Implicación de las conexinas, integrinas y cilio primario en la actividad de las células óseas / Involvement of connexins, integrins and primary cilium in the activity of bone cells

Introducción: los osteocitos son capaces de detectar diferentes señales, transducirlas en respuestas biológicas y trasmitirlasa los osteoblastos y osteoclastos, permitiendo el mantenimiento de la homeostasis ósea. La mecanotransducción ósea esposible gracias a que los osteocitos presentan diferentes estructuras mecanosensoras como las conexinas (Cx), las integrinas,el cilio primario e incluso receptores acoplados a proteínas G como el receptor de la parathormona tipo 1 (PTH1R).Objetivo: analizar la posible interacción de los diferentes elementos mecanosensores de los osteocitos y ver su influen-cia en la respuesta biológica.Material y métodos: se trabajó con las líneas celulares osteocíticas MLO-Y4 Cx43+/+ (scrambled (SCR) y ARNi α2) yCx43-/-.Resultados y conclusión: los resultados obtenidos muestran que la Cx43 y la integrina α2 se encuentran involucradas enel aumento de la longitud del cilio primario, afectando potencialmente a su funcionalidad como mecanosensor (SCR vs.ARNi α2, p < 0,0001 SCR vs. Cx43-/- y p < 0,0001 ARNi α2 vs. Cx43-/-). La integrina α2 también influyó en la localizacióncelular de Cx43 promoviendo que esta se encuentre en la membrana plasmática. También se observó que la activación dePTH1R por agonistas como parathormona (PTH) y proteína relacionada con la parathormona (PTHrP) inducen la fosforilaciónde la quinasa ERK 1/2, y estos efectos podrían verse afectados por la deficiencia en Cx43, pero no parecen ser mediadospor el silenciamiento de integrina α2. Finalmente, se observó que la presencia de la Cx43 y de integrina α2 en los osteoci-tos aumenta su capacidad de adhesión (Cx43+/+ SCR y ARNi α2 vs. CX43-/- p < 0,001 y p = 0,0039) y que la deficienciaen Cx43 provoca un incremento de la mortalidad de estas células (Cx43-/- vs. Cx43+/+ p = 0,0074).(AU)

El secretoma de los osteocitos estimulados mecánicamente modula la función de las células mesenquimales / The secretome of mechanically stimulated osteocytes modulates the function of mesenchymal cells

El esqueleto es un órgano metabólicamente activo que se remodela continuamente a la largo de nuestra vida. Estaremodelación implica un equilibrio entre la formación de hueso llevada a cabo por los osteoblastos y la resorción porlos osteoclastos. Los osteocitos son los encargados de regular estos dos procesos y su estimulación mecánica, es esen-cial para mantener el buen funcionamiento óseo y prevenir enfermedades como la osteoporosis. La estimulación de lososteocitos provoca una alteración en la producción y secreción de moléculas de señalización que regulan la actividadde los osteoblastos y los osteoclastos. Las células madre mesenquimales han sido propuestas como posible terapiacelular para la regeneración de distintos tejidos, incluido el tejido óseo. Hipotetizamos en el presente estudio que elsecretoma de células osteocíticas de ratón estimuladas mecánicamente afecta a la capacidad proliferativa, adhesiva ya la expresión génica de células mesenquimales indiferenciadas y células mesenquimales preosteoblásticas. Para ello,se analizaron los procesos biológicos mencionados en líneas continuas celulares preosteoblásticas y células mesenqui-males de ratón en presencia del medio condicionado por células osteocíticas MLO-Y4, después de ser sometidas aestímulo mecánico por flujo de fluido. Se observó que la proliferación aumentó en ambas líneas celulares en presenciadel secretoma de osteocitos estimulados mecánicamente frente al control, mientras que osteocitos no mecanoestimu-lados provocaban su disminución. También se observó un aumento en la capacidad adhesiva de células C3H/10T1/2 trasla estimulación con el secretoma de osteocitos mecanoestimulados. En cuanto a la expresión de genes, solo el factoradipogénico PPARᵞ sufrió alteraciones en células MC3T3-E1 por el secretoma de osteocitos. Estos estudios indican quelos osteocitos pueden modificar el comportamiento biológico de células mesenquimales mediante la secreción de factores solubles.(AU)

PTH1R translocation to primary cilia in mechanically-stimulated ostecytes prevents osteoclast formation via regulation of CXCL5 and IL-6 secretion.

Osteocytes respond to mechanical forces controlling osteoblast and osteoclast function. Mechanical stimulation decreases osteocyte apoptosis and promotes bone formation. Primary cilia have been described as potential mechanosensors in bone cells. Certain osteogenic responses induced by fluid flow (FF) in vitro are decreased by primary cilia inhibition in MLO-Y4 osteocytes. The parathyroid hormone (PTH) receptor type 1 (PTH1R) modulates osteoblast, osteoclast, and osteocyte effects upon activation by PTH or PTH-related protein (PTHrP) in osteoblastic cells. Moreover, some actions of PTH1R seem to be triggered directly by mechanical stimulation. We hypothesize that PTH1R forms a signaling complex in the primary cilium that is essential for mechanotransduction in osteocytes and affects osteocyte-osteoclast communication. MLO-Y4 osteocytes were stimulated by FF or PTHrP (1-37). PTH1R and primary cilia signaling were abrogated using PTH1R or primary cilia specific siRNAs or inhibitors, respectively. Conditioned media obtained from mechanically- or PTHrP-stimulated MLO-Y4 cells inhibited the migration of preosteoclastic cells and osteoclast differentiation. Redistribution of PTH1R along the entire cilium was observed in mechanically stimulated MLO-Y4 osteocytic cells. Preincubation of MLO-Y4 cells with the Gli-1 antagonist, the adenylate cyclase inhibitor (SQ22536), or with the phospholipase C inhibitor (U73122), affected the migration of osteoclast precursors and osteoclastogenesis. Proteomic analysis and neutralizing experiments showed that FF and PTH1R activation control osteoclast function through the modulation of C-X-C Motif Chemokine Ligand 5 (CXCL5) and interleukin-6 (IL-6) secretion in osteocytes. These novel findings indicate that both primary cilium and PTH1R are necessary in osteocytes for proper communication with osteoclasts and show that mechanical stimulation inhibits osteoclast recruitment and differentiation through CXCL5, while PTH1R activation regulate these processes via IL-6.

Primary cilia mediate parathyroid hormone receptor type 1 osteogenic actions in osteocytes and osteoblasts via Gli activation.

Mechanical stimulation of primary cilia in osteocytes and osteoblasts has been proposed as a mechanism that participates in bone cell survival and skeletal remodeling. Among different signaling pathways stimulated by primary cilia, the hedgehog signaling pathway has been associated with the regulation of bone development. Parathyroid hormone (PTH)-related protein (PTHrP) signaling through PTH 1 receptor (PTH1R) also regulates bone cell survival and remodeling and has been associated with the hedgehog pathway during skeletal development. We hypothesize that primary cilia and PTH1R concomitantly regulate bone remodeling and cell survival and aim to describe the mechanisms that mediate these effects in osteocytes and osteoblasts. Colocalization of PTH1R with primary cilia was observed in control and PTHrP-stimulated MLO-Y4 osteocytic and MC3T3-E1 osteoblastic cells. Activation of PTH1R by PTHrP increased cell survival, osteoblast gene expression (osteocalcin, runt-related transcription factor 2, and bone alkaline phosphatase) and the expression of the hedgehog transcription factor Gli-1 in osteocytes and osteoblasts. These effects were abrogated by small interfering RNAs for the primary cilia protein IFT88 or by a primary cilia specific inhibitor (chloral hydrate). Preincubation of MLO-Y4 osteocytic and MC3T3-E1 osteoblastic cells with the Gli-1 antagonist GANT61 inhibited PTHrP prosurvival actions but did not affect PTHrP-induced overexpression of osteogenic genes. Mechanical stimulation by fluid flow increased the number of primary cilia-presenting cells in osteocytes and osteoblasts. We propose that PTH1R activation induces prosurvival actions via primary cilia- and Gli-1-dependent mechanism and modulates osteogenic responses via a primary cilia-dependent and Gli-1-independent pathway in osteocytes and osteoblasts.