We studied whether physiological concentration of short-chain fatty acids (SCFAs) affects colonic transit and colonic motility in conscious rats. Intraluminal administration of SCFAs (100-200 mM) into the proximal colon significantly accelerated colonic transit. The stimulatory effect of SCFAs on colonic transit was abolished by perivagal capsaicin treatment, atropine, hexamethonium, and vagotomy, but not by guanethidine. The stimulatory effect of SCFAs on colonic transit was also abolished by intraluminal pretreatment with lidocaine and a 5-hydroxytryptamine (HT)(3) receptor antagonist. Intraluminal administration of SCFAs provoked contractions at the proximal colon, which migrated to the mid- and distal colon. SCFAs caused a significant increase in the luminal concentration of 5-HT of the vascularly isolated and luminally perfused rat colon ex vivo. It is suggested that the release of 5-HT from enterochromaffin cells in response to SCFAs stimulates 5-HT(3) receptors located on the vagal sensory fibers. The sensory information is transferred to the vagal efferent and stimulates the release of acetylcholine from the colonic myenteric plexus, resulting in muscle contraction.

Gangliosides, sialic acid-containing glycosphingolipids, are abundant in the vertebrate (mammalian) nervous system. Their composition is spatially and developmentally regulated, and gangliosides have been widely believed to lay essential roles in establishment of the nervous system, especially in neuritogenesis and synaptogenesis. However, this has never been tested directly. Here we report the generation of mice with a disrupted beta 1,4-N-acetylgalactosaminyltransferase (GM2/GD2 synthase; EC 2.4.1.92) gene. The mice lacked all complex gangliosides. Nevertheless, they did not show any major histological defects in their nervous systems or in gross behavior. Just a slight reduction in the neural conduction velocity from the tibial nerve to the somatosensory cortex, but not to the lumbar spine, was detected. These findings suggest that complex gangliosides are required in neuronal functions but not in the morphogenesis and organogenesis of the brain. The higher levels of GM3 and GD3 expressed in the brains of these mutant mice may be able to compensate for the lack of complex gangliosides.

Tooth morphogenesis results from reciprocal interactions between oral epithelium and ectomesenchyme culminating in the formation of mineralized tissues, enamel, and dentin. During this process, epithelial cells differentiate into enamel-secreting ameloblasts. Ameloblastin, an enamel matrix protein, is expressed by differentiating ameloblasts. Here, we report the creation of ameloblastin-null mice, which developed severe enamel hypoplasia. In mutant tooth, the dental epithelium differentiated into enamel-secreting ameloblasts, but the cells were detached from the matrix and subsequently lost cell polarity, resumed proliferation, and formed multicell layers. Expression of Msx2, p27, and p75 were deregulated in mutant ameloblasts, the phenotypes of which were reversed to undifferentiated epithelium. We found that recombinant ameloblastin adhered specifically to ameloblasts and inhibited cell proliferation. The mutant mice developed an odontogenic tumor of dental epithelium origin. Thus, ameloblastin is a cell adhesion molecule essential for amelogenesis, and it plays a role in maintaining the differentiation state of secretory stage ameloblasts by binding to ameloblasts and inhibiting proliferation.

Abstract The extracellular environment regulates the dynamic behaviors of cells. However, the effects of hydrostatic pressure (HP) on cell fate determination of mesenchymal stem cells (MSCs) are not clearly understood. Here, we established a cell culture chamber to control HP. Using this system, we found that the promotion of osteogenic differentiation by HP is depend on bone morphogenetic protein 2 (BMP2) expression regulated by Piezo type mechanosensitive ion channel component 1 (PIEZO1) in MSCs. The PIEZO1 was expressed and induced after HP loading in primary MSCs and MSC lines, UE7T-13 and SDP11. HP and Yoda1, an activator of PIEZO1, promoted BMP2 expression and osteoblast differentiation, whereas inhibits adipocyte differentiation. Conversely, PIEZO1 inhibition reduced osteoblast differentiation and BMP2 expression. Furthermore, Blocking of BMP2 function by noggin inhibits HP induced osteogenic maker genes expression. In addition, in an in vivo model of medaka with HP loading, HP promoted caudal fin ray development whereas inhibition of piezo1 using GsMTx4 suppressed its development. Thus, our results suggested that PIEZO1 is responsible for HP and could functions as a factor for cell fate determination of MSCs by regulating BMP2 expression.

Keratins are typical intermediate filament proteins of the epithelium that exhibit highly specific expression patterns related to the epithelial type and stage of cellular differentiation. They are important for cytoplasmic stability and epithelial integrity and are involved in various intracellular signaling pathways. Several keratins are associated with enamel formation. However, information on their expression patterns during tooth development remains lacking. In this study, we analyzed the spatiotemporal expression of keratin family members during tooth development using single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) and microarray analysis. scRNA-seq datasets from postnatal Day 1 mouse molars revealed that several keratins are highly expressed in the dental epithelium, indicating the involvement of keratin family members in cellular functions. Among various keratins, keratin 5 (Krt5), keratin 14 (Krt14), and keratin 17 (Krt17) are highly expressed in the tooth germ; KRT17 is specifically expressed in the stratum intermedium (SI) and stellate reticulum (SR). Depletion of Krt17 did not affect cell proliferation in the dental epithelial cell line SF2 but suppressed their differentiation ability. These results suggest that Krt17 is essential for SI cell differentiation. Furthermore, scRNA-seq results indicated that Krt5, Krt14, and Krt17 exhibited distinct expression patterns in ameloblast, SI, and SR cells. Our findings contribute to the elucidation of novel mechanisms underlying tooth development.

ABSTRACT Postnatal cell fate has been postulated to be primarily determined by the local tissue microenvironment. Here, we found that Mediator 1 ( Med1 ) dependent epigenetic mechanisms dictate tissue-specific lineage commitment and progression of dental epithelia. Deletion of Med1 , a key component of the Mediator complex linking enhancer activities to gene transcription, provokes a tissue extrinsic lineage shift, causing hair generation in the dental environment. Med1 deficiency gives rise to unusual hair growth via primitive cellular aggregates on incisors. Mechanistically, we found that Med1 establishes super-enhancers that control enamel lineage transcription factors in dental stem cells and their progenies. However, Med1 deficiency reshapes the enhancer landscapes and causes a switch from the dental epithelial transcriptional program towards hair and epidermis on incisors in vivo , and in dental epithelial stem cells in vitro. Med1 loss also provokes an increase in the number and size of enhancers. Interestingly, control dental epithelia already exhibit enhancers for hair and epidermal key transcription factors; these expand in size and transform into active super-enhancers upon Med1 loss suggesting that these epigenetic mechanisms cause the transcriptomic and phenotypic shift towards epidermal and hair lineages. Thus, we propose a role for Med1 in safeguarding lineage specific enhancers, highlight the central role of enhancer accessibility and usage in lineage reprogramming and provide new insights into ectodermal regeneration.

The chemical dissolution of anodic alumina film was investigated using the re-anodization technique. The formation of thick oxide films in an alkaline electrolyte is thought to be difficult to achieve due to the high pH value and high solubility of anodic alumina. The dissolution rate of anodic film was found to be strongly affected by the pH of the solution used for chemical dissolution; the film dissolved significantly faster in a sodium hydroxide solution having a high pH of 13.11 than in acidic solutions commonly used for anodization, such as sulfuric acid (pH 0.98) and phosphoric acid (pH 1.54). Nevertheless, the addition of glycerol to the sodium hydroxide solution effectively suppressed the chemical dissolution of the anodic film. The change in solubility of the anodic alumina film in solution was greatly affected by the change in the dissociation of the solute in solution. The results demonstrated that oxide films more than 10 μm thick were produced in an alkaline electrolyte by adding glycerol to the solution. The suppression of the chemical dissolution of alumina by the addition of alcohol has thus been shown to occur not only in acid solutions but also in alkaline solutions.

This study aims to investigate the adaptive strategies employed by dental pulp stem cells (DPSCs) in response to oral disease conditions, focusing on their survival and proliferation. DPSCs possess regenerative potential and play a crucial role in the repair and regeneration of dental tissues. The study explores the coping mechanisms of DPSCs under oral disease conditions using a chitosan-based biomaterial reinforced with calcium zirconium nanoparticles (CZNP). The investigation assesses the viability and proliferation of DPSCs in the presence of oral disease conditions and evaluates the performance of the chitosan-CZNP biomaterial. The study presents the characterization and performance evaluation of drug-loaded biomaterials with varying weight percentages of CZNP. Parameters such as porosity, drug release, fracture toughness, tensile strength, degradation rate, and apatite formation are examined. The results demonstrate that increasing the weight percentage of CZNP leads to higher porosity and drug release while maintaining or enhancing fracture toughness, tensile strength, and apatite formation. Notably, the biomaterial containing 7.5 wt% CZNP exhibits the highest drug release, fracture toughness, and apatite formation. These findings suggest that the chitosan-CZNP biomaterial effectively supports the survival and proliferation of DPSCs under oral disease conditions. An artificial neural network (ANN) is employed to predict the properties of samples with different weight percentages and apatite formation. The ANN successfully estimates the degradation rate, tensile strength, fracture toughness, drug release, and porosity of the samples. This research enhances our understanding of the coping mechanisms of DPSCs and highlights the potential of chitosan-CZNP biomaterials in oral tissue engineering and regenerative medicine. Further investigations are warranted to explore the long-term effects and clinical applications of these biomaterials in the treatment of oral diseases.