Implicación de la Cx43 y el cilio primario en la actividad de los osteocitos / Cx43 and primary cilium involvement in osteocyte activity

Objetivo: El tejido óseo tiene la capacidad de adaptarse a los estímulos del entorno alterando su morfología y metabolismo. Las diferentes células óseas se comunican entre sí a través de uniones comunicantes (UCs). La conexina 43 (Cx43) es la proteína más abundante de las UCs; tiene funciones clave en la transducción de señales y en la respuesta a estímulos hormonales y mecánicos. Otro elemento mecanosensor de los osteocitos es el cilio primario, formado por microtúbulos y que se desarrolla en la fase G0 del ciclo celular. Los objetivos de este estudio fueron determinar la implicación de la Cx43 y del cilio primario en la actividad de los osteocitos, analizar la posible interacción entre estos dos mecanosensores, y evaluar el papel que desempeñan en la detección y respuesta de los osteocitos ante el estímulo mecánico y la estimulación del receptor de la parathormona tipo 1 (PTH1R) por su ligando, la proteína relacionada con la parathormona (PTHrP) (1-36). Material y métodos: Se comparó la línea celular de osteocitos MLO-Y4 control (Cx43+/+) con MLO-Y4 deficientes en Cx43 (Cx43-/-). El análisis de expresión de la proteína del transporte intraflagelar 88 (IFT88), de la Cx43 y de la fosforilación de la quinasa reguladora de la señal extracelular (P-ERK) se determinó mediante Western blot. Para caracterizar la posible colocalización entre el cilio primario y Cx43 se realizó una inmunofluorescencia. Para simular el estímulo mecánico in vitro, las células se sometieron a un estrés mecánico de 10 dinas/cm2 por flujo de fluido durante 10 minutos. Resultados: Los resultados obtenidos muestran que el número de células con cilio primario no varía por la expresión de Cx43 (p=0,089); y que en las células con presencia en Cx43, el estímulo mecánico por flujo de fluido y la PTHrP aumentan la fosforilación de quinasas reguladas por señal extracelular (ERK) respecto a las células no estimuladas (p=0,049 y p=0,011, respectivamente). (AU)

Objetivo: Bone tissue can adapt to environmental stimuli by altering its morphology and metabolism. Different bone cells communicate with each other through communicating junctions (CJs). Connexin 43 (Cx43) is the most abundant CJ protein with key functions in signal transduction and in response to hormonal and mechanical stimuli. Another mechanosensor element of osteocytes is the primary cilium, formed by microtubules and which develops in the cell cycle’s G0 phase. Our study aims to determine Cx43 and primary cilium involvement in osteocytic activity, to analyze the possible interaction between these two mechanosensors and to assess the role they play in the detection and response of osteocytes to mechanical stimuli and stimulation of the parathormone type 1 receptor (PTH1R) by its ligand, the parathormone-related protein (PTHrP) (1-36). Material and methods: The control MLO-Y4 (Cx43 +/+) osteocyte cell line was compared to Cx43-deficient MLO-Y4 (Cx43 -/-). The expression analysis of intraflagellar transport protein 88 (IFT88), Cx43 and phosphorylation of the extracellular signal regulatory kinase (P-ERK) was determined by Western blot. To characterize the possible colocalization between the primary cilium and Cx43, an immunofluorescence was carried out. To simulate mechanical stimulation in vitro, cells were subjected to mechanical stress of 10 dynes/cm2 by fluid flow for 10 minutes. Results: The results obtained show that the number of cells with primary cilium does not vary due to the expression of Cx43 (p = 0.089). In cells with Cx43 presence, mechanical stimulation by fluid flow and PTHrP increase the phosphorylation of extracellular signal-regulated kinases (ERK) compared to unstimulated cells (p = 0.049 and p = 0.011, respectively). (AU)

Citoquinas proinflamatorias en la grasa articular y subcutánea del muslo en pacientes artrósicos / Pro-inflammatory cytokines in the knee fat pad and subcutaneous fat of the thigh in osteoarthritic patients

Resumen: Objetivo: Analizar el nivel de citoquinas proinflamatorias en la grasa articular del paquete adiposo en pacientes con gonartrosis, en relación con la grasa subcutánea del muslo. Material y métodos: Efectuamos un estudio de grasa del paquete adiposo articular de la rodilla afectada de artrosis y de la grasa subcutánea del muslo del mismo lado, a la mayor distancia de la articulación en seis pacientes con gonartrosis grave, con una edad media de 68 años (rango: 55-81 años). De las muestras de grasa se obtuvieron las células mesenquimales progenitoras. Los sobrenadantes de células mesenquimales obtenidas se utilizaron para analizar factores inflamatorios (IL-1b, IL6, IL8, IL9, IL1ra, IL12, IL13, IL15) y angiogénicos (VEGF, PDGF bb), así como citoquinas inmunomoduladoras (IP-10 e INF-γ) y se compararon las medias de dos muestras. Resultados: El análisis cuantitativo reveló una disminución significativa (p < 0.05) de IL-1b, IL6, IL8, IL9, IL1ra, IL12, IL13 y un aumento de IL15 en la grasa de Hoffa frente al tejido adiposo subcutáneo. Del mismo modo, el análisis de factores angiógenicos como VEGF y PDGF bb, al igual que los factores IP-10 e INF-γ presentaron una disminución significativa en la grasa de Hoffa (p < 0.05) frente al tejido adiposo subcutáneo. Discusión: Las células mesenquimales del paquete adiposo articular de la rodilla artrósica grave muestran una disminución significativa de citoquinas inflamatorias, aun en el estado crónico, y una disminución significativa de factores angiogénicos y citoquinas inmunomoduladoras (IP10 e INF).

Abstract: Objective: To analyze the level of pro-inflammatory cytokines in osteoarthritis knee joint fat pad in relation to the subcutaneous fat of the thigh. Material and methods: We performed a study of fat of the knee joint adipose affected of osteoarthritis and subcutaneous fat of the thigh of the same side to the greater distance of the joint in six patients with severe gonarthrosis, with a mean age of 68 years (range: 55-81 years). From the fat samples the progenitor mesenchymal cells were obtained. The supernatants of mesenchymal cells obtained to analyze inflammatory factors (IL-1b, IL6, IL9, IL1ra, IL12, IL13, IL15) and angiogenic (VEGF, PDGF bb) and immunomodulatory cytokines (IP-10 and INF-γ) means of two samples. Results: Quantitative analysis revealed a significant (p < 0.05) decrease in IL-1b, IL6, IL8, IL9, IL1ra, IL12, IL13 and increase of IL15 in Hoffa fat pad versus subcutaneous adipose tissue. Likewise, the analysis of angiogenic factors such as VEGF and PDGF, as well as factors IP-10 and INF-γ presented a significant decrease (p < 0.05) in Hoffa fat pad versus subcutaneous adipose tissue. Discussion: Mesenchymal cells from the adipose tissue of the severe osteoarthritic knee show a significant decrease in inflammatory cytokines even in the chronic state and a significant decrease in angiogenic factors and immunomodulatory cytokines (IP10 and INF).

[Pro-inflammatory cytokines in the knee fat pad and subcutaneous fat of the thigh in osteoarthritic patients]. / Citoquinas proinflamatorias en la grasa articular y subcutánea del muslo en pacientes artrósicos.

OBJECTIVE: To analyze the level of pro-inflammatory cytokines in osteoarthritis knee joint fat pad in relation to the subcutaneous fat of the thigh. MATERIAL AND METHODS: We performed a study of fat of the knee joint adipose affected of osteoarthritis and subcutaneous fat of the thigh of the same side to the greater distance of the joint in six patients with severe gonarthrosis, with a mean age of 68 years (range: 55-81 years). From the fat samples the progenitor mesenchymal cells were obtained. The supernatants of mesenchymal cells obtained to analyze inflammatory factors (IL-1b, IL6, IL9, IL1ra, IL12, IL13, IL15) and angiogenic (VEGF, PDGF bb) and immunomodulatory cytokines (IP-10 and INF-) means of two samples. RESULTS: Quantitative analysis revealed a significant (p 0.05) decrease in IL-1b, IL6, IL8, IL9, IL1ra, IL12, IL13 and increase of IL15 in Hoffa fat pad versus subcutaneous adipose tissue. Likewise, the analysis of angiogenic factors such as VEGF and PDGF, as well as factors IP-10 and INF- presented a significant decrease (p 0.05) in Hoffa fat pad versus subcutaneous adipose tissue. DISCUSSION: Mesenchymal cells from the adipose tissue of the severe osteoarthritic knee show a significant decrease in inflammatory cytokines even in the chronic state and a significant decrease in angiogenic factors and immunomodulatory cytokines (IP10 and INF).

OBJETIVO: Analizar el nivel de citoquinas proinflamatorias en la grasa articular del paquete adiposo en pacientes con gonartrosis, en relación con la grasa subcutánea del muslo. MATERIAL Y MÉTODOS: Efectuamos un estudio de grasa del paquete adiposo articular de la rodilla afectada de artrosis y de la grasa subcutánea del muslo del mismo lado, a la mayor distancia de la articulación en seis pacientes con gonartrosis grave, con una edad media de 68 años (rango: 55-81 años). De las muestras de grasa se obtuvieron las células mesenquimales progenitoras. Los sobrenadantes de células mesenquimales obtenidas se utilizaron para analizar factores inflamatorios (IL-1b, IL6, IL8, IL9, IL1ra, IL12, IL13, IL15) y angiogénicos (VEGF, PDGF bb), así como citoquinas inmunomoduladoras (IP-10 e INF-) y se compararon las medias de dos muestras. RESULTADOS: El análisis cuantitativo reveló una disminución significativa (p 0.05) de IL-1b, IL6, IL8, IL9, IL1ra, IL12, IL13 y un aumento de IL15 en la grasa de Hoffa frente al tejido adiposo subcutáneo. Del mismo modo, el análisis de factores angiógenicos como VEGF y PDGF bb, al igual que los factores IP-10 e INF- presentaron una disminución significativa en la grasa de Hoffa (p 0.05) frente al tejido adiposo subcutáneo. DISCUSIÓN: Las células mesenquimales del paquete adiposo articular de la rodilla artrósica grave muestran una disminución significativa de citoquinas inflamatorias, aun en el estado crónico, y una disminución significativa de factores angiogénicos y citoquinas inmunomoduladoras (IP10 e INF).

El factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) y el fragmento N-terminal de la proteína relacionada con la parathormona (PTHrP) regulan la proliferación de células madre mesenquimales humanas / Vascular endothelial growth factor (VEGF) and the N-terminal portion of parathyroid hormone-related protein (PTHrP) regulate the proliferation of human mesenchymal stem cells

El tejido adiposo contiene un gran número de células madre mesenquimales (Adipose Stem Cells, ASCs) que residen en su estroma vascular. Aunque existe controversia acerca de la capacidad de generar tejido óseo de estas células in vivo, in vitro constituyen un buen modelo de diferenciación osteogénica debido a su semejanza fenotípica con las células estromales de la médula ósea (Bone Marrow Stromal Cells, BMSCs) en cultivo. La diferenciación de las poblaciones osteoprogenitoras de la médula ósea está intensamente regulada por factores locales, como el factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) y la proteína relacionada con la parathormona (PTHrP), que modulan la proliferación de estas poblaciones en distintos estadios de diferenciación. Tanto el VEGF como el fragmento N-terminal de la PTHrP ejercen efectos osteogénicos. En este estudio hipotetizamos que sus efectos sobre la proliferación celular de los osteoprogenitores son dependientes del estadio de diferenciación osteoblástica. Tras confirmar su capacidad de diferenciación in vitro por expresión génica de Runx2 y acumulación de calcio, se analizó la respuesta proliferativa a estímulos con VEGF o PTHrP(1-36) de ASCs sometidas o no a inducción osteogénica. VEGF pero no PTHrP(1-36) estimuló la capacidad proliferativa de las ASCs no inducidas mientras que PTHrP(1-36), pero no VEGF, estimuló la proliferación de las ASCs inducidas, corroborando el papel diferencial de estos factores de crecimiento en distintos estadios de diferenciación (AU)

Adipose tissue contains a large number of mesenchymal stem cells (ASCs) residing in their vascular stroma. Although there is controversy regarding the ability to generate bone tissue from these cells in vivo, the in vitro cells offer a good model of osteogenic differentiation due to its phenotypic similarity with the bone marrow stromal cells (BMSCs) in culture. The differentiation of osteo-progenitor populations of bone marrow is intensely regulated by local factors, such as vascular endothelial growth factor (VEGF) and parathyroid hormone-related protein (PTHrP), which modulate these populations' proliferation in different stages of differentiation. Both the VEGF and the N-terminal fragment of the PTHrP exert osteogenic effects. In this study, we posited that its effects on proliferation of osteo-progenitors are stage dependent of osteoblastic differentiation. After confirming its capacity to in vitro differentiation by Runx2 gene expression and accumulation of calcium, the proliferative response to stimuli was analyzed with VEGF or PTHrP (1-36) of ASCs submitted or not to osteogenic induction. VEGF, but not PTHrP (1- 36), stimulated the proliferative capacity of uninduced ASCs, whereas BMSCs, but not VEGF, stimulated the proliferation of induced ASCs, corroborating the differential role of this growth in different stages of differentiation (AU)

La elevada glucosa altera la respuesta anti-apoptótica del estímulo mecánico en osteocitos de ratón MLO-Y4 / High glucose alters the antiapoptotic response to mechanical stimulation in MLO-Y4 osteocytic cells

El estrés oxidativo es clave en el envejecimiento y en los estados diabéticos. La carga mecánica es decisiva para mantener la masa ósea. La respuesta del hueso a los estímulos mecánicos parece reducirse con el envejecimiento y probablemente en la enfermedad ósea provocada por la diabetes. Entender los mecanismos mediante los que el estrés oxidativo afecta a la función de las células óseas, y en concreto a la mecanotransducción en el osteocito, podría proporcionar nuevas dianas moleculares para mejorar los tratamientos actuales y el diseño de otros nuevos para prevenir la pérdida de masa ósea. Nuestros resultados indican que un medio de alta glucosa («diabético») ejerce un efecto negativo sobre la capacidad de los osteocitos para responder a estímulos mecánicos, a través de la interacción con la β-catenina. Además, estos hallazgos sugieren que el estímulo mecánico promueve la viabilidad osteocítica, al menos en parte, a través de la producción de la proteína relacionada con la parathormona (PTHrP) (AU)

Oxidative stress is a key factor in aging and diabetes. Mechanical loading is critical to maintain bone mass. The response of bone to mechanical stimuli appears to be reduced with aging and probably in bone disease caused by diabetes. Understanding the mechanisms by which oxidative stress affects function of bone cells, and specifically to osteocyte mechanotransduction, may provide new molecular targets to improve current treatments and design new treatments to prevent bone loss. Our results indicate that high glucose medium («diabetic ») has a negative effect on the ability of osteocytes to respond to mechanical stimuli affecting b-catenin and apoptosis. Moreover, these findings suggest that the mechanical stimulus promotes viability osteocytic, at least in part, through production of parathyroid hormone related protein (PTHrP) (AU)

Alterations of the Wnt/beta-catenin pathway and its target genes for the N- and C-terminal domains of parathyroid hormone-related protein in bone from diabetic mice.

Type 1 diabetes mellitus (T1D) is associated with bone loss. Given that the Wnt/beta-catenin pathway is a major regulator of bone accrual, we assessed this pathway in mice with streptozotozin-induced T1D. In diabetic mouse long bones, we found alterations favouring the suppression of this pathway by using PCR arrays and beta-catenin immunostaining. Downregulation of sclerostin, an inhibitor of this pathway, also occurred, and related to increased osteocyte apoptosis. Our data show that both N- and C-terminal parathyroid hormone-related peptide fragments might exert osteogenic effects in this setting by targeting several genes of this pathway and increasing beta-catenin in osteoblastic cells.

Transient exposure to PTHrP (107-139) exerts anabolic effects through vascular endothelial growth factor receptor 2 in human osteoblastic cells in vitro.

Intermittent administration of the N-terminal fragment of parathyroid hormone (PTH) and PTH-related protein (PTHrP) induces bone anabolic effects. However, the effects of the C-terminal domain of PTHrP on bone turnover remain controversial. We examined the putative mechanisms whereby this PTHrP domain can affect osteoblastic differentiation, using human osteosarcoma MG-63 cells and osteoblastic cells from human trabecular bone. Intermittent exposure to PTHrP (107-139), within 10-100 nM, for only

Los Fitoestrógenos como agentes moduladores del metabolismo óseo / Fitoestrogens as modulation agents of bone metabolism

No disponible

Efectos moduladores de los fitoestrogenos sobre la diferenciacion de osteoblastos humanos / Modulatory effects of phytoestrogens on human osteoblast cell differentiation

Los estrógenos, principales responsables del mantenimientode la masa ósea en la mujer, inhiben la resorción óseaen parte a través de su interacción con los osteoblastos. Losisoflavonoides vegetales poseen propiedades estrogénicas y unpotencial terapéutico en la osteoporosis. En el estudio planteado,se han evaluado los efectos de la genisteína, daidzeína yresveratrol sobre la función osteoblástica. Estos fitoestrógenos,de modo similar al b-estradiol, no afectan a la actividaddel factor de transcripción cbfa1/runx2 ni la expresión proteicadel receptor PTH1 (marcadores precoces de diferenciaciónosteoblástica) en células osteoblásticas de hueso trabecularhumano o en células MG-63 de osteosarcoma humano. Sinembargo, en estas células, estos agentes estimularon la actividadde fosfatasa alcalina, y la expresión de osteocalcina y deosteoprotegerina, e inhibieron la interleuquina-6 a través delfactor NF-kB; mientras que ejercieron efectos variables sobrela expresión proteica del ligando del receptor activador delNF-kB. Nuestros resultados indican que los fitoestrógenosanalizados poseen acciones osteoformadoras mediadas por receptoresestrogénicos en los osteoblastos humanos

Estrogens, the main factors responsible for the maintenanceof bone mass in women, inhibit bone resorption at leastin part by interacting with osteoblasts. Plant isoflavoneshave estrogen-like features and thus a potential role in preventingosteoporosis. In the present study, the effects of genistein,daidzein and resveratrol on several osteoblastic markerswere evaluated. We found that these phytoestrogens,similarly to 17b-oestradiol, failed to affect Cbfa1/runx2transcription factor activity and the PTH1 receptor proteinexpression (early osteoblast differentiation markers) in eitherosteoblastic cells from human trabecular bone or humanosteoblastic osteosarcoma cells MG-63. In contrast, inthe latter cells, these agents increased alkaline phosphataseactivity, as well as osteocalcin and osteoprotegerin expression,but they decreased NF-kB-dependent interleukin-6mRNA expression. Meanwhile, they differently affect theprotein expression of the receptor activator of NF-kB ligand.Our findings indicate that these phytoestrogens display osteogenicactions which appear to be mediated through estrogenicreceptors in human osteoblasts

The interleukin-6/soluble interleukin-6 receptor system induces parathyroid hormone-related protein in human osteoblastic cells.

In the present in vitro study, we tested the hypothesis that parathyroid hormone-related protein (PTHrP) might be a mediator of interleukin-6 (IL-6) and its soluble receptor (IL-6sR) in osteoblasts. We found that IL-6, within 1-20 ng/mL, added together with IL-6sR (100 ng/mL), rapidly (1 hour) increased PTHrP mRNA in human osteoblastic osteosarcoma MG-63 cells and human osteoblastic (hOB) cells from trabecular bone. PD098059, a mitogen-activated protein kinase (MAPK) kinase inhibitor, at 10 microM, and two inhibitors of protein prenylation and thus Ras activation, simvastatin (1 microM) and a farnesyltransferase (FTase) inhibitor (100 nM), but not the phosphatidylinositol 3-kinase inhibitor wortmannin, blocked the IL-6/IL-6sR-induced PTHrP expression in these cells. In addition, PD098059 as well as simvastatin and the FTase inhibitor abolished alkaline phosphatase activity and/or osteocalcin mRNA induction by the IL-6/IL-6sR in these cells. Our results support the role of the Ras/MAPK pathway as a major mechanism in the modulation of both PTHrP expression and differentiation in human osteoblasts.