Significance New interventions are needed to improve bone health and reduce the risk for osteoporosis and fracture. Dysbiosis is increasingly linked to metabolic abnormalities, although the effect of the microbiota on skeletal health is poorly understood. Previous studies suggest microbiota are detrimental to bone by increasing resorption. In this report, we show that the gut resident microbiota promote bone formation, as well as resorption, with long-term exposure to microbiota resulting in net skeletal growth. Microbiota induce the hormone insulin-like growth factor 1 (IGF-1), which promotes bone growth and remodeling. Short-chain fatty acids (SCFAs), produced when microbiota ferment fiber, also induce IGF-1, suggesting a mechanism by which microbiota affect bone health. Manipulating the microbiome or its metabolites may afford opportunities to optimize bone health and growth.

Background: Exit from mitosis requires inactivation of mitotic cyclin-dependent kinases (CDKs). A key mechanism of CDK inactivation is ubiquitin-mediated cyclin proteolysis, which is triggered by the late mitotic activation of a ubiquitin ligase known as the anaphase-promoting complex (APC). Activation of the APC requires its association with substoichiometric activating subunits termed Cdc20 and Hct1 (also known as Cdh1). Here, we explore the molecular function and regulation of the APC regulatory subunit Hct1 in Saccharomyces cerevisiae.Results: Recombinant Hct1 activated the cyclin–ubiquitin ligase activity of APC isolated from multiple cell cycle stages. APC isolated from cells arrested in G1, or in late mitosis due to the cdc14-1 mutation, was more responsive to Hct1 than APC isolated from other stages. We found that Hct1 was phosphorylated in vivo at multiple CDK consensus sites during cell cycle stages when activity of the cyclin-dependent kinase Cdc28 is high and APC activity is low. Purified Hct1 was phosphorylated in vitro at these sites by purified Cdc28–cyclin complexes, and phosphorylation abolished the ability of Hct1 to activate the APC in vitro. The phosphatase Cdc14, which is known to be required for APC activation in vivo, was able to reverse the effects of Cdc28 by catalyzing Hct1 dephosphorylation and activation.Conclusions: We conclude that Hct1 phosphorylation is a key regulatory mechanism in the control of cyclin destruction. Phosphorylation of Hct1 provides a mechanism by which Cdc28 blocks its own inactivation during S phase and early mitosis. Following anaphase, dephosphorylation of Hct1 by Cdc14 may help initiate cyclin destruction.

Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein U (hnRNPU) is known to play multiple biological roles by regulating transcriptional expression, RNA splicing, RNA stability, and chromatin structure in a tissue-dependent manner. The role of hnRNPU in skeletal muscle development and maintenance has not been previously evaluated. In this study, skeletal muscle specific hnRNPU knock out mice is utilized and evaluated skeletal muscle mass and immune cell infiltration through development. By 4 weeks, muscle-specific hnRNPU knockout mice revealed Ly6C+ monocyte infiltration into skeletal muscle, which preceded muscle atrophy. Canonical NF-kB signaling is activated in a myofiber-autonomous manner with hnRNPU repression. Inducible hnRNPU skeletal muscle knockout mice further demonstrated that deletion of hnRNPU in adulthood is sufficient to cause muscle atrophy, suggesting that hnRNPU's role in muscle maintenance is not during development alone. Treatment with salirasib, to inhibit proliferation of immune cells, prevents muscle atrophy in muscle-specific hnRNPU knock out mice, indicating that immune cell infiltration plays causal role in muscle atrophy of hnRNPU knock out mice. Overall, the findings suggest that loss of hnRNPU triggers muscle inflammation and activates NF-κB signaling in a cell-autonomous manner, culminating in muscle atrophy.

ABSTRACT Leucine-rich repeat containing G-protein-coupled receptor 6 (LGR6) is a marker of osteoprogenitor cells and is dynamically expressed during in vitro osteodifferentation of mouse and human mesenchymal stem cells (MSCs). While the Lgr6 genomic locus has been associated with osteoporosis in human cohorts, the precise molecular function of LGR6 in osteogenesis and maintenance of bone mass are not yet known. In this study, we performed in vitro Lgr6 knockdown and overexpression experiments in murine osteoblastic cells and find decreased Lgr6 levels results in reduced osteoblast proliferation, differentiation, and mineralization. Consistent with these data, overexpression of Lgr6 in these cells leads to significantly increased proliferation and osteodifferentiation. To determine whether these findings are recapitulated in vivo, we performed microCT and ex vivo osteodifferentiation analyses using our newly generated CRISPR-Cas9 mediated Lgr6 mouse knockout allele (Lgr6-KO). We find that ex vivo osteodifferentiation of Lgr6-KO primary MSCs is significantly reduced, and 8 week-old Lgr6-KO mice have less trabecular bone mass as compared to Lgr6 wildtype controls, indicating that Lgr6 is necessary for normal osteogenesis and to attain peak bone mass. Toward mechanism, we analyzed in vitro signaling in the context of two LGR6 ligands, RSPO2 and MaR1. We find that RSPO2 stimulates LGR6-mediated WNT/β-catenin signaling whereas MaR1 stimulates LGR6-mediated cAMP activity, suggesting two ligand-dependent functions for LGR6 receptor signaling during osteogenesis. Collectively, this study reveals that Lgr6 is necessary for wildtype levels of proliferation and differentiation of osteoblasts, and achieving peak bone mass.

ABSTRACT The mouse digit tip is a complex tissue that is capable of regeneration after amputation. How the regenerated digit tip is patterned is unknown, but a long-standing hypothesis in the field of regeneration proposes that developmental patterning mechanisms are re-used during regeneration. The digit tip bone exhibits strong dorsal-ventral (DV) polarity, so we focus on Engrailed 1 (En1) and LIM homeobox transcription factor 1B (Lmx1b), two well-studied transcription factors necessary for DV patterning during limb development. We investigate if En1 and Lmx1b are re-expressed during regeneration in a developmental-like spatially restricted pattern, and if they direct DV morphology of the regenerated digit tip. We find that both En1 and Lmx1b are expressed in the regenerating mouse digit tip epithelium and mesenchyme, respectively, but without DV polarity. We use conditional genetics and quantitative analysis of digit tip bone morphology to determine that genetic deletion of En1 or Lmx1b in adult digit tip regeneration modestly reduces bone regeneration but does not affect DV patterning of the regenerate. Collectively, our data suggest that while En1 and Lmx1b are re-expressed during mouse digit tip regeneration, they do not define the DV axis during regeneration.

Introduction: This study assessed patient demographic factors associated with nonattendance for osteoporosis evaluation after being referred to our Bone Health Clinic (BHC), a hospital‐based outpatient Fracture Liaison Service (FLS), for a fragility fracture. Methods: 507 patients sustaining a fragility fracture were referred to the BHC over a 39‐month period. Retrospective chart review was conducted to capture osteoporosis evaluation attendance rates and demographic factors (age, gender, race, area deprivation index, insurance type, and fracture type). A post‐fracture follow‐up visit with either the BHC or another provider in which osteoporosis was noted in the assessment was considered attendance for osteoporosis evaluation. Nonattendance was determined at a cutoff of one year after the fracture date. Results: Of the 507 patients referred to the BHC following a fragility fracture, 177 patients attended osteoporosis evaluation with either the BHC or a primary care provider. Nonattendance was associated with older age ( p = 0.0075), having private health insurance ( p = 0.0434), and recent hip fracture ( p < 0.0001). Attendance was associated with having government health insurance ( p = 0.0103). Conclusion: Inpatient evaluation and treatment for osteoporosis should be considered in patients who are older or have sustained a hip fracture as they may have more difficulty attending post‐fracture appointments.

Overnutrition and obesity promote adipose tissue dysfunction, often leading to systemic insulin resistance. The thiazolidinediones (TZDs) are a potent class of insulin-sensitizing drugs and ligands of PPARγ that improve insulin sensitivity, but their use is limited due to significant side effects. Recently, we demonstrated a mechanism by which TZDs improve insulin sensitivity distinct from receptor agonism and adipogenesis: reversal of obesity-linked phosphorylation of PPARγ at Serine 273. However, the role of this modification has not been tested genetically. Here we demonstrate that mice encoding an allele of PPARγ which cannot be phosphorylated at S273 are protected from insulin resistance, without exhibiting differences in body weight or TZD-associated side effects. Indeed, hyperinsulinemic-euglycemic clamp experiments confirm improved insulin sensitivity, as evidenced by increased whole-body glucose uptake. RNA-seq experiments reveal PPARγ S273 phosphorylation specifically enhances transcription of Gdf3, a BMP family member. Ectopic expression of Gdf3 is sufficient to induce insulin resistance in lean, healthy mice. We find that Gdf3 can impact metabolism by inhibition of BMP signaling. Together, these results highlight the diabetogenic role of PPARγ S273 phosphorylation and focuses attention on a putative target, Gdf3.

Abstract Emerging evidence suggests a significant role of gut microbiome in bone health. Aging is well recognized as a crucial factor influencing the gut microbiome. In this study, we investigated whether age-dependent microbial change contributes to age-related bone loss in CB6F1 mice. The bone phenotype of 24-month-old germ-free (GF) mice was indistinguishable compared to their littermates colonized by fecal transplant at 1-month-old. Moreover, bone loss from 3 to 24-month-old was comparable between GF and specific pathogen-free (SPF) mice. Thus, GF mice were not protected from age-related bone loss. 16S rRNA gene sequencing of fecal samples from 3-month and 24-month-old SPF males indicated an age-dependent microbial shift with an alteration in energy and nutrient metabolism potential. An integrative analysis of 16S predicted metagenome function and LC-MS fecal metabolome revealed an enrichment of protein and amino acid biosynthesis pathways in aged mice. Microbial S-adenosyl methionine metabolism was increased in the aged mice, which has previously been associated with the host aging process. Collectively, aging caused microbial taxonomic and functional alteration in mice. To demonstrate the functional importance of young and old microbiome to bone, we colonized GF mice with fecal microbiome from 3-month or 24-month-old SPF donor mice for 1 and 8 months. The effect of microbial colonization on bone phenotypes was independent of the microbiome donors’ age. In conclusion, our study indicates age-related bone loss occurs independent of gut microbiome.