TH
Tong‐Chuan He
Author with expertise in Gene Therapy Techniques and Applications
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
17
(71% Open Access)
Cited by:
12,938
h-index:
83
/
i10-index:
298
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

A simplified system for generating recombinant adenoviruses

Tong‐Chuan He et al.Mar 3, 1998
+3
L
S
T
Recombinant adenoviruses provide a versatile system for gene expression studies and therapeutic applications. We report herein a strategy that simplifies the generation and production of such viruses. A recombinant adenoviral plasmid is generated with a minimum of enzymatic manipulations, using homologous recombination in bacteria rather than in eukaryotic cells. After transfections of such plasmids into a mammalian packaging cell line, viral production is conveniently followed with the aid of green fluorescent protein, encoded by a gene incorporated into the viral backbone. Homogeneous viruses can be obtained from this procedure without plaque purification. This system should expedite the process of generating and testing recombinant adenoviruses for a variety of purposes.
0
Citation3,160
0
Save
0

Notch Signaling Augments BMP9-Induced Bone Formation by Promoting the Osteogenesis-Angiogenesis Coupling Process in Mesenchymal Stem Cells (MSCs)

Junyi Liao et al.Jan 1, 2017
+28
Y
Q
J
Background/Aims: Mesenchymal stem cells (MSCs) are multipotent progenitors that can differentiate into several lineages including bone. Successful bone formation requires osteogenesis and angiogenesis coupling of MSCs. Here, we investigate if simultaneous activation of BMP9 and Notch signaling yields effective osteogenesis-angiogenesis coupling in MSCs. Methods: Recently-characterized immortalized mouse adipose-derived progenitors (iMADs) were used as MSC source. Transgenes BMP9, NICD and dnNotch1 were expressed by adenoviral vectors. Gene expression was determined by qPCR and immunohistochem¡stry. Osteogenic activity was assessed by in vitro assays and in vivo ectopic bone formation model. Results: BMP9 upregulated expression of Notch receptors and ligands in iMADs. Constitutively-active form of Notch1 NICD1 enhanced BMP9-induced osteogenic differentiation both in vitro and in vivo, which was effectively inhibited by dominant-negative form of Notch1 dnNotch1. BMP9- and NICD1-transduced MSCs implanted with a biocompatible scaffold yielded highly mature bone with extensive vascularization. NICD1 enhanced BMP9-induced expression of key angiogenic regulators in iMADs and Vegfa in ectopic bone, which was blunted by dnNotch1. Conclusion: Notch signaling may play an important role in BMP9-induced osteogenesis and angiogenesis. It’s conceivable that simultaneous activation of the BMP9 and Notch pathways should efficiently couple osteogenesis and angiogenesis of MSCs for successful bone tissue engineering.
0
Citation2,593
0
Save
0

Is a p53-Regulated Inhibitor of G2/M Progression

Heiko Hermeking et al.Dec 1, 1997
+5
K
C
H
Exposure of colorectal cancer (CRC) cells to ionizing radiation results in a cell-cycle arrest in G1 and G2. The G1 arrest is due to p53-mediated induction of the cyclin-dependent kinase inhibitor p21WAF1/CIP1/SDI1, but the basis for the G2 arrest is unknown. Through a quantitative analysis of gene expression patterns in CRC cell lines, we have discovered that 14-3-3σ is strongly induced by γ irradiation and other DNA-damaging agents. The induction of 14-3-3σ is mediated by a p53-responsive element located 1.8 kb upstream of its transcription start site. Exogenous introduction of 14-3-3σ into cycling cells results in a G2 arrest. As the fission yeast 14-3-3 homologs rad24 and rad25 mediate similar checkpoint effects, these results document a molecular mechanism for G2/M control that is conserved throughout eukaryotic evolution and regulated in human cells by p53.
0
Citation1,230
0
Save
0

PPARδ Is an APC-Regulated Target of Nonsteroidal Anti-Inflammatory Drugs

Tong‐Chuan He et al.Oct 1, 1999
K
B
T
T
PPARB was identified as a target of APC through the analysis of global gene expression profiles in human colorectal cancer (CRC) cells. PPARdelta expression was elevated in CRCs and repressed by APC in CRC cells. This repression was mediated by beta-catenin/Tcf-4-responsive elements in the PPARdelta promotor. The ability of PPARs to bind eicosanoids suggested that PPARdelta might be a target of chemopreventive non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs). Reporters containing PPARdelta-responsive elements were repressed by the NSAID sulindac. Furthermore, sulindac was able to disrupt the ability of PPARdelta to bind its recognition sequences. These findings suggest that NSAIDs inhibit tumorigenesis through inhibition of PPARdelta, the gene for which is normally regulated by APC.
0
Citation1,088
0
Save
0

OSTEOGENIC ACTIVITY OF THE FOURTEEN TYPES OF HUMAN BONE MORPHOGENETIC PROTEINS (BMPS)

Hongwei Cheng et al.Aug 1, 2003
+10
F
W
H
Background: Bone morphogenic proteins (BMPs) are known to promote osteogenesis, and clinical trials are currently underway to evaluate the ability of certain BMPs to promote fracture-healing and spinal fusion. The optimal BMPs to be used in different clinical applications have not been elucidated, and a comprehensive evaluation of the relative osteogenic activity of different BMPs is lacking. Methods: To identify the BMPs that may possess the most osteoinductive activity, we analyzed the osteogenic activity of BMPs in mesenchymal progenitor and osteoblastic cells. Recombinant adenoviruses expressing fourteen human BMPs (BMP-2 to BMP-15) were constructed to infect pluripotent mesenchymal progenitor C3H10T1/2 cells, preosteoblastic C2C12 cells, and osteoblastic TE-85 cells. Osteogenic activity was determined by measuring the induction of alkaline phosphatase, osteocalcin, and matrix mineralization upon BMP stimulation. Results: BMP-2, 6, and 9 significantly induced alkaline phosphatase activity in pluripotential C3H10T1/2 cells, while BMP-2, 4, 6, 7, and 9 significantly induced alkaline phosphatase activity in preosteoblastic C2C12 cells. In TE-85 osteoblastic cells, most BMPs (except BMP-3 and 12) were able to induce alkaline phosphatase activity. The results of alkaline phosphatase histochemical staining assays were consistent with those of alkaline phosphatase colorimetric assays. Furthermore, BMP-2, 6, and 9 (as well as BMP-4 and, to a lesser extent, BMP-7) significantly induced osteocalcin expression in C3H10T1/2 cells. In C2C12 cells, osteocalcin expression was strongly induced by BMP-2, 4, 6, 7, and 9. Mineralized nodules were readily detected in C3H10T1/2 cells infected with BMP-2, 6, and 9 (and, to a lesser extent, those infected with BMP-4 and 7). Conclusions: A comprehensive analysis of the osteogenic activity of fourteen types of BMPs in osteoblastic progenitor cells was conducted. Our results suggest an osteogenic hierarchical model in which BMP-2, 6, and 9 may play an important role in inducing osteoblast differentiation of mesenchymal stem cells. In contrast, most BMPs are able to stimulate osteogenesis in mature osteoblasts. Clinical Relevance: These findings have implications for the development of effective formulas for bone-healing and spinal fusion. The efficacy of osteogenesis may depend not only on the type of BMP or the combination of BMPs that is used but also on the cell types that are present.
0

A protocol for rapid generation of recombinant adenoviruses using the AdEasy system

Jinyong Luo et al.May 1, 2007
+9
X
Z
J
Recombinant adenoviruses provide a versatile system for gene expression studies and therapeutic applications. We have developed an approach that simplifies the generation and production of such viruses called the AdEasy system. A recombinant adenoviral plasmid is generated with a minimum of enzymatic manipulations, employing homologous recombination in bacteria rather than in eukaryotic cells. After transfection of such plasmids into a mammalian packaging cell line, viral production is conveniently followed with the aid of GFP encoded by a gene incorporated into the viral backbone. This system has expedited the process of generating and testing recombinant adenoviruses for a variety of purposes. In this protocol, we describe the practical aspects of using the AdEasy system for generating recombinant adenoviruses. The full protocol usually takes 4-5 weeks to complete.
0
Citation816
0
Save
0

The First Identification of Lysine Malonylation Substrates and Its Regulatory Enzyme

Chao Peng et al.Sep 10, 2011
+16
Z
Z
C
Protein post-translational modifications (PTMs) at the lysine residue, such as lysine methylation, acetylation, and ubiquitination, are diverse, abundant, and dynamic. They play a key role in the regulation of diverse cellular physiology. Here we report discovery of a new type of lysine PTM, lysine malonylation (Kmal). Kmal was initially detected by mass spectrometry and protein sequence-database searching. The modification was comprehensively validated by Western blot, tandem MS, and high-performance liquid chromatography of synthetic peptides, isotopic labeling, and identification of multiple Kmal substrate proteins. Kmal is a dynamic and evolutionarily conserved PTM observed in mammalian cells and bacterial cells. In addition, we demonstrate that Sirt5, a member of the class III lysine deacetylases, can catalyze lysine demalonylation and lysine desuccinylation reactions both in vitro and in vivo. This result suggests the possibility of nondeacetylation activity of other class III lysine deacetylases, especially those without obvious acetylation protein substrates. Our results therefore reveal a new type of PTM pathway and identify the first enzyme that can regulate lysine malonylation and lysine succinylation status. Protein post-translational modifications (PTMs) at the lysine residue, such as lysine methylation, acetylation, and ubiquitination, are diverse, abundant, and dynamic. They play a key role in the regulation of diverse cellular physiology. Here we report discovery of a new type of lysine PTM, lysine malonylation (Kmal). Kmal was initially detected by mass spectrometry and protein sequence-database searching. The modification was comprehensively validated by Western blot, tandem MS, and high-performance liquid chromatography of synthetic peptides, isotopic labeling, and identification of multiple Kmal substrate proteins. Kmal is a dynamic and evolutionarily conserved PTM observed in mammalian cells and bacterial cells. In addition, we demonstrate that Sirt5, a member of the class III lysine deacetylases, can catalyze lysine demalonylation and lysine desuccinylation reactions both in vitro and in vivo. This result suggests the possibility of nondeacetylation activity of other class III lysine deacetylases, especially those without obvious acetylation protein substrates. Our results therefore reveal a new type of PTM pathway and identify the first enzyme that can regulate lysine malonylation and lysine succinylation status. Cellular function and physiology are largely determined by the inventory of all proteins in a cell, its proteome. The collection and characterization of the proteome is critical to understanding cellular mechanisms and diseases. Proteomes in eukaryotic cells consist of over a million molecular species of proteins, easily orders of magnitude more complex than the corresponding genomes (1Witze E.S. Old W.M. Resing K.A. Ahn N.G. Mapping protein post-translational modifications with mass spectrometry.Nat. Methods. 2007; 4: 798-806Crossref PubMed Scopus (611) Google Scholar, 2Walsh C.T. Garneau-Tsodikova S. Gatto Jr., G.J. Protein posttranslational modifications: the chemistry of proteome diversifications.Angew Chem. Int. Ed Engl. 2005; 44: 7342-7372Crossref PubMed Scopus (1055) Google Scholar). There are two major mechanisms for expanding the coding capacity of the human genome: mRNA splicing and protein post-translational modifications (PTMs) 1The abbreviations used are:PTMProtein post-translational modificationKATlysine acetyltransferaseHDACHistone lysine deacetylaseMS/MStandem MSHPLChigh performance liquid chromatography. . Protein post-translational modification lysine acetyltransferase Histone lysine deacetylase tandem MS high performance liquid chromatography. PTMs (more than 300 types) are complex and fundamental mechanisms of cellular regulation, and have been associated with almost all known cellular pathways and disease processes (1Witze E.S. Old W.M. Resing K.A. Ahn N.G. Mapping protein post-translational modifications with mass spectrometry.Nat. Methods. 2007; 4: 798-806Crossref PubMed Scopus (611) Google Scholar, 2Walsh C.T. Garneau-Tsodikova S. Gatto Jr., G.J. Protein posttranslational modifications: the chemistry of proteome diversifications.Angew Chem. Int. Ed Engl. 2005; 44: 7342-7372Crossref PubMed Scopus (1055) Google Scholar). As an example, protein phosphorylation, the most well-studied PTM, is present in more than one third of human proteins, the phosphorylation status of which can potentially be regulated by ∼500 human protein kinases and ∼150 phosphatases (3Johnson S.A. Hunter T. Kinomics: methods for deciphering the kinome.Nat. Methods. 2005; 2: 17-25Crossref PubMed Scopus (349) Google Scholar, 4Denu J.M. Dixon J.E. Protein tyrosine phosphatases: mechanisms of catalysis and regulation.Curr. Opin. Chem. Biol. 1998; 2: 633-641Crossref PubMed Scopus (336) Google Scholar). The modification mainly occurs at several amino acid residues: serine, threonine, tyrosine, and histidine. Protein phosphorylation makes its substrate residues more acidic, hydrophilic, and induces a charge change from +1 charge to –1 (at physiological pH), which in turn modulates the structure and functions of substrate proteins. The high complexity of PTMs is also reflected by diverse modifications at ε-amine group of lysine residue, including methylation, acetylation, and ubiquitination. These lysine PTMs have been shown to play an important role in cellular regulations (5Guarente L. Sirtuins in aging and disease.Cold Spring Harb. Symp Quant Biol. 2007; 72: 483-488Crossref PubMed Scopus (292) Google Scholar, 6Martin C. Zhang Y. The diverse functions of histone lysine methylation.Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2005; 6: 838-849Crossref PubMed Scopus (1615) Google Scholar). Recently, we identified a new type of PTM at lysine residues, lysine succinylation (7Zhang Z. Tan M. Xie Z. Dai L. Chen Y. Zhao Y. Identification of lysine succinylation as a new post-translational modification.Nat. Chem. Biol. 2011; 7: 58-63Crossref PubMed Scopus (588) Google Scholar). Like phosporylation, lysine succinylation also induces a change of two negative charges in lysine residue, from a +1 charge to a –1 charge at physiological pH. This PTM is dynamic, abundant, and evolutionarily conserved from bacteria to mammalian cells. We anticipate that there will be more than a thousand lysine succinylated substrates in mammalian cells. Here we report the identification and verification of a new type of PTM, lysine malonylation (Fig. 1). We extensively confirmed this new modification using a variety of chemical and biochemical methods. We showed that Sirt5 can catalyze lysine demalonylation and desuccinylation reactions, in peptide and protein substrates, both in vivo and in vitro. Taken together, we conclusively establish lysine malonylation as a new type of evolutionarily conserved PTM pathway and Sirt5 is a regulatory enzyme for lysine malonylation and lysine succinylation. Peptides were synthesized through custom synthesis using racemic or enantiomeric protected amino acid residues. The synthesis of the protected amino acid residues was described in detail in supplementary Methods, including Fmoc-Lys(mono-tert-butyl malonate)-OH, Fmoc-Lys(succinyl)-OH. Ni-NTA agarose beads were purchased from Qiagen (Valencia, CA); modified sequencing-grade trypsin from Promega (Madison, WI); C18 ZipTips from Millipore Corporation (Billerica, MA); water and acetonitrile from Burdick and Jackson (Meskegon, MI); protein A beads from GE Healthcare; isotopic [1, 2, 3-13C] sodium malonate was purchased from Cambridge Isotope Laboratories (Andover, MA). The recombinant HDACs except Sirt5 were purchased from BPS Bioscience (San Diego, CA). Wt Sirt5 and its inactive mutant proteins were expressed and purified in house. Experimental procedure for expression and purification of Sirt5 were included in the supplementary Methods. Expression plasmids for Sirt5 wt and its inactive mutant (H158Y) were constructed by Wei Gu (Columbia University) and Eric Verdin (UCSF), respectively. Other chemicals were obtained from the following suppliers: Sigma-Aldrich: trifluoroacetic acid (99%), formic acid (>98%), NH4HCO3 (>99%), trichloroacetic acid (6.1 N), iodoacetamide, dithothreitol, bovine serum albumin (BSA), sodium dodecyl sulfate, Tris-Cl, MgCl2 (ACS grade), NaCl (ACS grade), KCl (ACS grade), β-nicotinamide adenine dinucleotide hydrate (NAD+), nicotinamide (ACS grade), trichostatin A (TSA), sirtinol (ACS grade); Fisher: NaHCO3 (ACS grade), NaOH (ACS grade), CH3CN (HPLC grade), HCl solution (37.3%), glycine (ACS grade), MeOH (ACS grade), acetone (ACS grade), DMEM medium and hydrogen peroxide (ACS grade). Chemical synthesis of Fmoc-Lys (mono-tert-butyl malonate)-OH and fluorescent compounds for assaying lysine demalonylation and lysine desuccinylation activities were included in the supplementary Methods. The peptides were synthesized by commercial custom synthesis using Fmoc-Lys (mono-tert-butyl malonate)-OH. Generation of anti-Kmal antibody was described in supplementary Methods. The specificity of the sequence-specific antibody was demonstrated by dot-blot assay (Fig. 2A). To carry out Western blot, 40 μg of each cell lysate was resolved in gradient SDS-PAGE gel, transferred to polyvinylidene difluoride (PVDF) membrane; to carry out dot-blot assay, a gradient amount of peptide was spotted to the nitrocellulose (NC) membrane. Then the membrane was blocked in TBST buffer (1x TBS containing 0.05% Tween 20) with 5% BSA and probed with appropriate primary antibodies and secondary antibodies coupled to horseradish peroxidase. The competition experiments were performed by incubating the primary antibodies with a synthetic peptide bearing either an unmodified lysine or a modified lysine residue. Signals were revealed by ECL Western blot detection system. HeLa cells were treated with isotopic sodium [1, 2, 3-13C] malonate (20 mm in DMEM medium, pH 7.5) for 24 h. The cells were harvested and washed twice with ice-cold phosphate-buffered saline (PBS) and then lysed with SDS sample buffer. The protein lysate was used either for Western blot analysis or for identifying Kmal peptides by immunoprecipitation using anti-Kmal antibody and mass spectrometry. The protein lysate of interest was precipitated by conventional trichloroacetic acid method. The protein precipitate was digested by trypsin using a procedure we described previously (8Kim S.C. Sprung R. Chen Y. Xu Y. Ball H. Pei J. Cheng T. Kho Y. Xiao H. Xiao L. Grishin N.V. White M. Yang X.J. Zhao Y. Substrate and functional diversity of lysine acetylation revealed by a proteomics survey.Mol. Cell. 2006; 23: 607-618Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (1231) Google Scholar). The protein precipitate was suspended in 100 mm NH4HCO3 (pH 8.0) and dissolved by sonication. Trypsin was added to the mixture at an enzyme-to-substrate ratio of 1:50 (w/w) and tryptic digestion was carried out at 37 °C for 16 h. The tryptic peptides were reduced by 5 mm dithothreitol and alkylated by 15 mm iodoacetamide. The mixture was digested again by adding an additional trypsin (1:100 w/w) and incubated at 37 °C for 3 h. The Kmal peptides were enriched from proteolytic digests of protein cell lysate using a procedure described previously (8Kim S.C. Sprung R. Chen Y. Xu Y. Ball H. Pei J. Cheng T. Kho Y. Xiao H. Xiao L. Grishin N.V. White M. Yang X.J. Zhao Y. Substrate and functional diversity of lysine acetylation revealed by a proteomics survey.Mol. Cell. 2006; 23: 607-618Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (1231) Google Scholar). Briefly, the tryptic peptides obtained above were resolubilized in NETN buffer (50 mm Tris-Cl, pH 8.0, 0.5% Nonidet P-40, 100 mm NaCl, 1 mm EDTA). Insoluble particles were removed by centrifugation at 50,000 × g for 10 min. Affinity purification was carried out by incubating the peptides with 10 μl of anti-Kmal antibody protein A immobilized agarose beads at room temperature for 4 h with gentle shaking. The beads were washed three times with NETN buffer and twice with ETN buffer (50 mm Tris-Cl, pH 8.0, 100 mm NaCl, 1 mm EDTA). The bound peptides were eluted from the beads by washing three times with 0.1% TFA. The isolated Kmal peptides were dried in SpeedVac. The resulting peptide sample was dissolved in HPLC buffer A (0.1% formic acid in water, v/v), desalted with C18 ZipTips and loaded onto an in-house packed reverse-phase C18 column (360 μm OD × 75 μm ID) connected to an Eksigent NanoLC-1D plus HPLC system (Eksigent Technologies). Peptide samples were analyzed with a 2-hr HPLC-gradient from 5 to 90% HPLC buffer B (0.1% formic acid in acetonitrile) at a flow rate of 200 nL/min. The eluted peptides were ionized and introduced into a LTQ Velos Orbitrap mass spectrometer using a nanospray source. Survey full-scan MS spectra (from m/z 350–2000) were acquired in the Orbitrap with resolution r = 30,000 at m/z 400. The twenty most intense ions were sequentially isolated in the linear ion trap and subjected to collision-activated dissociation with a normalized energy of 35%. The exclusion duration for the data-dependant scan was 36 s, the repeat count was 2, and the exclusion window was set at +2 Da and −1 Da. Charge state screening was enabled and singly charged ions are excluded for fragmentation. AGC settings were 1E6 for full scan Orbitrap analysis, 1E4 for MSn scan in ion trap and 6E4 for MSn scan in Orbitrap. Signal threshold for CID acquisition was set at 5000. The acquired MS/MS spectra was analyzed by Mascot sequence alignment algorithm (version 2.1, Matrix Science, 9). Mass tolerances for precursor ions were set at 0.01 Da and for MS/MS were set at ±0.5 Da. Peak lists were generated by extract_msn.exe software (version 5.0, Thermo Scientific). All the data were searched against either International Protein Index human protein database (version 3.70, 87069 sequences) or NCBI RefSeq E. coli k12 protein database (4123 sequences). Cysteine alkylation by iodoacetamide, methionine oxidation, and lysine malonylation (lysine +86.00039 Da) were specified as variable modifications. Maximum of three missing cleavages were specified. All the results with Mascot score above 30 and E-value below 1 were manually verified to have high peptide-spectrum match quality and satisfy characteristic neutral-loss (–44Da) fragmentation pattern. The in vivo peptide, the synthetic counterpart, and their mixture for each Kmal peptide were subjected to nano-HPLC/MS/MS analysis. Extensive washing was carried out to avoid sample carry over before each sample injection. Full-MS scans were acquired with resolution r = 30,000 at m/z 400, and targeted CID MS/MS spectra were acquired at a resolution of 7500 at m/z 400 in Orbitrap. The amounts of synthetic peptides were adjusted so that the intensities of the in vivo peptide were only within a few-fold difference from its synthetic counterpart. The reactions were performed in a final volume of 50 μl per well in a 96-well microplate. Briefly, one μl of Boc-Lys(Mal)-AMC or Boc-Lys(Succ)-AMC stocking solution (10 mm) and 200 ng HDACs (1∼11) were added to the reaction buffer (25 mm Tris-Cl, 130 mm NaCl, 3.0 mm KCl, 1 mm MgCl2, 0.1% PEG8000, pH = 8.0) and incubated at 37 °C for 2 h. For assaying activities of Sirtuins, 2 μg protein of interest and 1 μl of the NAD+ stocking solution (25 mm) were added to the reaction buffer. The reaction was then stopped by adding 25 μl of trypsin solution (25 mm Tris-Cl,130 mm NaCl, 3.0 mm KCl, 1 mm MgCl2, 30% isopropanol, 0.01 mg/ml trypsin, pH = 8.0). The resulting solvent was mixed well and incubated at 37 °C for another 2 h or appropriate time. The fluorescence was measured on a fluorescence plate reader (The Wallac 1420 Work station, IET Ltd, Vernon Hills, IL) with excitation set at 355 nm and emission measure at 460 nm. We recently identified lysine succinylation as a new type of PTM. Ksucc is an abundant, evolutionarily conserved, and dynamic PTM (7Zhang Z. Tan M. Xie Z. Dai L. Chen Y. Zhao Y. Identification of lysine succinylation as a new post-translational modification.Nat. Chem. Biol. 2011; 7: 58-63Crossref PubMed Scopus (588) Google Scholar). When we carried out proteomic screening of Ksucc substrates by affinity enrichment using an anti-Ksucc antibody, HPLC/MS/MS, and protein sequence-alignment, we detected the possible presence of a malonylated peptide from a low-quality MS/MS spectrum. To directly test for Kmal peptides, we generated an anti-Kmal antibody, which was shown to have high specificity against lysine malonylation. Anti-Kmal antibody detected its antigen peptide (CEGGGGKmalGGSG) and peptide library bearing a fixed malonylated lysine(Kmal) but not peptide libraries bearing a fixed unmodified K, acetylated lysine, butyrylated lysine, succinylated lysine (Ksucc), or a glycine-rich peptide bearing an unmodified K (Fig. 2A). To test whether Kmal exists in cells, we performed Western blot analysis using anti-Kmal antibody on the whole cell lysates from E. coli and HeLa cells. Multiple bands were detected that could be efficiently competed away by its antigen, a peptide with a Kmal residue, but not the corresponding unmodified peptide, succinylated BSA, or peptide library bearing a fixed succinylated lysine (Fig. 2B, supplemental Fig. S1). When exposed longer, multiple weaker bands can be detected with the antibody (data not shown). These results suggest that the Kmal PTM is present in both mammalian and bacterial cells. To identify potential Kmal substrates and malonylation sites in proteins, we used a method previously described for the proteomics of lysine acetylation (8Kim S.C. Sprung R. Chen Y. Xu Y. Ball H. Pei J. Cheng T. Kho Y. Xiao H. Xiao L. Grishin N.V. White M. Yang X.J. Zhao Y. Substrate and functional diversity of lysine acetylation revealed by a proteomics survey.Mol. Cell. 2006; 23: 607-618Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (1231) Google Scholar). In this experiment, we used anti-Kmal antibody to enrich Kmal peptides from a tryptic digest of HeLa whole-cell lysate and E. coli whole-cell lysate. The resulting Kmal peptides were analyzed by HPLC/MS/MS. The generated MS/MS spectra were analyzed by protein sequence alignment to identify the possible Kmal peptides. A careful manual verification was used to ensure correct peptide identification using a procedure we previously described (10Chen Y. Kwon S.W. Kim S.C. Zhao Y. An integrated approach for manual verification of peptides identified by searching protein sequence databases with tandem mass spectra.J. Proteome Res. 2005; 4: 998-1005Crossref PubMed Scopus (161) Google Scholar). All the MS/MS spectra are included in supplementary Information (supplementary Data Set S1, S2). This study led to the identification of 25 peptides from 17 proteins (Table I) of HeLa cell and three peptides from three proteins of E. coli (supplemental Table S1) that each contains a mass shift of 86.00 Da. And up to 30% of the identified peptides are malonylated in HeLa cells.Table IList of all the Kmal peptides identified by MS from HeLa cellProteinMascot scoreaAll the results were manually verified; Mascot cut-off score = 30.Peptide sequencem/zzGAPDH47TVDGPSGKLWR651.32702+46GALQNIIPASTGAAKAVGK927.01132+SLC25A553YKQIFLGGVDK677.35732+58YFPTQALNFAFKDK888.43592+57DFLAGGVAAAISKTAVAPIER1072.07562+36LAADVGKAGAER622.31762+NSUN259VINTGIKVWCR716.37672+ACTA139DSYVGDEAQSKR720.81502+PGK138FHVEEEGKGK623.29042+ENO151IEEELGSKAK595.29952+41TAIGKAGYTDK605.80172+MDH237NLGIGKVSSFEEK747.37612+DBI47AKWDAWNELK673.82352+GPI51ELQAAGKSPEDLER814.89272+HSPA983QATKDAGQISGLNVLR878.96202+ALDOA56ALQASALKAWGGK698.87292+51VDKGVVPLAGTNGETTTQGLDGLSER900.78223+HSPD145ISKGANPVEIR635.34322+TUT135AFNQGKIFK569.79792+HSPE171GKGGEIQPVSVK642.84382+51SQGKVLQATVVAVGSGSK901.48642+49VLQATVVAVGSGSKGK793.94562+HSP90AB146EMLQQSKILK652.35082+EPRS52AYVDDTPAEQMKAER905.40152+KRT843TLNNKFASFIDK742.37572+a All the results were manually verified; Mascot cut-off score = 30. Open table in a new tab Taken together, the results of Western blot analysis, competition assay, and proteomics screening using HPLC/MS/MS suggest the existence of Kmal in both mammalian and bacterial cells. Identical peptides will exhibit the same MS/MS patterns and same HPLC retention times in HPLC/MS/MS analysis. Accordingly, the analysis of corresponding synthetic peptides built with the PTM of interest is the best method to validate that a natural peptide bears a new PTM. To verify the Kmal peptides identified in Table I, we randomly selected five Kmal peptides for chemical synthesis. The resulting peptides were pair-wise analyzed using HPLC/MS/MS between the in vivo peptide and its synthetic counterpart. As an example, the MS/MS spectrum of a peptide isolated from HeLa cell enolase (TAIGK+85.9988DaAGYTDK) has the same MS/MS spectrum as that of a synthetic peptide with a malonyl group (TAIGKmalAGYTDK), and a mixture of the two peptides (Fig. 3A). In addition, the in vivo peptide co-elutes with the synthetic peptide in HPLC (Fig. 3B). These two lines of evidence confirmed that the mass shift of 85.9988 Da in the peptide, TAIGK+85.9988DaAGYTDK, is caused by lysine malonylation. Likewise, we also confirmed lysine malonylation in other four peptides by HPLC and MS/MS analysis using their corresponding synthetic peptides (Figs. 3C, 3D, and supplemental Figs. S2–S4). Acetate and succinate can be converted into acetyl CoA and succinyl CoA, which can be used in turn by cells for lysine acetylation and succinylation reactions, respectively (7Zhang Z. Tan M. Xie Z. Dai L. Chen Y. Zhao Y. Identification of lysine succinylation as a new post-translational modification.Nat. Chem. Biol. 2011; 7: 58-63Crossref PubMed Scopus (588) Google Scholar, 11Allis C.D. Chicoine L.G. Richman R. Schulman I.G. Deposition-related histone acetylation in micronuclei of conjugating Tetrahymena.Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1985; 82: 8048-8052Crossref PubMed Scopus (104) Google Scholar). We argue that malonate may also be used by cells in a similar fashion as malonyl-CoA synthetase was reported previously (12Mitzen E.J. Koeppen A.H. Malonate, malonyl-coenzyme A, and acetyl-coenzyme A in developing rat brain.J. Neurochem. 1984; 43: 499-506Crossref PubMed Scopus (22) Google Scholar, 13Koeppen A.H. Papandrea J.D. Mitzen E.J. Fatty acid biosynthesis in Wallerian degeneration of rat sciatic nerve.Muscle Nerve. 1979; 2: 369-375Crossref PubMed Scopus (17) Google Scholar). To test this possibility, we first fed HeLa cells with 20 mm malonate for 24 h. Lysine malonylation status was then evaluated in HeLa whole-cell lysate by Western blot analysis with our anti-Kmal antibody. Our result showed that lysine malonylation was enhanced by treatment with sodium malonate (Fig. 4A). To further examine if malonate can be converted to a high energy molecule such as malonyl CoA, that is in turn used by cells for lysine malonylation, we labeled HeLa cells with 20 mm isotopic sodium [1, 2, 3-13C]-malonate for 24 h. We extracted protein from whole-cell lysate that was then digested with trypsin. The resulting tryptic peptides were subjected to affinity enrichment using the anti-Kmal antibody, and enriched peptides were analyzed by HPLC/MS/MS and peptide sequence alignment for peptide identification. The isotopically labeled Kmal peptides can easily be identified by an additional 3.0 Da-mass shift over the lysine malonylation. This study led to the identification of Kmal-peptides that were labeled with [1, 2, 3-13C]-malonyl (Fig. 4B and supplementary Data Set S3). These results implied that malonate can be converted to an activated intermediate, which could be in turn used by cells as a malonyl donor for lysine malonylation reaction. Peptides bearing a PTM may have a unique mass signature in MS/MS spectra that is dependent on the PTM structure. For example, a phosphopeptide bearing a phosphorylation site in either a serine or threonine residue tends to lose the phosphate group, leading to a –98 Da satellite peak in MS/MS spectra (14DeGnore J.P. Qin J. Fragmentation of phosphopeptides in an ion trap mass spectrometer.J. Am. Soc. Mass Spectrom. 1998; 9: 1175-1188Crossref PubMed Scopus (235) Google Scholar, 15Carr S.A. Huddleston M.J. Annan R.S. Selective detection and sequencing of phosphopeptides at the femtomole level by mass spectrometry.Anal. Biochem. 1996; 239: 180-192Crossref PubMed Scopus (330) Google Scholar). This is mainly caused by fragmentation of the fragile phosphate bond in either the ionization source or mass analyzer during HPLC/MS/MS analysis. Likewise, the O-GlcNAc group is also very easily lost in a mass spectrometer, leading to a satellite peak with a neutral loss of 203 Da (16Darula Z. Chalkley R.J. Baker P. Burlingame A.L. Medzihradszky K.F. Mass spectrometric analysis, automated identification and complete annotation of O-linked glycopeptides.Eur. J. Mass Spectrom. 2010; 16: 421-428Crossref PubMed Scopus (38) Google Scholar, 17Wells L. Vosseller K. Cole R.N. Cronshaw J.M. Matunis M.J. Hart G.W. Mapping sites of O-GlcNAc modification using affinity tags for serine and threonine post-translational modifications.Mol. Cell. Proteomics. 2002; 1: 791-804Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (374) Google Scholar). When we analyzed MS/MS of Kmal peptides, we found that almost all the peptide fragment ions in MS/MS spectra of synthetic peptides bearing a Kmal residue have a satellite peak with a mass loss of 44 Da, which corresponds to the loss of CO2. We believe that this is caused by thermal decarboxylation, a process that readily occurs among derivatives of malonic acid (18Brown, W. H., Foote, C. S., Iverson, B. L., (2009) Organic Chemistry. 5th edn, (Brooks/cole Cengage Learning)Google Scholar). During this reaction, the malonylated lysine side chain first forms the enol intermediate through a cyclic transition state, which quickly tautomerizes to a carbonyl group (supplemental Fig. S5). This unique mass signature can be used for confirming the identification of peptides bearing a Kmal site. The status of cellular lysine acetylation is tightly regulated by two groups of enzymes with opposing enzymatic activities, lysine acetyltransferases (KATs) and lysine deacetylases (HDACs). Because not all of the HDACs have deacetylase activities, we hypothesize that some HDACs may be involved in lysine demalonylation. To test this hypothesis, we developed a fluorescence-based assay to measure the lysine demalonylation activity of all the HDACs. In this assay, a synthetic HDAC-mimic substrate was incubated with each of the 18 HDACs. A HDAC with lysine demalonylation activity would remove the malonyl group from the modified lysine residue, creating a proteolytic digestion site for trypsin. After a subsequent tryptic digestion, demalonylated substrates will generate an intense fluorescence signal. Using this assay, we tested the lysine demalonylation activity of all 18 HDACs (including HDAC 1–11 and Sirtuin 1–7). This assay showed that Sirt5 exhibits significant lysine demalonylation activity, and that its inactive mutant did not have significant demalonylation activity (Fig. 5A). Detection of lysine demalonylation activity of Sirt5 motivated us to evaluate HDAC family member's activities toward lysine succinylation, a PTM we previously discovered (7Zhang Z. Tan M. Xie Z. Dai L. Chen Y. Zhao Y. Identification of lysine succinylation as a new post-translational modification.Nat. Chem. Biol. 2011; 7: 58-63Crossref PubMed Scopus (588) Google Scholar). Interestingly, Sirt5 is again the only HDAC that exhibits strong lysine desuccinylation activity in this assay (Fig. 5B). In contrast to lysine demalonylation and lysine desuccinylation activities, Sirt5 showed negligible activity toward lysine deacetylation in this assay, which is very different from high deacetylation activities of HDAC1∼3, 6, Sirt1∼3 (supplemental Fig. S7). To further confirm the enzymatic activities of Sirt5 in vitro, we carried out a lysine demalonylation reaction using five synthetic peptides bearing Kmal residues (DSYVGDEAQSKmalR, IEEELGSKmalAK, TAIGKmalAGYTDK, AFNQGKmalIFK, AYVDDTPAEQMKmalAER). We used mass spectrometry to examine the demalonylation products of this reaction. As an example, the molecular weight of a synthetic peptide, AFNQGKmalIFK, from TUT1 is 905.4039Da (Fig. 6A). Upon incubation with Sirt5, an additional HPLC peak with a mass loss of ∼86 Da (with a loss of –43 m/z for a doubly charged ion) was detected in the presence of NAD+, corresponding to peptide that has lost a malonyl group. In contrast, the demalonylated peptide was not detected in a mock reaction and in a reaction using a Sirt5 inactive mutant or the same peptide bearing an acetylated lysine (supplemental Fig. S8A). The demalonylation reaction requires NAD+ and can be inhibited by nicotinamide (a class III HDAC inhibitor), but not trichostatin A (TSA, an inhibitor for class I/II HDACs) and sirtinol (an inhibitor of yeast Sir2 and human Sirt1) (Fig. 6A). This result indicates that Sirt5 can catalyze lysine demalonylation in a Kmal peptide in vitro and NAD+ is the cofactor of this reaction. Likewise, we also show that Sirt5 can catalyze a lysine demalonylation reaction in vitro for other four lysine malonylated substrates (supplemental Fig. S9). To further examine the desuccinylation activity of Sirt5 in vitro, we also carried out lysine desuccinylation reactions using three synthetic peptides bearing Ksucc residues (VLLPEYGGTKsuccVVLDDK, SQGKsuccVLQATVV, ETGVDLTKsuccDNMALQR). As an example, the molecular weight of a synthetic peptide, VLLPEYGGTKsuccVVLDDK, from HSPE1 is 1845.9879 Da (Fig. 6B). Upon incubation with Sirt5, an additional HPLC peak with a mass loss of ∼100 Da (with a loss of –50 m/z for a doubly charged ion) was detected in the presence of NAD+, corresponding to the peptide that has lost a succinyl group. In contrast, the desuccinylated peptide was not detected in a mock reaction and in a reaction using a Sirt5 enzyme-dead mutant. Like lysine demalonylation reaction, desuccinylation activity of Sirt5 requires NAD+ and can be inhibited by nicotinamide, but not TSA or sirtinol. Likewise, we also showed that Sirt5 can catalyze lysine desuccinylation reactions in vitro for other two lysine succinylated substrates (supplemental Fig. S10), but cannot for a lysine deacetylation reaction for the corresponding acetyled peptides (supplemental Fig. S11). To examine the lysine demalonylation and lysine desuccinylation activities of Sirt5 in proteins, we resolved mitochondrial protein lysate in SDS-PAGE gel and transferred the proteins from the gel to the PVDF membrane. We then incubated the recombinant Sirt5 with the PVDF membrane (Fig. 7A). Western blot experiment showed that lysine malonylation and lysine succinylation levels are decreased in multiple protein bands. This result indicated that Sirt5 can catalyze the lysine demalonylation and lysine succinylation in vitro. To corroborate the result of the in vitro experiment, we examined the lysine malonylation and lysine succinylation status in HepG2 cells, in which Sirt5 was overexpressed or knockdown by siRNA. These experiments demonstrated that lysine malonylation or lysine succinylation were decreased in response to Sirt5 expression (supplemental Fig. S12). Using the protein lysate from livers derived from wt Sirt5 mouse and Sirt5 knockout mouse, we showed that Sirt5 has significant impact on the global lysine malonylation and lysine succinylation, but has little influence on lysine acetylation (Fig. 7B). Taken together, we reproducibly demonstrated that Sirt5 can catalyze lysine demalonylation reaction and lysine desuccinylation both in vitro and in vivo. Lysine, with a positive charged side chain at physiological pH, plays an important role in protein functions and folding. And lysine methylation and lysine acetylation have been extensively studied in the past decade, revealing their important roles in transcriptional regulation and energy metabolism. In this study, we reported the identification of lysine malonylation in both mammalian and bacterial cells. This modification was validated by Western blot, competition assay, proteomics screening, and synthetic peptides in combination with HPLC/MS/MS. Lysine malonylation induces more dramatic structural changes than both lysine acetylation and methylation, and therefore is expected to have impacts on the substrate proteins. The class III HDAC family consists of seven sirtuins (Sirt1–7), three of which, Sirt3, Sirt4, and Sirt5, are known to be located in mitochondrion. CPS1 is the only Sirt5-lysine acetylated substrate identified to date. Sirt5 was shown to deacetylate this protein and increase its activity (19Nakagawa T. Lomb D.J. Haigis M.C. Guarente L. SIRT5 Deacetylates carbamoyl phosphate synthetase 1 and regulates the urea cycle.Cell. 2009; 137: 560-570Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (614) Google Scholar). It was reported that Sirt5 may not be a major deacetylase in mitochondria for two reasons. First, no obvious mitochondrial hyperacetylation was detected in SIRT4 or SIRT5 knockout mice (20Lombard D.B. Alt F.W. Cheng H.L. Bunkenborg J. Streeper R.S. Mostoslavsky R. Kim J. Yancopoulos G. Valenzuela D. Murphy A. Yang Y. Chen Y. Hirschey M.D. Bronson R.T. Haigis M. Guarente L.P. Farese Jr, R.V. Weissman S. Verdin E. Schwer B. Mammalian Sir2 homolog SIRT3 regulates global mitochondrial lysine acetylation.Mol. Cell Biol. 2007; 27: 8807-8814Crossref PubMed Scopus (985) Google Scholar). In contrast, SIRT3-knockout mice show striking mitochondrial protein hyperacetylation, indicating that the protein is an important mitochondrial deacetylase. Second, human Sirt5 was reported to have weak deacetylase activity in vitro (21North B.J. Marshall B.L. Borra M.T. Denu J.M. Verdin E. The human Sir2 ortholog, SIRT2, is an NAD+-dependent tubulin deacetylase.Mol. Cell. 2003; 11: 437-444Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (1251) Google Scholar). In this study, we showed robust demalonylation and desuccinylation activities of Sirt5. The activities were initially identified using fluorometric assays using 18 recombinant HDAC proteins. The in vitro demalonylation and desuccinylation activities were confirmed using peptide and protein substrates. The activities were confirmed in vivo by Western blot using transfection experiments and mouse livers from both wild-type mouse and Sirt5-knockout mouse. We further showed that Sirt5 has much higher activities to lysine malonylation and lysine succinylation than lysine acetylation, both in vitro and in vivo. Eighteen HDACs were annotated in the literature, some of which do not have obvious acetyllysine protein substrates. Identification of Sirt5 as a demalonylation and desuccinylation enzyme suggests a possibility of nondeacetylation activities of other HDACs, especially those that do not have known acetyllysine substrates. On the other hand, although Sirt5 is the first enzyme we identified that has demalonylation and desuccinylation activities, this result does not exclude the possibility of the existence of such activities in other proteins. Malonyl-CoA is an important intermediate in the pathways of cellular metabolism. Malonyl-CoA is known to be synthesized by three major routes: (1) the carboxylation of acetyl-CoA catalyzed by acetyl-Coenzyme A carboxylase (ACC), (2) the carboxylation of acetyl-CoA catalyzed by propionyl-CoA carboxylase, and (3) β-oxidation of old-chain-length dicarboxylic acids. Malonyl-CoA can be disposed in cells through fatty acid synthesis, a process catalyzed by fatty acid synthase and through conversation back to acetyl-CoA by malonyl-CoA decarboxylase. In addition to being an important metabolite, malonyl-CoA was also shown to have regulatory function, e.g. inhibition of mitochondrial carnitine palmitoyltransferase (CPT1) (22Wolfgang M.J. Lane M.D. Hypothalamic malonyl-CoA and CPT1c in the treatment of obesity.FEBS J. 2011; 278: 552-558Crossref PubMed Scopus (51) Google Scholar). As an important metabolite and regulatory molecule, dysregulation of malonyl-CoA homeostasis affects cellular physiology. For example, malonic aciduria, an inborn error of metabolism is caused by deficient MCD activity (23MacPhee G.B. Logan R.W. Mitchell J.S. Howells D.W. Tsotsis E. Thorburn D.R. Malonyl coenzyme A decarboxylase deficiency.Arch. Dis. Child. 1993; 69: 433-436Crossref PubMed Scopus (34) Google Scholar). ACC2 deficient mice show increased fatty acid oxidation, reduced body fat mass and body weight, despite consuming more food (hyperphagia). They are also protected against diabetes and obesity induced by high fat/high carbohydrate diets (24Abu-Elheiga L. Oh W. Kordari P. Wakil S.J. Acetyl-CoA carboxylase 2 mutant mice are protected against obesity and diabetes induced by high-fat/high-carbohydrate diets.Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003; 100: 10207-10212Crossref PubMed Scopus (328) Google Scholar). These observations suggest ACC2 an attractive therapeutic agents against obesity and diabetes (25Harwood Jr., H.J. Acetyl-CoA carboxylase inhibition for the treatment of metabolic syndrome.Curr. Opin. Investig. Drugs. 2004; 5: 283-289PubMed Google Scholar). The critical roles of malonyl-CoA in energy homeostasis suggest that lysine malonylation may provide another layer of cellular regulations in response to the dynamic changes of cellular malonyl-CoA concentration. Although structurally similar, succinyl-CoA and malonyl-CoA have very different metabolic pathways. Succinyl-CoA is a metabolic intermediate in TCA cycle, porphyrin synthesis, and catabolism of odd-chain fatty acids and some branched-chain amino acids. It is possible that cells may use either one of the two PTM pathways (lysine succinylation and lysine malonylation), depending on the available CoA metabolites, to reprogram its cellular networks. It is also possible that some regulatory enzymes are different between the two PTM pathways, as in the case of lysine acetylation and lysine methylation. Identification of lysine malonylation and Sirt5 as the first regulatory enzyme for lysine malonylation is likely to be the first step for the exciting search for other regulatory enzymes and for characterization of biological functions of lysine malonylation. Therefore, lysine malonylation may provide a new paradigm in the cellular regulation, such as energy metabolism, in diverse organisms. Download .pdf (2.68 MB) Help with pdf files
0

Adenovirus-mediated gene delivery: Potential applications for gene and cell-based therapies in the new era of personalized medicine

Cody Lee et al.Apr 27, 2017
+19
R
E
C
With rapid advances in understanding molecular pathogenesis of human diseases in the era of genome sciences and systems biology, it is anticipated that increasing numbers of therapeutic genes or targets will become available for targeted therapies. Despite numerous setbacks, efficacious gene and/or cell-based therapies still hold the great promise to revolutionize the clinical management of human diseases. It is wildly recognized that poor gene delivery is the limiting factor for most in vivo gene therapies. There has been a long-lasting interest in using viral vectors, especially adenoviral vectors, to deliver therapeutic genes for the past two decades. Among all currently available viral vectors, adenovirus is the most efficient gene delivery system in a broad range of cell and tissue types. The applications of adenoviral vectors in gene delivery have greatly increased in number and efficiency since their initial development. In fact, among over 2,000 gene therapy clinical trials approved worldwide since 1989, a significant portion of the trials have utilized adenoviral vectors. This review aims to provide a comprehensive overview on the characteristics of adenoviral vectors, including adenoviral biology, approaches to engineering adenoviral vectors, and their applications in clinical and pre-clinical studies with an emphasis in the areas of cancer treatment, vaccination and regenerative medicine. Current challenges and future directions regarding the use of adenoviral vectors are also discussed. It is expected that the continued improvements in adenoviral vectors should provide great opportunities for cell and gene therapies to live up to its enormous potential in personalized medicine.
0
Citation543
0
Save
0

3-D bioprinting technologies in tissue engineering and regenerative medicine: Current and future trends

Elliot Bishop et al.Nov 23, 2017
+6
M
S
E
Advances in three-dimensional (3D) printing have increased feasibility towards the synthesis of living tissues. Known as 3D bioprinting, this technology involves the precise layering of cells, biologic scaffolds, and growth factors with the goal of creating bioidentical tissue for a variety of uses. Early successes have demonstrated distinct advantages over conventional tissue engineering strategies. Not surprisingly, there are current challenges to address before 3D bioprinting becomes clinically relevant. Here we provide an overview of 3D bioprinting technology and discuss key advances, clinical applications, and current limitations. While 3D bioprinting is a relatively novel tissue engineering strategy, it holds great potential to play a key role in personalized medicine.
0
Citation540
0
Save
0

Distinct roles of bone morphogenetic proteins in osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells

Hue Luu et al.Feb 8, 2007
+7
X
W
H
Abstract Efficacious bone regeneration could revolutionize the clinical management of many bone and musculoskeletal disorders. Bone morphogenetic proteins (BMPs) can regulate the differentiation of mesenchymal stem cells into cartilage, bone, tendon/ligament, and fat lineages. Early data documented the osteogenic potential of rhBMP2 and rhBMP7/OP‐1. However, prior to this work that summarized several of our recent studies, no comprehensive analysis had been undertaken to characterize relative osteogenic activity of all BMPs. Using recombinant adenoviruses expressing 14 BMPs, we have demonstrated that, besides BMP2 and BMP7, BMP6 and BMP9 exhibit the highest osteogenic activity both in vitro and in vivo. We further demonstrated that several BMPs may exert synergistic effect on osteogenic differentiation, and that osteogenic BMPs produce a distinct set of molecular fingerprints during osteogenic differentiation. The reported work should expand our current understanding of BMP functions during osteogenic differentiation. It is conceivable that osteogenic BMPs (i.e., BMP2, 4, 6, 7, and 9) may be used to formulate synergistic pairs among themselves and/or with other less osteogenic BMPs for efficacious bone regeneration in clinical settings. © 2007 Orthopaedic Research Society. Published by Wiley Periodicals, Inc. J Orthop Res 25:665–677, 2007
0
Citation521
0
Save
Load More