and cAMP response element sites are essential, whereas a GC-rich Smad binding element is important for full responsiveness. Efficient transcriptional activation requires cooperation between transcription factors because mutation of any element results in a strong decrease of BMP-2 responsiveness. BMP-2 activation of p38 leads to increased recruitment of activating transcription factor-2, Runx2, Smad, and coactivators such as p300 at the responsive sites in the Cox2 proximal promoter. We demonstrate, by either pharmacological or genetic analysis, that maximal BMP-2 effects on Cox2 and JunB expression require the function of p38 and its downstream effector mitogen/stress-activated kinase 1. Altogether our results strongly suggest that cooperative effects between canonical and noncanonical BMP signaling allow the fine-tuning of BMP transcriptional responses on specific target genes.


Assuntos
Proteína Morfogenética Óssea 2/farmacologia , Ciclo-Oxigenase 2/genética , Regulação da Expressão Gênica , Transdução de Sinais/genética , Transcrição Gênica , Animais , Proteína Morfogenética Óssea 2/antagonistas & inibidores , Proteína Morfogenética Óssea 2/genética , Linhagem Celular , Subunidade alfa 1 de Fator de Ligação ao Core/genética , Subunidade alfa 1 de Fator de Ligação ao Core/metabolismo , Ciclo-Oxigenase 2/metabolismo , Inibidores Enzimáticos/farmacologia , Imidazóis/farmacologia , Células-Tronco Mesenquimais/efeitos dos fármacos , Células-Tronco Mesenquimais/metabolismo , Camundongos , Regiões Promotoras Genéticas , Proteínas Proto-Oncogênicas c-jun/genética , Proteínas Proto-Oncogênicas c-jun/metabolismo , Pirazóis/farmacologia , Piridinas/farmacologia , Pirimidinas/farmacologia , Elementos Reguladores de Transcrição , Elementos de Resposta , Crânio/efeitos dos fármacos , Crânio/metabolismo , Técnicas de Cultura de Tecidos , Proteínas Quinases p38 Ativadas por Mitógeno/metabolismo
3.
J Bone Miner Res ; 26(4): 718-29, 2011 Apr.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-20878775

RESUMO

Osteoblast differentiation depends on the coordinated network of evolutionary conserved transcription factors during bone formation and homeostasis. Evidence indicates that bone morphogenetic protein (BMP) and Wnt proteins regulate several steps of skeletal development. Here, we provide a molecular description of the cooperative effects of BMP and Wnt canonical pathway on the expression of the early osteogenic genes Dlx5, Msx2, and Runx2 in C2C12 cells, primary cultures of bone marrow-mesenchymal stem cells, and organotypic calvarial cultures. Coordinated regulation of these genes leads to the cooperative activation of their downstream osteogenic target gene osterix. Induction of these genes is mediated through enhancer regions with an evolutionary conserved structure encompassing both Smad and TCF/LEF1 DNA-binding sites. Formation of a cooperative complex is mediated through DNA binding of Smads and TCF4/ß-catenin to their cognate sequences, as well as protein-protein interactions between them. The formation of these cooperative transcriptional complexes results in a more efficient recruitment of coactivators such as p300. We propose that evolutionary conserved regulatory regions in specific osteogenic master genes are key integrative modules during osteogenesis.


Assuntos
Proteínas Morfogenéticas Ósseas/farmacologia , Sequência Conservada/fisiologia , Elementos Facilitadores Genéticos/fisiologia , Osteogênese/genética , Regiões Promotoras Genéticas/fisiologia , Transdução de Sinais/fisiologia , Proteínas Wnt/farmacologia , Animais , Animais Recém-Nascidos , Fatores de Transcrição de Zíper de Leucina e Hélice-Alça-Hélix Básicos/genética , Fatores de Transcrição de Zíper de Leucina e Hélice-Alça-Hélix Básicos/metabolismo , Proteína Morfogenética Óssea 2/farmacologia , Diferenciação Celular/fisiologia , Linhagem Celular , Subunidade alfa 1 de Fator de Ligação ao Core/genética , Subunidade alfa 1 de Fator de Ligação ao Core/metabolismo , DNA/metabolismo , Expressão Gênica/efeitos dos fármacos , Expressão Gênica/genética , Regulação da Expressão Gênica/fisiologia , Proteínas de Homeodomínio/genética , Proteínas de Homeodomínio/metabolismo , Células-Tronco Mesenquimais/citologia , Células-Tronco Mesenquimais/efeitos dos fármacos , Células-Tronco Mesenquimais/metabolismo , Camundongos , Camundongos Endogâmicos , Mutação/fisiologia , Osteoblastos/citologia , Osteoblastos/metabolismo , Ligação Proteica/fisiologia , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas/fisiologia , Crânio/efeitos dos fármacos , Crânio/metabolismo , Proteínas Smad/genética , Proteínas Smad/metabolismo , Fator de Transcrição Sp7 , Fatores de Transcrição TCF/genética , Fatores de Transcrição TCF/metabolismo , Fator de Transcrição 4 , Fatores de Transcrição/genética , Fatores de Transcrição/metabolismo , Proteína Wnt3 , beta Catenina/genética , beta Catenina/metabolismo
4.
J Biol Chem ; 285(42): 31985-94, 2010 Oct 15.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-20682789

RESUMO

Osterix, a zinc finger transcription factor, is specifically expressed in osteoblasts and osteocytes of all developing bones. Because no bone formation occurs in Osx-null mice, Osterix is thought to be an essential regulator of osteoblast differentiation. We report that, in several mesenchymal and osteoblastic cell types, BMP-2 induces an increase in expression of the two isoforms of Osterix arising from two alternative promoters. We identified a consensus Sp1 sequence (GGGCGG) as Osterix binding regions in the fibromodulin and the bone sialoprotein promoters in vitro and in vivo. Furthermore, we show that Osterix is a novel substrate for p38 MAPK in vitro and in vivo and that Ser-73 and Ser-77 are the regulatory sites phosphorylated by p38. Our data also demonstrate that Osterix is able to increase recruitment of p300 and Brg1 to the promoters of its target genes fibromodulin and bone sialoprotein in vivo and that it directly associates with these cofactors through protein-protein interactions. Phosphorylation of Osterix at Ser-73/77 increased its ability to recruit p300 and SWI/SNF to either fibromodulin or bone sialoprotein promoters. We therefore propose that Osterix binds to Sp1 sequences on target gene promoters and that its phosphorylation by p38 enhances recruitment of coactivators to form transcriptionally active complexes.


Assuntos
Regulação da Expressão Gênica , Osteoblastos/fisiologia , Isoformas de Proteínas/metabolismo , Fatores de Transcrição/metabolismo , Proteínas Quinases p38 Ativadas por Mitógeno/metabolismo , Animais , Proteína Morfogenética Óssea 2/genética , Proteína Morfogenética Óssea 2/metabolismo , Linhagem Celular , Camundongos , Osteoblastos/citologia , Fosforilação , Regiões Promotoras Genéticas , Isoformas de Proteínas/genética , Fator de Transcrição Sp7 , Fatores de Transcrição/genética , Proteínas Quinases p38 Ativadas por Mitógeno/genética
5.
J Cell Physiol ; 216(1): 144-52, 2008 Jul.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-18247361

RESUMO

Bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) is strongly involved in the induction of osteoblast differentiation from mesenchymal cell precursors, as well as in enhancing bone matrix production by osteoblastic cells. Likewise, the osteoporotic phenotype of PTHrP deficient mice makes clear the importance of this paracrine regulator in bone physiology. Here, we report that BMP-2 rapidly down-regulated PTHrP gene expression through a transcriptional mechanism in pluripotent mesenchymal C2C12 cells, whereas BMP-2 increased expression of PTHrP receptor. PTHrP did not significantly alter the BMP-dependent Smad transcriptional pathway. Similarly, PTHrP did not significantly modify the BMP-regulated expression of RANKL or OPG, cytokines involved in osteoclastogenesis. More importantly, addition of PTHrP, through the PKA signaling pathway, partially prevented the BMP-dependent induction of some osteogenic markers such as Runx2 and Osterix in C2C12 cells. Our data suggest that BMP-2 down-regulation of PTHrP could facilitate terminal differentiation of osteoblasts.


Assuntos
Proteínas Morfogenéticas Ósseas/metabolismo , Diferenciação Celular/fisiologia , Osteoblastos/fisiologia , Osteoclastos/fisiologia , Osteogênese/fisiologia , Proteína Relacionada ao Hormônio Paratireóideo/metabolismo , Fator de Crescimento Transformador beta/metabolismo , Animais , Proteína Morfogenética Óssea 2 , Proteínas Morfogenéticas Ósseas/genética , Osso e Ossos/citologia , Osso e Ossos/fisiologia , Linhagem Celular , Fibroblastos/citologia , Fibroblastos/fisiologia , Humanos , Células-Tronco Mesenquimais/citologia , Células-Tronco Mesenquimais/fisiologia , Camundongos , Camundongos Knockout , Proteína Quinase 14 Ativada por Mitógeno/genética , Proteína Quinase 14 Ativada por Mitógeno/metabolismo , Osteoblastos/citologia , Osteoclastos/citologia , Osteoprotegerina/genética , Osteoprotegerina/metabolismo , Proteína Relacionada ao Hormônio Paratireóideo/genética , Regiões Promotoras Genéticas , Ligante RANK/genética , Ligante RANK/metabolismo , Receptor Tipo 1 de Hormônio Paratireóideo/genética , Receptor Tipo 1 de Hormônio Paratireóideo/metabolismo , Transdução de Sinais/fisiologia , Proteínas Smad/genética , Proteínas Smad/metabolismo , Fator de Crescimento Transformador beta/genética
6.
J Biol Chem ; 283(7): 3816-26, 2008 Feb 15.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-18056716

RESUMO

Osterix, a zinc-finger transcription factor, is specifically expressed in osteoblasts and osteocytes of all developing bones. Because no bone formation occurs in Osterix null mice, Osterix is thought to be an essential regulator of osteoblast differentiation. We report that bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) induces an increase in Osterix expression, which is mediated through a homeodomain sequence located in the proximal region of the Osterix promoter. Our results demonstrate that induction of Dlx5 by BMP-2 mediates Osterix transcriptional activation. First, BMP-2 induction of Dlx5 precedes the induction of Osterix. Second, Dlx5 binds to the BMP-responsive homeodomain sequences both in vitro and in vivo. Third, Dlx5 overexpression and knock-down assays demonstrate its role in activating Osterix expression in response to BMP-2. Furthermore, we show that Dlx5 is a novel substrate for p38 MAPK in vitro and in vivo and that Ser-34 and Ser-217 are the sites phosphorylated by p38. Phosphorylation at Ser-34/217 increases the transactivation potential of Dlx5. Thus, we propose that BMP activates expression of Osterix through the induction of Dlx5 and its further transcriptional activation by p38-mediated phosphorylation.


Assuntos
Proteínas Morfogenéticas Ósseas/fisiologia , Proteínas de Homeodomínio/fisiologia , Fatores de Transcrição/genética , Fator de Crescimento Transformador beta/fisiologia , Regulação para Cima , Proteínas Quinases p38 Ativadas por Mitógeno/metabolismo , Animais , Proteína Morfogenética Óssea 2 , Linhagem Celular , Ensaio de Desvio de Mobilidade Eletroforética , Camundongos , Fosforilação , Regiões Promotoras Genéticas , Interferência de RNA , Reação em Cadeia da Polimerase Via Transcriptase Reversa , Fator de Transcrição Sp7
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