Abstract Fracture healing is a unique postnatal repair process in which the events of endochondral and intramembranous bone formation follow a definable temporal sequence. The temporal patterns of messenger RNA (mRNA) expression for members of the transforming growth factor β (TGF-β) superfamily were examined over a 28-day period of fracture healing in mouse tibias. Bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) and growth and differentiation factor 8 (GDF8) showed maximal expression on day 1 after fracture, suggesting their roles as early response genes in the cascade of healing events. Restricted expression of GDF8 to day 1, in light of its known actions as a negative regulator of skeletal muscle growth, suggests that it may similarly regulate cell differentiation early in the fracture healing process. GDF5, TGF-β2, and TGF-β3 showed maximal expression on day 7, when type II collagen expression peaked during cartilage formation. In contrast, BMP-3, BMP-4, BMP-7, and BMP-8 showed a restricted period of expression from day 14 through day 21, when the resorption of calcified cartilage and osteoblastic recruitment were most active. TGF-β1, BMP-5 and BMP-6, and GDF10 were constitutively expressed from day 3 to day 21. However, during the same time period, GDF3, GDF6, and GDF9 could not be detected, and GDF1 was expressed at extremely low levels. These findings suggest that several members of the TGF-β superfamily are actively involved in fracture healing and although they are closely related both structurally and functionally, each has a distinct temporal expression pattern and potentially unique role in fracture healing.

Abstract Fracture healing is a unique biological process regulated by a complex array of signaling molecules and proinflammatory cytokines. Recent evidence for the role of tumor necrosis family members in the coupling of cellular functions during skeletal homeostasis suggests that they also may be involved in the regulation of skeletal repair. The expression of a number of cytokines and receptors that are of functional importance to bone remodeling (osteoprotegerin [OPG], macrophage colony‐stimulating factor [M‐CSF], and osteoprotegerin ligand [receptor activator of NF‐κB ligand (RANKL)]), as well as inflammation (tumor necrosis factor α [TNF‐α] and its receptors, and interleukin‐1α [IL‐1α] and ‐β and their receptors) were analyzed over a 28‐day period after the generation of simple transverse fractures in mouse tibias. OPG was expressed constitutively in unfractured bones and elevated levels of expression were detected throughout the repair process. It showed two distinct peaks of expression: the first occurring within 24 h after fracture and the second at the time of peak cartilage formation on day 7. In contrast, the expression of RANKL was nearly undetectable in unfractured bones but strongly induced throughout the period of fracture healing. The peak in expression of RANKL did not correlate with that of OPG, because maximal levels of expression were seen on day 3 and day 14, when OPG levels were decreasing. M‐CSF expression followed the temporal profile of RANKL but was expressed at relatively high basal levels in unfractured bones. TNF‐α, lymphotoxin‐β (LT‐β), IL‐1α, and IL‐1β showed peaks in expression within the first 24 h after fracture, depressed levels during the period of cartilage formation, and increased levels of expression on day 21 and day 28 when bone remodeling was initiated. Both TNF‐α receptors (p55 and p75) and the IL‐1RII receptor showed identical patterns of expression to their ligands, while the IL‐1R1 was expressed only during the initial period of inflammation on day 1 and day 3 postfracture. Both TNF‐α and IL‐1α expression were localized primarily in macrophages and inflammatory cells during the early periods of inflammation and seen in mesenchymal and osteoblastic cells later during healing. TNF‐α expression also was detected at very high levels in hypertrophic chondrocytes. These data imply that the expression profiles for OPG, RANKL, and M‐CSF are tightly coupled during fracture healing and involved in the regulation of both endochondral resorption and bone remodeling. TNF‐α and IL‐1 are expressed at both very early and late phases in the repair process, which suggests that these cytokines are important in the initiation of the repair process and play important functional roles in intramembraneous bone formation and trabecular bone remodeling.

Abstract Shwachman-Diamond syndrome (SDS; OMIM: #260400) is caused by variants in SBDS (Shwachman-Bodian-Diamond syndrome gene), which encodes a protein that plays an important role in ribosome assembly. Recent reports suggest that recessive variants in EFL1 are also responsible for SDS. However, the precise genetic mechanism that leads to EFL1 -induced SDS remains incompletely understood. Here we present three unrelated Korean SDS patients that carry biallelic pathogenic variants in EFL1 with biased allele frequencies, resulting from a bone marrow-specific somatic uniparental disomy (UPD) in chromosome 15. The recombination events generated cells that were homozygous for the relatively milder variant, allowing for the evasion of catastrophic physiological consequences. Still, the milder EFL1 variant was solely able to impair 80S ribosome assembly and induce SDS features in cell line, zebrafish, and mouse models. The loss of EFL1 resulted in a pronounced inhibition of terminal oligo-pyrimidine element-containing ribosomal protein transcript 80S assembly. Therefore, we propose a more accurate pathogenesis mechanism of EFL1 dysfunction that eventually leads to aberrant translational control and ribosomopathy.