Cholinergic control of bone development and beyond

Janine, Spieker; Frieß, Johannes L.; Sperling, Laura E.; Thangaraj, Gopenath; Vogel‐Höpker, Astrid; Layer, Paul G.

doi:10.1016/j.intimp.2020.106405

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“…A number of studies have reported that cholinergic mechanisms are crucial in regulating skeletal development, including bone formation and maintenance. For example, depletion of AChE in mice hindered bone development, and parallelly, ACh was shown to mediate the differentiation of chondroblasts [20]. In addition, nicotine, an agonist for nAChR, can mediate angiogenesis in the cardiovascular system [11].…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

The UV‐induced uptake of melanosome by skin keratinocyte is triggered by α7 nicotinic acetylcholine receptor‐mediated phagocytosis

Guo

Dong

et al. 2022

The FEBS Journal

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The melanosome is an organelle that produces melanin for skin pigmentation, which is synthesized by epidermal melanocytes, subsequently transported and internalized by epidermal keratinocytes. Exposure to ultraviolet (UV) from sunlight radiation is a major stimulator of melanosome uptake by keratinocytes. Acetylcholine (ACh) is known to be released by keratinocytes under UV exposure, which regulates melanin production in melanocytes by participating in which has been named as ‘skin synapse’. Here, the role of cholinergic molecules, i.e. ACh and α7 nicotinic acetylcholine receptor (nAChR), in regulating melanosome uptake through phagocytosis by keratinocytes was illustrated. In cultured keratinocytes (HaCaT cells), the fluorescent beads at different sizes imitating melanosomes, or melanosomes, were phagocytosed under UV exposure. The UV‐induced phagocytosis in keratinocytes was markedly increased by applied ACh, an acetylcholinesterase (AChE) inhibitor or an α7 nAChR agonist. By contrast, the antagonist of α7 nAChR was able to fully block the UV‐induced phagocytosis, suggesting the role of α7 nAChR in this event. The intracellular Ca++ mobilization was triggered by UV exposure, accounting for the initiation of phagocytosis. The blockage of UV‐mediated Ca++ mobilization, triggered by BAPTA‐AM or α7 nAChR antagonist, resulted in a complete termination of phagocytosis. Besides, the phosphorylation of cofilin, as well as expression and activation of RhoA, accounting for phagocytosis was induced by UV exposure: the phosphorylation was blocked by BAPTA‐AM or α7 nAChR antagonist. The result suggests that the cholinergic system, especially α7 nAChR, is playing a regulatory role in modulating melanosome uptake in keratinocytes being induced by UV exposure.

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Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

The UV‐induced uptake of melanosome by skin keratinocyte is triggered by α7 nicotinic acetylcholine receptor‐mediated phagocytosis

Guo

Dong

et al. 2022

The FEBS Journal

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“…between AchE and extra-cellular matrix components such as laminin, ALP and collagen is already established before 34,43,45 . Knockout of BuChE also identified Ach-independent effects for BuChE as an accelerated secondary ossification is observed.…”

Section: Osteoarthritis Andcartilagementioning

confidence: 99%

“…Knockout of BuChE also identified Ach-independent effects for BuChE as an accelerated secondary ossification is observed. It is hypothesized that BuChE forms complexes with several proteins balancing the speed of ossification 43 .…”

Section: Osteoarthritis Andcartilagementioning

confidence: 99%

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The cholinergic system in joint health and osteoarthritis: a narrative-review

Lauwers

Sellam

Wen

2021

Osteoarthritis and Cartilage

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“…B. durch Pestizide, Insektizide etc.). Tatsächlich hatten Expressionsstudien im Vogelembryo sowie molekulare Studien an Osteoblasten auf eine Beteiligung von cholinergen Komponenten bei der Skelettentwicklung hingewiesen .…”

Section: Sind Die In Vitro‐befunde Zu Cholinesterasen Auch In Vivo Reunclassified

Cholinesterasen mit Nebenjobs

Sperling¹,

Janine²,

Willbold³

et al. 2020

Biologie in unserer Zeit

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Zusammenfassung Sowohl die frühe phylogenetische und ontogenetische Existenz von cholinergen Systemen, als auch das Vorkommen in nicht‐neuronalen Geweben legen cholinerge und nicht‐cholinerge Funktionalitäten nahe, die weit über deren klassische Funktion an Synapsen hinausgehen. Die Fähigkeit von Cholinesterasen zur Bildung riesiger Proteinkomplexe eröffneten ihnen vielseitige Funktionsfelder. Schon in Stammzellen vertreten, begünstigen Cholinesterasen im Verbund mit Komponenten der Zellmatrix die Zelldifferenzierung; dabei erscheint ihre Enzymaktivität (teilweise) als nicht notwendig. Dies wurde durch Effekte inaktiver AChE in nicht‐neuronalen Zellen einerseits, und davon unabhängig durch die Entdeckung der CLAM‐Proteinfamilie beeindruckend untermauert. Vieles spricht somit dafür, dass die ursprünglichen Funktionsfelder der Cholinesterasen, wie auch von cholinergen Systemen insgesamt, in allgemeinen Zell‐Zell‐Wechselwirkungen zu suchen sind. Diese Einsichten wurden hier an einigen Zellkulturstudien und ausgewählten Beispielen der Normalentwicklung dargestellt. In der Wirbeltierretina beeinflussen die als erste differenzierenden cholinergen Amakrinzellen die Netzwerkbildung. Nicht weniger bedeutend ist das cholinerge System bei der Bildung von Röhrenknochen. Acetylcholin beschleunigt die Knochenbildung, und die Cholinesterasen regulieren dabei nicht nur dessen Konzentration, sondern spielen beide zudem strukturelle Rollen. Ebenso überzeugend ist eine Studie an Froschlarven, die zeigt, dass bei der Darmbildung von Xenopus laevis sehr wohl das AChE‐Protein, aber nicht dessen Enzymaktivität beteiligt ist. Die volle Aufklärung der Wirkungsweise der Cholinesterasen ist notwendig, denn eine Vielzahl von spezifischen Anticholinesterasen finden breite Anwendungen in wichtigen gesellschaftlichen Bereichen (Landwirtschaft, Gesundheit, Sicherheit). Die Forschung hat dies erkannt und widmet sich verstärkt nicht nur den Cholinesterasen, sondern insgesamt der Aufklärung nicht‐neuronaler cholinerger Systeme (NNCS).

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Cholinergic control of bone development and beyond

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The UV‐induced uptake of melanosome by skin keratinocyte is triggered by α7 nicotinic acetylcholine receptor‐mediated phagocytosis

The UV‐induced uptake of melanosome by skin keratinocyte is triggered by α7 nicotinic acetylcholine receptor‐mediated phagocytosis

The cholinergic system in joint health and osteoarthritis: a narrative-review

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