L’ostéoarthrose (OA) se caractérise par une perte du cartilage articulaire, une sclérose osseuse, et une inflammation de la membrane synoviale. Des études in vivo et in vitro indiquent que les modifications du tissu osseux sont responsables de la perte du cartilage articulaire. Les ostéoblastes (Ob) OA présentent une réduction de la réponse à l’hormone parathyroïdienne (PTH), un signal anabolique important pour le tissu osseux, versus les Ob normaux. Le récepteur à la PTH (PTH-R) interagit avec le LRP6, le récepteur des ligands Wnts, et les antagonistes Dickkopf (DKK) bloquent cette interaction. Puisque le niveau de DKK2 est élevé en réponse au TGF-β1 dans les OA Ob, nous proposons que DKK2 altère l’interaction LRP6/PTH-R, le recyclage de PTH-R, et inhibe la réponse à la PTH. Nous avons utilisé des Ob OA et normaux humains en culture primaire. L’expression de PTH-R, LPR6 et DKK2 est mesurée par RT-PCR. Les niveaux protéiques de LRP6, PTH-R et DKK2 ont été déterminés par immunobuvardage. L’inhibition de DKK2 s’est effectuée par siRNA et l’AMP cyclique (AMPc) a été mesurée par ELISA. L’effet de TGF-β1 sur l’expression de DKK2 et PTH-R a été testé sur des cellules d’ostéosarcome SaOS-2. L’expression de PTH-R et LRP6 est similaire entre Ob normaux et OA, mais le niveau protéique de PTH-R est réduit dans les Ob OA. Par contre, l’expression et la production de DKK2 sont plus élevées dans les Ob OA. L’inhibition de DKK2 ne modifia pas l’expression de LRP6 et PTH-R dans les Ob OA mais a augmenté le niveau protéique de PTH-R détecté par immunobuvardage alors que celui de LRP-6 demeura inchangé. L’inhibition de DKK2 dans les Ob OA entraîna une augmentation de PTH-R dans la fraction membranaire et une diminution de la fraction intracellulaire. Les résultats de l'inhibition de la voie de clathrine par le triflupromazine ont montré une expression accrue du récepteur PTH dans la fraction membranaire qui peut être due à l'inhibition de sa dégradation par la voie de clathrine. L’induction de DKK2 dans les cellules SaOS-2 par TGF-β1 entraîna l’inhibition de PTH-R mais non celle de LRP6. L’inhibition de DKK2 dans les Ob OA a stimulé la production d’AMPc en réponse à la PTH par les Ob OA. En outre, le traitement de TGF-β1 dans les cellules SaOS-2 réduit la production d'AMPc en réponse à la PTH.Ces résultats démontrent que les niveaux élevés de DKK2, via l’inhibition de la signalisation Wnt/bcaténine, sont aussi responsables de l’altération de la réponse à la PTH observée dans les Ob OA. Le niveau élevé de DKK2 diminue spécifiquement l’affichage membranaire de PTH-R dans ces cellules et non son expression. Ces résultats suggèrent donc une altération du cross-talk entre LRP6 et PTH-R dans les Ob OA en lien avec leur niveau de DKK2. / Osteoarthritis (OA) is characterized by loss of articular cartilage, bone sclerosis and synovial membrane inflammation. In vivo and in vitro studies indicate that the changes in bone tissue are responsible for the loss of articular cartilage. OA Osteoblasts (Ob) show a reduced response to parathyroid hormone (PTH), an important anabolic signal for bone tissue, versus normal Ob. The PTH receptor (PTH-R) interacts with LRP6, a receptor of Wnt ligands, and DKK antagonists block this interaction. Since DKK2 production is high in OA Ob whereas DKK2 is increased in normal Ob in response to TGF-β1, we propose that DKK2 alters the LRP6/PTH-R interaction, PTH-R recycling and inhibits the response to PTH. We used human OA and normal osteoblasts in primary culture. PTH-R, DKK2 and LRP6 expression were measured by RT-PCR. LRP6, PTH-R and DKK2 protein levels were determined by immunoblotting. Inhibition of DKK2 levels in OA Ob was performed by DKK2-siRNA, and cAMP production was measured by ELISA. The effect of TGF-β1 on DKK2, PTH-R and cAMP production was tested in osteosarcoma cells SaOS-2. In OA Ob, PTH-R and LRP6 mRNA levels were not changed following DKK2 siRNA treatment. However, PTH-R protein expression increased while that for LRP-6 remained unchanged after treatment with DKK2-siRNA. Compared to control, the distribution of PTH-R was higher in the membrane fraction and lower in the intracellular fraction in OA Ob following DKK2 inhibition. In contrast, LRP6 levels remained almost unchanged following these treatments. The results of the inhibition of the clathrin pathway by triflupromazin showed an increased expression of the PTH receptor in the membrane fraction that may be due to inhibition of their degradation by clathrin pathway. In OA Ob, DKK2 inhibition stimulated cAMP production in response to PTH. DKK2 induction by TGF-β1 in SaOS-2 cells, as assessed by qRT-PCR, caused the inhibition of PTH-R protein expression but not of LRP6. In addition, TGF-β1 treatment in SaOS-2 cells reduced cAMP production in response to PTH. These results demonstrate that high levels of DKK2 in OA Ob are responsible for the altered response to PTH. DKK2 antagonists decrease specifically PTH-R membrane display while they do not affect LRP6 recycling. These results suggest an altered cross-talk between LRP6 and PTH-R in OA Ob due to high levels of DKK2 in these cells.

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Trois dérivés d’amino acides sont reconnus d’une manière stéréo sélective par l’albumine du sérum bovin. Cette propriété a été observée dans le cas de la phosphatase alcaline de tissu non spécifique, (TNAP). Des inhibiteurs agissant à trois niveaux distincts sur les processus de minéralisation ont été cherchés: 1) TNAP ; 2) Formation de l’hydroxyapatite (HA); 3) Vésicules maticielles (VMs). Nous avons trouvé que des dérivés de benzothiophènes et de tétramisoles, solubles dans l’eau, sont des inhibiteurs spécifiques de TNAP. Un modèle qui permet de produire du HA, a été développé et a confirmé que les nucléotides sont des inhibiteurs de formation de HA. Nous avons montré que le médicament anti-rhumatisme sinomenine, n’ayant aucun effet sur le TNAP, ainsi que la théophylline ralentissaient tous les deux la formation de HA induits par les VMs. Ces modèles de minéralisation présentent un grand potentiel lors du criblage de médicaments pour le traitement de l’ostéoarthrose / Three amino acid derivatives were stereoselectively recognized by bovine serum albumin. Such property was also observed in the case of tissue non-specific alkaline phosphatase (TNAP), a marker in mineral formation. Inhibitors acting at three distinct levels on mineral formation were searched: 1) TNAP; 2) Hydroxyapatite (HA) formation; 3) Matrix vesicle (MV). We found that benzothiophene derivative of tetramisole are water soluble inhibitors of TNAP. A model producing HA as MVs was developed and served to screen HA inhibitors, confirming that several nucleotides inhibited HA formation. We demonstrated that the anti-rheumatic Chinese medicine sinomenine, having no effect on TNAP and theophylline, slowed down HA induced by MVs. The mineralization models presented a great potential to screen putative drugs to cure ostoarthritis.

La dégradation protéolytique du collagène de type II est considérée comme étant un facteur majeur dans le processus irréversible de dégradation de la matrice cartilagineuse lors d’ostéoarthrose. Outre les collagénases de la famille des métaloprotéinases de la matrice (MMP-1, -8, -13), la cathepsine K est parmi les seules enzymes susceptibles de dégrader la triple hélice intacte du collagène de type II, devenant ainsi un élément pertinent pour les recherches sur l’ostéoarthrose. L’objectif à court terme de notre étude consiste en l’identification et la caractérisation de sites de clivage spécifiques de la cathepsine K sur le collagène de type II équin. La technique d’électrophorèse SDS-PAGE 1D permet la visualisation des produits de digestion et la validation des résultats de la caractérisation moléculaire des fragments protéolytiques. La caractérisation est réalisée en combinant la digestion trypsique précédant l’analyse HPLC-ESI/MS. Les résultats ont permis d’établir les sites, présents sur la carte peptidique de la molécule de collagène de type II équin, des 48 résidus prolines (P) et 5 résidus lysines (K) supportant une modification post-traductionnelle. De plus, 6 fragments majeurs, différents de ceux produits par les MMPs, sont observés par SDS-PAGE 1D puis confirmés par HPLC-ESI/MS, correspondant aux sites suivants : F1 [G189-K190], F2 [G252-P253], F3 [P326-G327], F4 [P428-G429], F5 [P563-G564] et F6 [P824-G825]. Le fragment F1 nouvellement identifié suggère un site de clivage différent de l’étude antérieure sur le collagène de type II bovin et humain. L’objectif à long terme serait le développement d’anticorps spécifiques au site identifié, permettant de suivre l’activité protéolytique de la cathepsine K par immunohistochimie et ÉLISA, dans le cadre du diagnostic de l’ostéoarthrose. / The proteolytic degradation of type II collagen is believed to be mainly an irreversible event in the process of cartilage matrix degradation in osteoarthritis. Cathepsin K is the most active enzyme protease outside the matrix metalloproteinase (MMP) family (MMP 13, -8, -1) capable of degrading the intact triple helical type II collagen. The short term objective of our study was to characterize the specific cleavage sites of CK on type II collagen. Our long term goal is to develop antibodies specific to these sites to develop biomarkers to detect it’s cleavage, for the early diagnosis of OA. Thus, in order to achieve our first goal, Cathepsin K cleavage of equine type II collagen was first examined by SDS-PAGE electrophoresis. Molecular characterization of proteolytic fragments, and therefore cleavage sites, was performed using tryptic digestion followed by LC-ESI/MS analysis to establish a comprehensive peptide map which was used as a template to identify specific proteolytic cleavage by cathepsin K. Comprehensive peptide mapping provided information on post-translational modifications and permitted the identification of 48 proline (P) and 5 lysine (K) residues that were subject to post translational modification. Six major fragments were observed on 1D SDS-PAGE and confirmed by HPLC-ESI/MS including F1 [189-190], F2 [252-253], F3 [326-327], F4 [428-429], F5 [563-564] and F6 [824-825]. The observed F1 fragment showed that cleavage was three residues N-terminal to the site reported previously for bovine type II collagen. These new findings will be used to develop new analytical methods to quantify biomarkers associate to equine type II collagen degradation in osteoarthritis patient and/or to support the development of new treatments.

L’ostéoarthrose (OA) est une maladie articulaire invalidante caractérisée par la perte de l’intégrité du cartilage articulaire. Les recherches tentent de comprendre les mécanismes moléculaires de la maladie afin de trouver des inhibiteurs efficaces pouvant prévenir la dégradation du cartilage articulaire. Les BMPs (bone morphogenic proteins) jouent un rôle dans le processus pathophysiologique de cette maladie. Cette étude cible le rôle d’un antagoniste des BMPs, le gremlin. Nous avons étudié la régulation de l’expression de gremlin par le clonage et la caractérisation de son promoteur et en déterminant si gremlin pouvait jouer un rôle autre qu’antagoniste des BMP, en affectant l’expression d’autres gènes par l’activation d’une cascade de signalisation dans la cellule. Les résultats ont identifié une région importante dans le promoteur de gremlin qui affecte son activité basale et induite, et ont montré que le gremlin ne pouvait pas affecter l’expression génique et l’activation de signalisation intracellulaire indépendamment des BMPs. Cette étude démontre que le rôle de gremlin dans l’OA en est un essentiellement d’antagoniste des BMPs. / Osteoarthritis (OA) is a disease that affects the integrity of the articular cartilage which leads to serious health issues for many individuals. Research is focused on understanding the molecular mechanisms which lead to this loss in integrity in the hopes of finding a way to turn the tide. The bone morphogenetic proteins (BMPs) have been shown to play a role in the progression of this disease and this study focuses on one of their antagonists, gremlin. We therefore decided to study what affects the expression of this protein through the cloning and characterization of its promoter region. We also studied the role of this protein in the disease, can it influence gene expression and can it initiate a signalling cascade within the cell on its own. The results identified a region important for basal and induced activity of its promoter .The results also demonstrated that the main role of this protein in the progression of OA is through BMP antagonism. Gremlin does not initiate a signalling cascade and affect gene expression on its own.

Nous avons préalablement démontré que l'endothéline-1 (ET-1), un peptide vasoconstricteur de 21 acides aminés, joue un rôle central dans le métabolisme des tissus articulaires et a des fonctions cataboliques sur le cartilage articulaire dans l'ostéoarthrose, en liant son récepteur de type A (ETA). Suite à la relâche du nonapeptide vasodilatateur bradykinine (BK), et l'augmentation d'expression du récepteur B1 des kinines (BKB1), ces médiateurs engendrent un cycle d'inflammation, une destruction du cartilage, et une douleur articulaire. Lors de cette étude, l'efficacité thérapeutique des antagonistes spécifiques du ETA et/ou BKB1 dans un modèle animal d'ostéoarthrose a été testée. Notre hypothèse est que l'antagonisme va diminuer la progression de la pathologie et de la douleur articulaire. L'ostéoarthrose a été induite chez des rats par rupture chirurgicale du ligament croisé antérieur. Les animaux ont été traités par injections intra articulaire hebdomadaires des antagonistes peptidiques spécifiques du ETA et/ou BKB1. La douleur articulaire a été évaluée par le test d'incapacitance statique durant les deux mois postopératoires ; la morphologie articulaire a été examinée post mortem par radiologie et histologie. On constate que le traitement a diminué la douleur et a préservé la morphologie articulaire ; la double inhibition a été plus efficace que la simple inhibition. En conclusion, l'antagonisme double d'ETA et BKB1 améliore la douleur chronique et prévient la dégradation articulaire dans l'ostéoarthrose, ce qui suggère que ces récepteurs peuvent être des cibles thérapeutiques potentiels pour le traitement de cette pathologie. / The author's laboratory has previously shown that endothelin-1 (ET-1), a 21-residue vasoconstrictive peptide, plays a central role in joint tissue metabolism, and has a catabolic function in matrix collagen degradation in osteoarthritis. These effects occur primarily through ligation of the endothelin-1 receptor A subtype (ETA). The subsequent release of the nonapeptide vasodilator bradykinin (BK) in the joint microenvironment, and up-regulation of bradykinin receptor B1 (BKB1) expression, engenders a vicious cycle of synovial membrane inflammation, articular cartilage destruction, and joint pain. In the present work, we describe a preclinical study of the efficacy of treatment of surgically induced osteoarthritis with ETA and/or BKB1 specific peptide antagonists. We hypothesize that antagonism will diminish osteoarthritis progress and articular pain. Osteoarthritis was surgically induced in rats by transection of the anterior cruciate ligament. Animals were subsequently treated with weekly intra-articular injections of specific peptide antagonists of ETA and BKB1. Hind limb pain was measured by the static weight bearing test for two months post-operatively. Post-mortem, knee joints were analyzed radiologically and histologically. Local antagonist treatment diminished overall limb pain, and accelerated postoperative recovery, after disease induction. Treatment also protected joint radiomorphology and histomorphology, with dual antagonism being slightly more protective. ETA and BKB1 dual antagonism improves chronic pain and prevents joint degradation in osteoarthritis. They therefore represent a novel therapeutic target: specific receptor dual antagonism may prove beneficial in disease management.

L’ostéoarthrose (OA) est une pathologie de forte incidence affectant les articulations. Elle est caractérisée principalement par une dégradation du cartilage articulaire, un déséquilibre au niveau du remodelage osseux et une sclérose de l’os sous-chondral. L’étiologie de cette pathologie reste encore méconnue, cependant il semble de plus en plus que tous les tissus composant l’articulation soient affectés dans cette pathologie. L’importance du rôle de l’os dans le développement de l’OA est incontestable et représente donc une cible thérapeuthique intéressante. Des études effectuées par tomodensitométrie ont démontré une structure et une organisation anormales du tissu osseux des patients OA. Parallèlement, les cultures primaires d’ostéoblastes (Ob) humains OA issus de l’os sous-chondral démontrent un phénotype altéré et une faible minéralisation in vitro. La signalisation Wnt, essentielle dans l’embryogenèse, a montré avoir un rôle clé dans la régulation de l’ostéogenèse en régulant notamment la différenciation terminale des Ob. Le facteur de croissance transformant-β1 (TGF-β1), un facteur agissant notamment sur la prolifération et sur le début de la différenciation des Ob, est surexprimé par les Ob OA et pourrait moduler cette signalisation. Aussi, deux populations de patients OA peuvent être différenciées in vitro par la production de prostaglandines E2 (PGE2) par leurs Ob et les PGE2, dans une étude sur le cancer colorectal, ont montré moduler la signalisation Wnt. Notre hypothèse de travail est que l’activation de la voie de signalisation Wnt/β-caténine est diminuée dans les Ob OA. Cette diminution est responsable de la sous-minéralisation et de l’altération du phénotype des Ob humains OA. Par ailleurs, DKK2, dont l’expression est contrôlée par TGF-β1, est responsable de la diminution de l’activité Wnt/β-caténine et les PGE2 peuvent en partie corriger cette situation. L’objectif général de cette étude est d’une part, de démontrer le rôle de TGF-β1, DKK2 et de PGE2 sur l’altération de la signalisation Wnt/β-caténine et d’autre part, de démontrer le lien entre TGF-β1 et DKK2 et l’effet de ces derniers sur le phénotype des Ob. Dans cette étude on a montré que la signalisation canonique Wnt est altérée dans les Ob OA et que cela était responsable de l’altération du phénotype des Ob OA. On a montré, parmi les acteurs de la signalisation Wnt, que l’expression de l’antagoniste Dickkopf-1 (DKK1) était relativement similaire entre les Ob OA et normaux contrairement à celle de l’antagoniste DKK2 qui était augmentée et à celle de l’agoniste Wnt7B qui était diminuée dans les Ob OA. On a également montré que les PGE2 pouvaient potentialiser l’activité de la signalisation Wnt dans les Ob OA. L’inhibition de DKK2 a permis d’augmenter l’activité de la signalisation Wnt et de corriger le phénotype anormal ainsi que d’augmenter la minéralisation des Ob OA. L’inhibition de TGF-β1, un facteur aussi surexprimé dans les Ob OA, a également permis la correction du phénotype et l’augmentation de la minéralisation dans les Ob OA. L’inhibition de TGF-β1 a aussi menée à l’inhibition de DKK2. Le contraire ne fût pas observé démontrant ainsi la régulation de DKK2 par TGF-β1. En conclusion, la signalisation canonique Wnt est diminuée dans les Ob OA et cela est dû au niveau élevé de DKK2 dans ces Ob. TGF-β1 régule positivement DKK2 et donc la surexpression de TGF-β1 entraîne celle de DKK2 ce qui a pour conséquences d’altérer le phénotype des Ob. Les PGE2 ont aussi montré pouvoir potentialiser l’activité de la signalisation Wnt et auraient donc un rôle positif. Ensemble, ces données suggèrent que ces altérations au niveau des Ob OA pourraient être responsables de la structure osseuse anormale observée chez les patients OA. / Osteoarthritis (OA) is a disease affecting joints and it has a very strong incidence in the population. It is characterized by articular cartilage degradation, an abnormal bone remodelling cycle and subchondral bone sclerosis. The aetiology of this disease is still unknown although OA is now considered as a joint disease involving all the tissues of the joint. The importance of bone in OA pathogenesis is now considered as fundamental and thus bone represent an interesting target for treatments. Tomodensitometric studies have shown an abnormal structure and organisation of the bone tissue of OA patients. In parallel, primary human OA osteoblast (Ob) cultures grown from the tibiofemoral subchondral bone show an abnormal phenotype and a reduced mineralization in vitro. The Wnt signalling pathway, known primarily for its important role in embryogenesis, is of utmost importance in osteogenesis and it has been shown to regulate terminal Ob differentiation. Transforming growth factor-β1 (TGF-β1), known to act on proliferation and on early phases of the differentiation of Ob, is overexpressed by OA Ob and could also modulate the Wnt signalling activity. Furthermore, two populations of OA patients can be discriminated in vitro by the production of prostaglandins E2 (PGE2) of their Ob. In a study on colorectal cancer, PGE2 was shown to modulate the canonical Wnt signalling pathway. Our hypothesis is that canonical Wnt signalling is diminished in OA Ob. This reduction is responsible for the poor mineralization and the abnormal phenotype of human OA Ob. Furthermore, DKK2, overexpressed in OA Ob and whose expression is controlled by TGF-β1, is responsible for the diminution of Wnt signalling activity, and PGE2 can partly correct this situation. The general goal of this study is twofold: 1) to demonstrate the role of TGF-β1, DKK2 and of PGE2 in the Wnt signalling activity; 2) to demonstrate the link between TGF-β1 and DKK2 and their effect on the abnormal OA Ob phenotype. We have shown in this study that the canonical Wnt signalling pathway is altered in OA Ob and that this was responsible for the altered phenotype observed in OA Ob. Also, we have shown that among the mediators of the Wnt signalling pathway, the expression of antagonist Dickkopf-1 (DKK1) was similar between OA and normal Ob. In contrast, the antagonist DKK2 was overexpressed and the expression of the agonist Wnt7B was low in OA Ob. Moreover, PGE2 increased Wnt signalling activity in OA Ob. The inhibition of DKK2 expression also increased Wnt signalling activity and corrected the abnormal phenotype along with increasing the mineralization of OA Ob. The inhibition of TGF-β1 expression, also overexpressed in OA Ob, also resulted in the correction of the phenotype and increased the mineralization of OA Ob. Inhibiting TGF-β1 expression also led to DKK2 inhibition. As the contrary was not observed, this demonstrated that TGF-β1 could regulate DKK2 expression. To conclude, Wnt signalling is reduced in OA Ob and this is due to elevated DKK2 levels in these cells. High levels of TGF-β1 in OA Ob increased DKK2 expression which could be responsible, at least partially, for their altered phenotype. PGE2 was shown to also increase Wnt signalling activity in OA Ob. Taken together these data suggest that such alterations in OA Ob could be responsible for the abnormal bone structure observed in OA patients.

Introduction: Durant la pathogenèse d’ostéoarthrose (OA), les cytokines pro-inflammatoires IL-1β (Interleukin-1 beta) et TNF-α (Tumor necrosis factor alpha) stimulent la dégradation des agrécanes par l’aggrécanase-1 ou ADAMTS-4 (a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motif). Ces cytokines peuvent stimuler plusieurs voies de signalisation conduisant ainsi à l’augmentation de l’expression des ADAMTS dans les chondrocytes humains. Les TIMPs (tissue inhibitor of metalloproteinases) présentent des inhibiteurs endogènes de l’ADAMTS. Nous avons démontré que la Rapamycine (un immunosuppresseur et un inhibiteur du mamalian target of Rapamycin (mTOR)) peut avoir des effets bénéfiques dans cette pathologie. Notre étude examine l’effet de la Rapamycine sur l’expression de l’ADAMTS-4 induit par les cytokines, son implication dans certaines voies de signalisation, et son effet sur l’expression du TIMP-3. Méthodes: Des chondrocytes normaux sont traités avec la Rapamycine seule ou stimulés aussi avec l’IL-1β et le TNF-α. Les effets de la Rapamycine sur l’expression de l’ADAMTS-4 et du TIMP-3 ont été étudiés par l’analyse RT-PCR et l’activité enzymatique a été étudiée par la technique d’ELISA. Les effets de la Rapamycine sur certaines voies de signalisation ont été étudiés par le Western blot. Résultats: Nous avons trouvé que la Rapamycine inhibe l’expression de l’ARNm de l’ADAMTS-4 induit par les cytokines pro-inflammatoires dans les chondrocytes humains. L’activité enzymatique de l’ADAMTS-4 induit par l’IL-1β a été légèrement diminuée par la Rapamycine. En plus, cette dernière a montré de différents effets sur plusieurs voies de signalisation stimulées par l’IL-1β et le TNF-α telles que les voies des MAPKs (Mitogen activated protein kinase), de l’AKT, et de la p70 S6 kinase. La Rapamycine a inhibé partiellement l’activation de la phosphorylation de l’ERK1/2 MAPK (extracellular signal-regulated protein kinase MAPK) en présence du TNF-α seulement. En outre, la Rapamycine a inhibé la phosphorylation des protéines p38 MAPK, JNK (c-Jun N-terminal kinase), et AKT activée par l’IL-1β seulement. En plus, la phosphorylation de la protéine p70 S6K stimulée par l’IL-1β et le TNF-α a été inhibée par la Rapamycine. D’autre part, nous avons démontré que le niveau du TIMP-3 a été augmenté en présence de la Rapamycine. Conclusion: Ces résultats suggèrent que la Rapamycine peut bloquer l’action de l’ADAMTS-4 via l’inhibition de l’activation des MAPKs, de l’AKT, et de la p70 S6K. La Rapamycine pourrait ainsi être considérée pour la prévention de la perte du cartilage chez les patients ostéoarthritiques. / Introduction: During the pathogenesis of osteoarthritis, the pro-inflammatory cytokines IL-1β (Interleukin-1 beta) and TNF-α (Tumor necrosis factor alpha) stimulate the degradation of aggrecans by aggrecanase-1 or ADAMTS-4 (A disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motif). These cytokines may stimulate several signaling pathways leading to an increased expression of ADAMTS-4 in human chondrocytes. The TIMPs (tissue inhibitor of metalloproteinases) are endogens inhibitors of ADAMTS-4. It has been shown that Rapamycin (an immunosuppressor and an inhibitor of the mammalian target of rapamycin or mTOR) may have beneficial effects in this pathology. Our study investigates the impact of Rapamycin on cytokine-induced expression of ADAMTS-4, his implication in certain signaling pathways, and his effects on the expression of TIMP-3. Methods: Human chondrocytes were pretreated with different doses of Rapamycin either alone or stimulated with IL-β and TNF-α. The effect on ADAMTS-4 expression was examined by RT-PCR analysis and enzyme activity by ELISA. Impact of Rapamycin on the activation of different signaling pathways was measured by Western blot analysis. Results: We have shown that Rapamycin down-regulated pro-inflammatory cytokines-induced ADAMTS-4 mRNA expression in human chondrocytes. The IL-1β-induced-enzymatic activity of ADAMTS-4 was slightly inhibited by Rapamycin. Furthermore, Rapamycin present different effects on pro-inflammatory cytokines-stimulated activation of certain signaling pathways such as MAPKs (Mitogen activated protein kinases), AKT, and P70 S6 kinase. Moreover, Rapamycin partially inhibits TNF-α-induced activation of phosphorylation of ERK1/2 MAPK (extracellular signal-regulated protein kinase MAPK). Thus, Rapamycin inhibit IL-1β-induced activation of phosphorylation of the proteins p38 MAPK, JNK (c-Jun N-terminal kinase), and AKT. Also, Rapamycin inhibit IL-1β and TNF-α-activation of phosphorylation of the protein p70 S6 kinase. In other way, we have shown that the level of TIMP-3 has been increased in the presence of Rapamycin. Conclusion: These results suggest that Rapamycin down-regulates the expression of ADAMTS-4 by inhibiting the cytokine activation of MAPKs, AKT, and p70 S6 kinase. Thus Rapamycin could be considered as potential therapeutic agent for prevention of cartilage loss in patient with osteoarthritis.

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L’arthrose ou ostéoarthrose (OA) est l’affection rhumatologique la plus fréquente au monde. Elle est caractérisée principalement par une perte du cartilage articulaire et l’inflammation de la membrane synoviale. L’interleukine (IL)-1ß, une cytokine pro-inflammatoire, joue un rôle très important dans la pathogenèse de l’OA. Elle exerce son action en induisant l’expression des enzymes cyclo-oxygénase 2 (COX-2), prostaglandine E synthétase microsomale 1 (mPGES-1) et l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) ainsi que la production de la prostaglandine E2 (PGE2) et de l’oxyde nitrique (NO). Ces derniers (PGE2 et NO) contribuent à la synovite et la destruction du cartilage articulaire par leurs effets pro-inflammatoires, pro-cataboliques, anti-anaboliques, pro-angiogéniques et pro-apoptotiques. Les modifications épigénétiques, telles que la méthylation de l’ADN, et l’acétylation et la méthylation des histones, jouent un rôle crucial dans la régulation de l’expression des gènes. Parmi ces modifications, l’acétylation des histones est la plus documentée. Ce processus est contrôlé par deux types d’enzymes : les histones acétyltransférases (HAT) qui favorisent la transcription et les histones déacétylases (HDAC) qui l’inhibent. L’objectif de ce travail est d’examiner le rôle des enzymes HDAC dans la régulation de l’expression de la COX-2, mPGES-1 et iNOS. Nous avons montré qu’au niveau des chondrocytes, les inhibiteurs des HDAC (iHDAC), trichostatine A (TSA) et butyrate de sodium (NaBu), suppriment l’expression de la COX-2 et iNOS au niveau de l’ARNm et protéique, ainsi que la production de la PGE2 et du NO, induites par l’IL-1ß. L’effet inhibiteur à lieu sans affecter l’activité de liaison à l’ADN du facteur de transcription NF-κB (nuclear factor κ B). La TSA et le NaBu inhibent également la dégradation induite par l’IL-1ß des protéoglycanes au niveau du cartilage. Nous avons également montré, qu’au niveau des fibroblastes synoviaux, les iHDAC, TSA, NaBu et acide valproïque (VA), suppriment l’expression de la mPGES-1 ainsi que la production de la PGE2 induites par l’IL-1ß. En utilisant diverses approches expérimentales, nous avons montré que HDAC4 est impliquée dans l’induction de l’expression de la mPGES-1 par l’IL-1ß. HDAC4 exerce son action, via son activité déacétylase, en augmentant l’activité transcriptionnelle de Egr-1 (early growth factor 1), facteur de transcription principal de l’expression de la mPGES-1. L’ensemble de ces résultats suggère que les inhibiteurs des HDAC pourraient être utilisés dans le traitement de l’OA. / Osteoarthritis (OA) is the most common form of arthritic diseases in the world. It is primarily characterized by the loss of articular cartilage and inflammation of the synovial membrane. Interleukin (IL)-1ß is a pro-inflammatory cytokine that plays a major role in the pathogenesis of OA. It induces the expression of cyclo-oxygenase 2 (COX-2), microsomal prostaglandin E synthase-1 (mPGES-1), inducible nitric oxide synthase (iNOS), as well as the production of prostaglandin E2 (PGE2) and nitric oxide (NO). The later (PGE2 and NO) contribute to articular cartilage destruction and synovitis through their pro-inflammatory, pro-catabolic, anti-anabolic, pro-angiogenic and pro-apoptotic effects. Epigenetic modifications such as DNA methylation, histone acetylation and methylation play a crucial role in gene expression. Among these modifications, histone acetylation is the most studied. Histone acetylation is determined by two types of enzymes: histone acetyltransferases (HAT) and histone deacetylases (HDAC) which activate and repress transcription, respectively. The purpose of these studies is to examine the role of HDAC enzymes in the regulation of COX-2, mPGES-1, and iNOS expression. We demonstrated that HDAC inhibitors (HDACi), trichostatin A (TSA) and sodium butyrate (NaBu), suppressed the Il-1ß-induced transcription and translation of COX-2 and iNOS, as well as the production of PGE2 and NO in chondrocytes. The inhibitory effect of HDACi on transcription does not affect the binding activity of NF-κB (nuclear factor κ B) to DNA. Treatment with TSA and NaBu also inhibited the Il-1ß-induced degradation of proteoglycan in cartilage explants. We also showed that HDACi, TSA, NaBu and valproic acid (VA), suppressed IL-1-induced-mPGES-1 expression and the production of PGE2 in synovial fibroblasts. Our data indicated that HDAC4 is involved in Il-1ß-induced expression of mPGES-1. HDAC4, through its deacetylase activity, up-regulated the transcriptional activity of Egr-1 (early growth factor-1), a principal transcription factor for the expression of mPGES-1. From our studies we propose that HDAC inhibitors can be used in the treatment of OA.