Mechanisms of Gravitational Sensitivity of Osteogenic Precursor Cells

Cover Page

Abstract


This report is a detailed review of the current data on mechanic and gravitational sensitivity of osteoblasts and osteogenic precursor cells in vitro. It summarizes the numerous responses of cells with an osteoblastic phenotype and osteogenic precursor cells and especially their responses to the alteration of their mechanic or gravitational surroundings. The review also discusses the osteogenic cell’s pathways of signal transduction and the mechanisms of gravitational sensitivity. It was shown, that the earliest multipotent stromal precursor cells of an adult organism’s bone marrow can sense changes of intensity in a gravitational or mechanic field in model conditions, which may play a certain role in the development of osteopenia in microgravity.

Mechanisms of Gravitational Sensitivity of Osteogenic Precursor Cells

L B Buravkova

State Scientific Centre of Russian Federation - Institute for biomedical problems RAS

P M Gershovich

State Scientific Centre of Russian Federation - Institute for biomedical problems RAS

J G Gershovich

State Scientific Centre of Russian Federation - Institute for biomedical problems RAS

Email: juliet_g@mail.ru

A I Grigorev

State Scientific Centre of Russian Federation - Institute for biomedical problems RAS

  1. Grigoriev A.I., Egorov A.D. // Space biology and medicine. Human in space flight. M.: Nauka. 1994. Vol. 3. Book. 2. P. 549
  2. Oganov V.S. Bone // M.: Slovo. 2003. 260 p.
  3. Akiyama H., Kanai S., Hirano M. et al. // Mol. Cell Biochem. 1999. Vol. 202. №1-2. Р 63-71.
  4. Carmeliet G., Nys G., Bouillon R. // J. Bone Miner. Res. 1997. Vol. 12. № 5. Р786-794.
  5. Hughes-Fulford M. // Cell biology and biotechnology in space Ed. by A. Cogoli. Advances in space biology and medicine, 2002. Vol. 8. Р. 129-157.
  6. Hughes-Fulford M., Rodenacker K., Jütting U. // J. Cell. Biochem. 2006. Vol. 99. №2. Р. 435-449.
  7. Kumei Y., Morita S., Katano H. et al. // Ann. N. Y. Acad. Sci. 2006. Vol. 1090. Р. 311-317.
  8. Kumei Y., Shimokawa H., Ohya K. et al. // Ann. N. Y. Acad. Sci. 2007. Vol. 1095. Р. 292-299.
  9. Bianco P., Riminucci M., Gronthos S., Robey P.G. // Stem Cells. 2001. Vol. 19. № 3. P. 180-192.
  10. Crisan M., Yap S., Casteilla L. et al. // Cell Stem Cell. 2008. Vol. 3. № 3. Р. 301-313.
  11. Majumdar M.K., Keane-Moore M., Buyaner D. et al. // J. Biomed. Sci. 2003. Vol. 10. № 2. Р. 228-241.
  12. Pittenger M.F., Mackay A.M., Beck S.C. et al. // Science. 1999. Vol. 284. № 5411. Р. 143-147.
  13. Wagner W., Roderburg C., Wein F. et al. // Stem Cells. 2007. Vol. 25. № 10. Р. 2638-2647.
  14. Burger E.H., Klein-Nulend J. // Bone. 1998. Vol. 22. № 5 (Suppl). Р. 127S-130S.
  15. Mikuni-Takagaki Y., Suzuki Y., Kawase T., Saito S. // Endocrinology. 1996. Vol. 137. № 5. Р. 2028-2035.
  16. Parfenov G.P. // Problems kosm. biol. Ed. by A.M. Ugolev // L.: Nauka, 1988. Vol. 57. Р. 66-77.
  17. Tairbekov M.G. // Dokl. Biol. Sci. 2000. Vol. 375. № 1. P. 121-124.
  18. Lambert C.A., Lapiere C.M., Nusgens B.V. // The gravity environment in space flight. Biology in Space and life on Earth. Effects of spaceflight on biological systems. Ed. by E. Brinckmann. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. 2007. Р. 123-155.
  19. Moore D., Cogoli A. Gravitational and space biology at the cellular level // Biological and medical research in space. An overview of life sciences research in microgravity Ed. by D. Moore, A. Cogoli, H. Oser / Hamburg: Springer, 1996. Р. 1-107.
  20. Van Loon J.J.W.A. The gravity environment in space flight // Biology in Space and life on Earth. Effects of spaceflight on biological systems. Ed. by E. Brinckmann. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. 2007. P. 17-32.
  21. Buravkova L.B. // Aviakosm. Ekolog. Med. 2008. Vol. 42. № 6. p. 10-18.
  22. Lewis M. // Cell biology and biotechnology in space Ed. by A. Cogoli. Advances in space biology and medicine, 2002. Vol. 8 Р 77-128.
  23. Ingber D.E. // Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 2003. Vol. 100. № 4. Р. 1472 -1474.
  24. Ingber D.E. Tensegrity I. // J. Cell Sci. 2003. Vol. 116. Pt 7. Р1157-1173.
  25. Albrecht-Buehler G. // ASGSB Bull. 1991. Vol. 4. № 2. Р. 25-34.
  26. Wang Y., McNamara L.M., Schaffler M.B., Weinbaum S. // Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 2007. Vol. 104. № 40. Р. 15941-15946.
  27. Ajubi N.E., Klein-Nulend J., Alblas M.J. et al. // Am. J. Physiol. 1999. Vol. 276. № 1. Р. E171-E178.
  28. Pitsillides A.A., Rawlinson S.C., Suswillo R.F. et al. // FASEB J. 1995. Vol. 9. № 15. Р. 1614-1622.
  29. McGarry J.G., Klein-Nulend J., Mullender M.G., Prendergast P.J. // FASEB J. 2005. Vol. 19. № 3. Р. 482-484.
  30. Smalt R., Mitchell F.T., Howard R.L., Chambers T.J. // Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 1997. № 273. Р. 751-758.
  31. Searby N.D., Steele C.R., Globus R.K. // Am. J. Physiol. Cel.l Physiol. 2005. Vol. 289. № 1. C148-158.
  32. Arikawa T., Omura K., Morita I. // J. Cell Physiol. 2004. Vol. 200. № 3. Р. 400-406.
  33. Kurpinski K., Chu J., Hashi C., Li S. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006. Vol. 103. № 44. Р. 16095-16100.
  34. Rucci N., Migliaccio S., Zani B.M. et al. // J. Cell. Biochem. 2002. Vol. 85. № 1. Р. 167-179.
  35. Sato A., Hamazaki T., Oomura T. et al. // Adv. Space Res. 1999. Vol. 24. № 6. Р. 807-813.
  36. Pardo S.J., Patel M.J., Sykes M.C. et al. // Am. J. Physiol. Cell Physiol. 2005. Vol. 288. № 6. Р. C1211-1221.
  37. Zayzafoon M., Gathings W.E., McDonald J.M. // Endocrinology. 2004. Vol. 145. № 5. Р. 2421-2432.
  38. Dai Z.Q., Wang R., Ling S.K. et al. // Cell Prolif. 2007. Vol. 40. № 5. Р. 671 - 684.
  39. Yuge L., Kajiume T., Tahara H. et al. // Stem Cells Dev. 2006. Vol. 15. № 6. Р. 921-929.
  40. Boonstra J. // FASEB J. 1999. Vol. 13. (Suppl.). Р. S35-42.
  41. Jaiswal R.K., Jaiswal N., Bruder S.P. et al. // J. Biol. Chem. 2000. Vol. 275. № 13. Р. 9645-9652.
  42. Celil A.B., Campbell P.G. // J. Biol. Chem. 2005. Vol. 280. № 36. Р. 31353-31359.
  43. Riddle R.C., Taylor A.F., Genetos D.C., Donahue H.J. // Am. J. Physiol. Cell. Physiol. 2006. Vol. 290. № 3. Р. C776-784.
  44. Conget P.A., Minguell J.J. // J. Cell. Physiol. 1999. Vol. 181. № 1. Р. 67-73.
  45. Buravkova L.B., Merzlikina N.V., Romanov Y. A., Buravkov S.V. // J. Grav. Physiol. 2005. Vol. 12. № 1. Р. 241 - 242.
  46. Gershovich P.M., Gershovich J.G., Buravkova L.B. // Cell and Tissue Biol. 2009.Vol.3. № 5. P. 423-430.
  47. Miyamoto S., Teramoto H., Coso O.A. et al. // J. Cell Biol. 1995. Vol. 131. № 3. Р. 791-805.
  48. Iwaniec U.T., Wronski T.J., Amblard D. et al. // J. Appl. Physiol. 2005. Vol. 98. № 2. Р. 690-696.
  49. Meyers V.E., Zayzafoon M., Gonda S.R. et al. // J. Cell Biochem. 2004. Vol. 93. № 4. Р. 697-707.
  50. You J., Reilly G.C., Zhen X. et al. // J. Biol. Chem. 2001. Vol. 276. № 16. Р. 13365-13371.
  51. Ishijima M., Tsuji K., Rittling S.R. et al. // J. Endocrinol. 2007. Vol. 193. № 2. Р. 235-243.
  52. Ohno S., Im H.J., Knudson C.B., Knudson W. // J. Biol. Chem. 2006. Vol. 281. № 26. Р. 17952-17960.
  53. Kasper G., Glaeser J.D., Geissler S. et al. // Stem Cells. 2007. Vol. 25. № 8. Р. 1985-1994.
  54. Gebken J., Lüders B., Notbohm H. et al. // J. Biochem. 1999. Vol. 126. № 4. Р. 676-682.
  55. Narayanan R., Smith C.L., Weigel N.L. // Bone. 2002. Vol. 31. № 3. Р. 381-388.
  56. Gershovich J.G., Gershovich P.M., Buravkova L.B. // Technologies of life system. 2009. № 2. P. 3-9.
  57. Stein G.S., Lian J.B. // Endocr. Rev. 1993. Vol. 14. № 4. Р. 424-442.
  58. Yuge L., Hide I., Kumagai T. et al. // In Vitro Cell. Dev. Biol. Anim. 2003. Vol. 39. № 1-2. Р. 89-97.
  59. Sugawara Y., Suzuki K., Koshikawa M. et al. // Jpn. J. Pharmacol. 2002. Vol. 88. № 3. Р. 262-269.
  60. Nauman E.A., Satcher R.L., Keaveny T.M. et al. // J. Appl Physiol. 2001. Vol. 90. № 5. Р. 1849-1854.
  61. Avrunin A.S., Kornilov N.V., Marin U.B. // Morfologiia. 2002. Т. 122. № 6. P. 74-77.
  62. Lee K.-S., Kim H.-J., Li Q.-L. et al. // Mol. and Cell. Biol. 2000. Vol. 20. № 23. Р. 8783 -8792.
  63. Ducy P., Schinke T., Karsenty G. // Science. 2000. Vol. 289. № 5484. Р. 1501-1504.
  64. Lee M.-H., Kim Y.-H., Kim H.-J. et al. // J. Biol. Chem. 2003. Vol. 278. № 36. Р. 34387 -34394.
  65. Yamaguchi A., Komori T., Suda T. // Endocr. Rev. 2000. Vol. 21. № 4. Р. 393-411.
  66. Rath B., Nam J., Knobloch T.J. et al. // J. Biomech. 2008. Vol. 41. № 5. Р. 1095-1103.
  67. Capulli M., Rufo A., Teti A., and Rucci N. // Journal of Cellular Biochemistry. 2009. Vol. 10. P. 240 - 252.
  68. Patel M.J., Chang K.H., Sykes M.C. et al. // J. Cell Biochem. 2009. Vol. 106. № 2. Р. 306-316.
  69. Salingcarnboriboon R., Tsuji K., Komori T. et al. // Endocrinology. 2006. Vol. 147. № 5. Р. 2296-2305.
  70. Shockley K.R., Rosen C.J., Churchill G.A., Lecka-Czernik B. // PPAR Res. 2007. Vol. 2007. Р. 81219.
  71. Lecka-Czernik B., Moerman E.J., Grant D.F. et al. // Endocrinology. 2002. Vol. 143. № 6. Р. 2376-2384.
  72. Ali A.A., Weinstein R.S., Stewart S.A. et al. // Endocrinology. 2005 Vol. 146. № 3. Р. 1226-1235.
  73. Lazarenko O.P., Rzonca S.O., Hogue W.R. et al. // Endocrinology. 2007. Vol. 148. № 6. Р. 2669-2680.
  74. Moerman E.J., Teng K., Lipschitz D.A., Lecka-Czernik B. // Aging Cell. 2004. Vol. 3. № 6. Р. 379-389.
  75. Estes B.T., Gimble J.M., Guilak F. // Curr. Top. Dev. Biol. 2004. № 60. Р. 91-126.
  76. David V., Martin A., Lafage-Proust M.H. et al. // Endocrinology. 2007. Vol. 148. № 5. Р. 2553-2562.
  77. Cheng S.L., Shao J.S., Charlton-Kachigian N. et al. // J. Biol. Chem. 2003. Vol. 278. № 46. Р. 45969-45977.
  78. Kang S., Bennett C.N., Gerin I. et al. // J. Biol Chem. 2007. Vol. 282. № 19. Р. 14515-14524.
  79. Armstrong V.J., Muzylak M., Sunters A. et al. // J. Biol. Chem. 2007. Vol. 282. № 28. Р. 20715-20727.
  80. Sen B., Xie Z., Case N. et al. // Endocrinology. 2008. Vol. 149. № 12. Р. 6065-6075.
  81. Pan Z., Yang J., Guo C. et al. // Stem Cells Dev. 2008 Vol. 17. № 4. Р. 795-804.
  82. Boutahar N., Guignandon A., Vico L., Lafage-Proust M.H. // J. Biol. Chem. 2004. Vol. 279. № 29. Р. 30588-30599.
  83. Salasznyk R.M., Klees R.F., Williams W.A. et al. // Exp. Cell Res. 2007. Vol. 313. № 1. Р. 22-37.
  84. Xiao G., Jiang D., Thomas P. et al. // J. Biol. Chem. 2000. Vol. 275. № 6. Р. 4453 - 4459.
  85. Maeda S., Nobukuni T., Shimo-Onoda K. et al. // J. Cell Physiol. 2002. Vol. 193. № 1. Р. 73-79.
  86. Astudillo P., Rios S., Pastenes L. et al. // J. Cell Biochem. 2008. Vol. 103. № 4. Р. 1054-1065.
  87. Chaudhary L.R., Avioli L.V. // J. Biol. Chem. 1996. Vol. 271. № 28. Р. 16591-16596.
  88. Rodionova N.V., Oganov V.S. // J. Gravit. Physiol. 2001. Vol. 8. № 1. P. 87-88.
  89. Sumanasinghe R.D., Pfeiler T.W., Monteiro-Riviere N.A., Loboa E.G. // J. Cell Physiol. 2009. Vol. 219. № 1. Р. 77 - 83.
  90. Ulbrich C., Westphal K., Baatout S. et al. // J. Cell. Biochem. 2008. Vol. 104.-№ 4. Р. 1324-1341.
  91. Gershovich J.G., Buravkova L.B. // Aviakosm. Ekolog. Med. 2009. № 3. P. 44 - 50.
  92. Meyers V.E., Zayzafoon M., Douglas J.T., McDonald J.M. // J. Bone Miner. Res. 2005. Vol. 20. № 10. Р. 1858-1866.
  93. Sordella R., Jiang W., Chen G.C. et al. // Cell. 2003. Vol. 113. № 2. P. 147-158.
  94. McBeath R., Pirone D.M., Nelson C.M. et al. // Dev. Cell. 2004. Vol. 6. № 4. Р. 483-495.
  95. Renshaw M.W., Toksoz D., Schwartz M.A. // J. Biol. Chem. 1996. Vol. 271. № 36. Р. 21691-21694.

Views

Abstract - 259

PDF (English) - 91

PDF (Russian) - 91

Cited-By


PlumX

Dimensions

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2010 Buravkova L.B., Gershovich P.M., Gershovich J.G., Grigorev A.I.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies