Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Ciências da Saúde, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-09-08T12:12:13Z No. of bitstreams: 1 2016_IngridAquinoAmorim.pdf: 1986782 bytes, checksum: d324e2107a1abb4c35c8ea22be35f4de (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-10-13T18:42:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_IngridAquinoAmorim.pdf: 1986782 bytes, checksum: d324e2107a1abb4c35c8ea22be35f4de (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-13T18:42:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_IngridAquinoAmorim.pdf: 1986782 bytes, checksum: d324e2107a1abb4c35c8ea22be35f4de (MD5) / A remodelação óssea representa um processo de suma importância no sistema esquelético humano. Entretanto, um desequilíbrio na função ou ativação excessiva de osteoclastos pode resultar em extensas reabsorções ósseas. Nesse contexto, peptídeos de defesa do hospedeiro (PDHs) podem apresentar um potencial no desenvolvimento de novas terapias. Nessa perspectiva, o presente estudo avaliou o efeito dos peptídeos clavanina A, clavanina MO e LL-37, na supressão da osteoclastogênese in vitro mediada pelo ligante do receptor de ativação do fator nuclear kappa B (RANKL). Estes resultados foram comparados com medicações utilizadas clinicamente, hidróxido de cálcio P.A. e doxiciclina, em terapias endodônticas e periodontais, respectivamente. Os parâmetros analisados em culturas da linhagem celular RAW 264.7, com ou sem recombinante (r) RANKL, PDHs e controles clínicos, foram: (1) viabilidade celular pelo método de MTT; (2) produção de óxido nítrico (NO); e número de osteoclastos diferenciados, após coloração de fosfatase ácida tartarato resistente (TRAP). Os resultados demonstraram que os PDHs e os controles clínicos não foram citotóxicos às células, exceto na presença de 128 μg.mL-1 de doxiciclina após 72 h, na presença e ausência de rRANKL, que apresentou redução de cerca de 50% da viabilidade celular. A produção de NO foi mantida estável ou reduzida na presença de todas as concentrações dos PDHs e controles clínicos, comparados ao grupo controle, na ausência de rRANKL. Como esperado, a presença de rRANKL elevou sutilmente os níveis da produção de NO. No entanto, a presença dos PDHs e controles clínicos permitiram ora estabilidade, ora redução dos níveis de NO, quando comparados ao grupo controle, exceto na presença de 2 μg.mL-1 de doxiciclina após 7 dias, que promoveu aumento significativo na produção de NO. Na osteoclastogênese, todos os PDHs e controles clínicos foram capazes de reduzir a diferenciação de osteoclastos. Em conclusão, os PDHs podem atuar como potenciais supressores da osteoclastogênese in vitro. Dessa forma, o uso dos PDHs se apresenta como uma forma terapêutica promissora para o tratamento de reabsorções ósseas perirradiculares e periodontais. ________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Bone remodeling is an important process in the human skeletal system. Nevertheless, an imbalance in the osteoclast function or its excessive activation, may result in extensive bone resorption. In this context, host defense peptides (HDPs) may have a potential for novel therapies development. This study evaluated the potential of HDPs clavanin A, clavanin MO and LL-37 in down-regulate in vitro receptor activator of nuclear factor kappa B ligand (RANKL)-mediated osteoclastogenesis. HDPs results were compared to currently available medications for endodontic and periodontal therapies, calcium hydroxide P.A. and doxycycline, respectively. The parameters analyzed in cell line RAW 264.7 cultures stimulated with or without recombinant (r) RANKL and HDPs and clinical controls were: (1) cell viability by MTT method; (2) nitric oxide production (NO); and (3) number of differentiated osteoclasts, after tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) staining. Results showed that HDPs and clinical controls were not cytotoxic, except in the presence of 128μg.mL-1 of doxycycline after 72 h, in the presence and absence of rRANKL, which decreased about 50% the cell viability. The NO production was kept stable or reduced in the presence of all concentrations of HDPs and clinical controls, compared to the control group, in the absence of rRANKL. Otherwise, the presence of rRANKL subtly up-regulated the NO production levels. However, the presence of HDPs and clinical controls remained stable or reduced the NO production compared to the control group, except in the presence of 2 μg.mL-1 of doxycycline after 7 days, which up-regulated NO production. During the osteoclastogenesis process, all HDPs and clinical controls were capable of reducing the osteoclasts differentiation. In conclusion, host defense peptides can act as potential suppressors of in vitro osteoclastogenesis. Thus, HDPs represent promising drugs for periradicular and periodontal bone resorption treatments.

O tecido ósseo possui alto grau de rigidez e resistência à pressão, característica relacionada às suas funções de proteção, sustentação e locomoção. Patologias como periodontite, artrite reumatóide e osteoporose decorrem do desequilíbrio da dinâmica óssea, que ocorre quando os osteoclastos estão em maior atividade em relação aos osteoblastos. O fluoreto (F-) é incorporado nos tecidos mineralizados após ingestão e a sua administração aumenta a formação óssea in vivo, de maneira dependente da dose e da linhagem dos animais. As linhagens A/J e 129P3/J possibilitam a análise dos fenômenos moleculares envolvidos na suscetibilidade e resistência de células ósseas aos efeitos do F- no osso. Neste estudo, avaliou-se a administração in vivo de F- na osteoclastogênese, através da análise da atividade da enzima fosfatase ácida resistente ao tartarato (TRAP), contagem de células TRAP- positivas e quantificação da atividade das metaloproteinases MMP-2 e -9. Para tal, células hematopoiéticas provenientes da medula óssea de camundongos das linhagens 129P3/J e A/J foram cultivadas com M-CSF e RANKL em associação ou não com F-, nas concentrações de 10- 9, 10-7, 10-5, 5x10-5, 5x10-5, 10-4 e 10-3 M. Os dados mostraram que a atividade da TRAP foi semelhante entre as células das duas linhagens de animais, independente do F-. Concomitante à diferenciação osteoclástica, o tratamento das células com F-, independente da concentração, aumentou significativamente a atividade da TRAP em células da linhagem A/J. O aumento da atividade de TRAP foi associada com o aumento do número de osteoclastos formados, na concentração de 10-3 M F-. Já em células dos animais 129P3/J, o F- não alterou a atividade da TRAP bem como a osteoclastogênese. A atividade de MMP-9 foi aumentada em relação à da MMP-2, porém ambas não foram moduladas pelo F-, independente da linhagem. Assim, concluiu-se que as células de ambas as linhagens não diferem com relação à diferenciação de osteoclastos, mas respondem diferentemente ao F-, sendo as células dos animais A/J e 129P3/J sensíveis e resistentes à osteoclastogênese induzida pelo F-, respectivamente. / The bone tissue has a high degree of rigidity and pressure resistance, characteristic related to its protection, support and locomotion functions. Diseases such as periodontitis, osteoporosis and rheumatoid arthritis arise from dynamic bone imbalance that occurs when osteoclasts present increased activity compared to osteoblasts. Fluoride (F-) is incorporated in mineralized tissues after ingestion and its administration increases in vivo bone formation in dose and strain-dependent manner. The strains A/J and 129P3/J make possible the analysis of molecular phenomena involved in susceptibility and resistance of bone cells to the effect of F- in bone. In this study, we evaluated the effect of F- on the in vitro osteoclastogenesis, by analyzing the fosfatase tartrate-resistant acid (TRAP) activity, TRAP positive cell counts and the activity of MMP-2 and -9 measurements in A/J and 129P3/J differentiated hematopoietic stem cells. Hematopoietic cells were differentiated with M-CSF and RANKL and treated or not with F- in the concentrations of 10-9, 10-7, 10-5, 5x10-5, 5x10-5, 10-4 and 10-3 M.The data show that TRAP activity, an osteoclast marker, was similar between cells from both strains of mice, regardless of F-. In addition, the treatment of A/J cells with F- significantly increased TRAP activity, in a dose-independent manner. This was accompained by the increased TRAP+-osteoclast counts, at 10-3 M F- dose. However, while the MMP-9 activity was aumented when compared to MMP-2, it was not altered by F-, regardless of the strain. Thus, we concluded that cells from both strains do not differ regarding the osteoclast differentiation potential, but they respond differently to F-, whereas A/J and 129P3/J cells are sensitive and resistant to F--induced osteoclastogenesis, respectively.

O tecido ósseo possui alto grau de rigidez e resistência à pressão, característica relacionada às suas funções de proteção, sustentação e locomoção. Patologias como periodontite, artrite reumatóide e osteoporose decorrem do desequilíbrio da dinâmica óssea, que ocorre quando os osteoclastos estão em maior atividade em relação aos osteoblastos. O fluoreto (F-) é incorporado nos tecidos mineralizados após ingestão e a sua administração aumenta a formação óssea in vivo, de maneira dependente da dose e da linhagem dos animais. As linhagens A/J e 129P3/J possibilitam a análise dos fenômenos moleculares envolvidos na suscetibilidade e resistência de células ósseas aos efeitos do F- no osso. Neste estudo, avaliou-se a administração in vivo de F- na osteoclastogênese, através da análise da atividade da enzima fosfatase ácida resistente ao tartarato (TRAP), contagem de células TRAP- positivas e quantificação da atividade das metaloproteinases MMP-2 e -9. Para tal, células hematopoiéticas provenientes da medula óssea de camundongos das linhagens 129P3/J e A/J foram cultivadas com M-CSF e RANKL em associação ou não com F-, nas concentrações de 10- 9, 10-7, 10-5, 5x10-5, 5x10-5, 10-4 e 10-3 M. Os dados mostraram que a atividade da TRAP foi semelhante entre as células das duas linhagens de animais, independente do F-. Concomitante à diferenciação osteoclástica, o tratamento das células com F-, independente da concentração, aumentou significativamente a atividade da TRAP em células da linhagem A/J. O aumento da atividade de TRAP foi associada com o aumento do número de osteoclastos formados, na concentração de 10-3 M F-. Já em células dos animais 129P3/J, o F- não alterou a atividade da TRAP bem como a osteoclastogênese. A atividade de MMP-9 foi aumentada em relação à da MMP-2, porém ambas não foram moduladas pelo F-, independente da linhagem. Assim, concluiu-se que as células de ambas as linhagens não diferem com relação à diferenciação de osteoclastos, mas respondem diferentemente ao F-, sendo as células dos animais A/J e 129P3/J sensíveis e resistentes à osteoclastogênese induzida pelo F-, respectivamente. / The bone tissue has a high degree of rigidity and pressure resistance, characteristic related to its protection, support and locomotion functions. Diseases such as periodontitis, osteoporosis and rheumatoid arthritis arise from dynamic bone imbalance that occurs when osteoclasts present increased activity compared to osteoblasts. Fluoride (F-) is incorporated in mineralized tissues after ingestion and its administration increases in vivo bone formation in dose and strain-dependent manner. The strains A/J and 129P3/J make possible the analysis of molecular phenomena involved in susceptibility and resistance of bone cells to the effect of F- in bone. In this study, we evaluated the effect of F- on the in vitro osteoclastogenesis, by analyzing the fosfatase tartrate-resistant acid (TRAP) activity, TRAP positive cell counts and the activity of MMP-2 and -9 measurements in A/J and 129P3/J differentiated hematopoietic stem cells. Hematopoietic cells were differentiated with M-CSF and RANKL and treated or not with F- in the concentrations of 10-9, 10-7, 10-5, 5x10-5, 5x10-5, 10-4 and 10-3 M.The data show that TRAP activity, an osteoclast marker, was similar between cells from both strains of mice, regardless of F-. In addition, the treatment of A/J cells with F- significantly increased TRAP activity, in a dose-independent manner. This was accompained by the increased TRAP+-osteoclast counts, at 10-3 M F- dose. However, while the MMP-9 activity was aumented when compared to MMP-2, it was not altered by F-, regardless of the strain. Thus, we concluded that cells from both strains do not differ regarding the osteoclast differentiation potential, but they respond differently to F-, whereas A/J and 129P3/J cells are sensitive and resistant to F--induced osteoclastogenesis, respectively.

Os leucotrienos (LTs) são mediadores inflamatórios derivados da via 5- lipoxigenase (5-LO), com contribuição relevante na reabsorção óssea. Neste estudo investigamos o papel dos LTs na diferenciação osteogênica e o seu impacto na osteoclatogênese. Assim, foi avaliado o perfil ósseo dos camundongos 129/Sv (WT) e 5-LO Knockout (5-LO KO) por meio de microtomografia computadorizada, evidenciando maior densidade óssea vertebral e trabéculas mais espessas em machos 5-LO KO. Após isso, osteoblastos primários (OBL) foram isolados e cultivados para determinar a atividade de fosfatase alcalina (ALP) e o potencial de mineralização. Resultados mostraram que OBL KO possui maior atividade de ALP e mineralização, em todos os períodos quando comparados com WT. Em adição, o tratamento com os LTs B4 e D4 inibiu a deposição de cálcio. Os inibidores da síntese de LTs e os antagonistas do BLT1/2 foram efetivos em recuperar a formação dos nódulos mineralizados. A cinética do Alox5 apresentou um aumento da expressão nos períodos de maior diferenciação celular em OBL WT. Além disso, a expressão de OCN, MMPs 2 e 9 e RANKL foram aumentadas em células 5-LO KO em quase todos os períodos avaliados. Em geral, o estímulo com LTs, seus inibidores e antagonistas diminuiu a expressão de Sp7, Col1a1, Opg e MMP-9 e aumentou RANKL em células KO. A sinalização por meio de segundos mensageiros também foi avaliada. Células 5-LO KO apresentam menor concentração de cálcio intracelular (Ca2+i) em relação ao WT. No período de 14 dias, o estímulo com LTD4 inibiu a liberação Ca2+i independente da linhagem, em relação ao controle. Os níveis de cAMP foram menores em OBL 5- LO KO, em todos os grupos tratados ou controle. LTD4 diminuiu a concentração de cAMP, mas não LTB4, em OBL 5-LO KO. O estudo também quantificou a produção de LTB4 e outros eicosanoides em osteoblastos mostrando a sua capacidade de síntese. A análise proteômica revelou 89 proteínas com expressão diminuída em OBL 5-LO KO, de um total de 154, sendo a maioria relacionada ao citoesqueleto e ao metabolismo energético. Também foram identificadas 59 proteínas exclusivas em OBL 5-LO KO e 06 unicamente expressas em células WT, revelando as diferenças intrínsecas de cada animal. O perfil osteoclastogênico de camundongos WT vs. 5-LO KO mostrou diferenças significativas na análise fenotípica, TRAP e na expressão gênica de células derivadas da linhagem monocítica-macrofágica. Após o estímulo com M-CSF e RANKL, as células WT apresentaram osteoclastos gigantes multinucleados, porém, células 5-LO KO apresentaram uma população de células com formas e tamanhos variáveis, e menor grau de maturação. Em adição, os LTsexógenos não modularam a atividade da TRAP. O meio condicionado proveniente dos OBL WT e KO, retardaram o processo de formação dos osteoclastos. A análise da expressão gênica em osteoclastos mostrou diminuição da expressão de Alox5, Il- 1b, Il-6 e TNFa em células 5-LO KO. BLT1/2, CysLt1 e os marcadores da diferenciação Acp5, Ctsk e Nfact1 não apresentaram diferenças entre os animais. Em adição, o LTB4 diminuiu a expressão do Alox5 e a Il-1b foi aumentada em osteoclastos WT. Assim, os resultados demonstram que os LTs são capazes de modular o metabolismo ósseo, e a ausência do gene da 5-LO está relacionada ao maior perfil osteogênico. / Leukotrienes (LTs) are inflammatory mediators derived from the 5-lipoxygenase (5-LO) pathway, with a relevant contribution in bone resorption. In this study we investigated the role of LTs in osteogenic differentiation and its impact on osteoclastogenesis.Thus, the bone profile of the 129/Sv (WT) and 5-LO Knockout mice (5-LO KO) was evaluated by computerized microtomography, showing higher vertebral bone density and thicker trabeculae in 5-LO KO males. After that, primary osteoblasts (OBL) were isolated and cultured to determine alkaline phosphatase activity (ALP) and mineralization potential. Results showed that OBL KO has higher ALP activity and mineralization, in all periods when compared with WT. In addition, the treatment with LTB4 and LTD4 inhibited calcium deposition. Inhibitors of LT synthesis and BLT1/2 antagonists were effective to recover the mineralized nodules formation. The kinetics of Alox5 showed an increase in expression during cellular differentiation period in WT OBL. In addition, expression of OCN, MMPs 2 and 9 and RANKL were increased in 5- LO KO cells in almost all evaluated periods. In general, the stimulation with LTs, their inhibitors and antagonists decreased the expression of Sp7, Col1a1, Opg and MMP- 9. But it increased the RANKL expression in KO cells. The second messengers signaling was also evaluated. 5-LO KO cells showed lower concentration levels of intracellular calcium (Ca2+ i) when compared to WT cells. In the 14-day period, the LTD4 treatment inhibited the Ca2+i independent of the murine lineage, relative to the control. cAMP levels were lower in OBL 5-LO KO, in all treated or control groups. LTD4 decreased the concentration of cAMP, but not LTB4, in KO cells. The study also quantified the production of LTB4 and other eicosanoids in osteoblasts showing their ability to synthesize those metabolites. The proteomic analysis revealed 89 downregulated proteins in OBL KO, out of a total of 154, most of them related to cytoskeleton and energy metabolism. Also 59 identified proteins were unique in OBL 5-LO KO and 06 exclusively expressed in WT cells, revealing the intrinsic differences of each strain. The osteoclastogenic profile of WT vs. 5-LO KO showed significant differences in phenotypic analysis, TRAP and in the gene expression of cells derived from the monocyte-macrophage-lineage. After M-CSF and RANKL stimulation, WT cells showed multinucleated giant osteoclasts. However, 5-LO KO cells presented a population of cells with variable shapes and sizes, and a lower maturation stage. In addition, exogenous LTs did not modulate TRAP activity. The conditioned medium from OBL WT and 5-LO KO delayed the formation process of osteoclasts. Gene expression analysis in osteoclasts showed decreased expression of Alox 5, Il-1b, Il-6 and TNF in 5-LO KO cells. BLT1/2, CysLt1 and the osteoclast differentiation markers Acp5, Ctsk and Nfact1 showed no differences between the strains. In addition, LTB4 decreased the expression of Alox5, and IL-1b was increased in WT osteoclasts. Thus, the results demonstrate that the LTs are able to modulate the bone metabolism, and the absence of the 5-LO gene is related to the greater osteogenic profile.

O processo de diferenciação e ativação de osteoclastos, essencial para a manutenção da homeostasia do tecido ósseo e também envolvido na patogênese de diversas patologias caracterizadas pela atividade osteolítica, depende de um sistema central de controle que envolve a ligação das moléculas RANK/RANKL. Além do sistema RANK/RANKL, moléculas co-estimulatórias de osteoclastos, tais como os complexos DAP-12, TREM-2 e SIRP1, e FcR, OSCAR e PIR-A, também apresentam um papel importante na geração e ativação de osteoclastos. Entretanto, a possível contribuição de tais moléculas para a progressão da doença periodontal (DP) permanece desconhecida, assim como o possível impacto de citocinas na modulação de sua expressão no microambiente periodontal. Nosso objetivo foi investigar, por RealTimePCR, o padrão de expressão de moléculas co-estimulatórias de osteoclastos (DAP-12, TREM-2 e SIRP1, e FcR, OSCAR e PIR-A) na periodontite crônica em humanos, além de avaliar a cinética de expressão destas moléculas e a sua modulação por citocinas (TNF-, IFN-, IL-17 e IL-10) ao longo do curso da DP em camundongos em camundongos C57Bl/6 wild-type (WT) e geneticamente modificados (TNFp55KO, IFNKO, IL17KO, IL10KO. Nossos resultados demonstram que nas lesões periodontais crônicas a expressão de todas as moléculas co-estimulatórias de osteoclastos apresentaram-se significativamente aumentadas quando comparadas às amostras controle. Com relação à periodontite experimental, verificamos que todas as moléculas co-estimulatórias alvo apresentavam aumento em sua expressão após a indução de doença quando comparado aos controles. Nos camundongos para TNFp55KO, IFNKO e IL17KO, observamos uma redução na severidade da DP (reabsorção óssea e quantidade de células inflamatórias) e na expressão de moléculas co-estimulatórias, ao contrário do observado nos camundongos IL10KO. Entretanto, ao normalizarmos os níveis de expressão das moléculas co-estimulatórias de osteoclastos pelo número de células inflamatórias, verificamos que TNF- e IL-17 se mostram associados a uma maior expressão de moléculas co-estimulatórias, enquanto IFN- e IL-10 parecem regular negativamente a expressão de tais moléculas. Em termos gerais, demonstramos que a expressão de moléculas co-estimulatórias de osteoclastos se mostra aumentada na DP humana e experimental, e que citocinas parecem modular sua expressão por mecanismos diretos e indiretos, tais como a migração de células inflamatórias para os sítios de doença periodontal. / The osteoclast differentiation and activation are essential to bone tissue homeostasis and in the development of bone pathologies, which RANK/RANKL signaling molecules are the major osteoclastogenic factor. However, osteoclast co-stimulatory molecules, such as DAP-12, TREM-2, SIRP1, FcR, OSCAR and PIR-A, also present an important role in the osteoclastogenesis. However, the exact role and regulation of these molecules in human and mice periodontal diseases (PD) development have not completely known. Our aim was to investigate the pattern of osteoclast co-stimulatory expression (DAP-12, TREM-2, SIRP1, FcR, OSCAR and PIR-A) in human chronic periodontitis (CP), apart from analyze the kinetic of these molecules and their regulation by cytokines (TNF-, IFN-, IL-17 and IL-10) in the development of experimental periodontal disease in mice C57Bl/6 and knockout. Our results demonstrated that all osteoclast co-stimulatory molecules presented highly expressed in CP patients when compared with control. Similar results are presented about experimental PD, where all co-stimulatory molecules was presented highly expressed in infected mice when compared with control mice. We observed in TNFp55KO, IFNKO and IL17KO mice a decrease in PD scores and co-stimulatory molecules expression, the opposite of IL10KO mice. However, when we standardized the co-stimulatory molecules levels by the number of inflammatory cells, we found that TNF- and IL-17 are associated with increased expression of co-stimulatory molecules, while IFN- and IL-10 appear to negatively regulate the expression of such molecules. In conclusion, we demonstrated that osteoclast co-stimulatory molecules shown increased in human and experimental PD, and cytokines appear to modulate their expression by direct and indirect mechanisms, such as inflammatory cells migration to the PD infected tissue.

O processo de diferenciação e ativação de osteoclastos, essencial para a manutenção da homeostasia do tecido ósseo e também envolvido na patogênese de diversas patologias caracterizadas pela atividade osteolítica, depende de um sistema central de controle que envolve a ligação das moléculas RANK/RANKL. Além do sistema RANK/RANKL, moléculas co-estimulatórias de osteoclastos, tais como os complexos DAP-12, TREM-2 e SIRP1, e FcR, OSCAR e PIR-A, também apresentam um papel importante na geração e ativação de osteoclastos. Entretanto, a possível contribuição de tais moléculas para a progressão da doença periodontal (DP) permanece desconhecida, assim como o possível impacto de citocinas na modulação de sua expressão no microambiente periodontal. Nosso objetivo foi investigar, por RealTimePCR, o padrão de expressão de moléculas co-estimulatórias de osteoclastos (DAP-12, TREM-2 e SIRP1, e FcR, OSCAR e PIR-A) na periodontite crônica em humanos, além de avaliar a cinética de expressão destas moléculas e a sua modulação por citocinas (TNF-, IFN-, IL-17 e IL-10) ao longo do curso da DP em camundongos em camundongos C57Bl/6 wild-type (WT) e geneticamente modificados (TNFp55KO, IFNKO, IL17KO, IL10KO. Nossos resultados demonstram que nas lesões periodontais crônicas a expressão de todas as moléculas co-estimulatórias de osteoclastos apresentaram-se significativamente aumentadas quando comparadas às amostras controle. Com relação à periodontite experimental, verificamos que todas as moléculas co-estimulatórias alvo apresentavam aumento em sua expressão após a indução de doença quando comparado aos controles. Nos camundongos para TNFp55KO, IFNKO e IL17KO, observamos uma redução na severidade da DP (reabsorção óssea e quantidade de células inflamatórias) e na expressão de moléculas co-estimulatórias, ao contrário do observado nos camundongos IL10KO. Entretanto, ao normalizarmos os níveis de expressão das moléculas co-estimulatórias de osteoclastos pelo número de células inflamatórias, verificamos que TNF- e IL-17 se mostram associados a uma maior expressão de moléculas co-estimulatórias, enquanto IFN- e IL-10 parecem regular negativamente a expressão de tais moléculas. Em termos gerais, demonstramos que a expressão de moléculas co-estimulatórias de osteoclastos se mostra aumentada na DP humana e experimental, e que citocinas parecem modular sua expressão por mecanismos diretos e indiretos, tais como a migração de células inflamatórias para os sítios de doença periodontal. / The osteoclast differentiation and activation are essential to bone tissue homeostasis and in the development of bone pathologies, which RANK/RANKL signaling molecules are the major osteoclastogenic factor. However, osteoclast co-stimulatory molecules, such as DAP-12, TREM-2, SIRP1, FcR, OSCAR and PIR-A, also present an important role in the osteoclastogenesis. However, the exact role and regulation of these molecules in human and mice periodontal diseases (PD) development have not completely known. Our aim was to investigate the pattern of osteoclast co-stimulatory expression (DAP-12, TREM-2, SIRP1, FcR, OSCAR and PIR-A) in human chronic periodontitis (CP), apart from analyze the kinetic of these molecules and their regulation by cytokines (TNF-, IFN-, IL-17 and IL-10) in the development of experimental periodontal disease in mice C57Bl/6 and knockout. Our results demonstrated that all osteoclast co-stimulatory molecules presented highly expressed in CP patients when compared with control. Similar results are presented about experimental PD, where all co-stimulatory molecules was presented highly expressed in infected mice when compared with control mice. We observed in TNFp55KO, IFNKO and IL17KO mice a decrease in PD scores and co-stimulatory molecules expression, the opposite of IL10KO mice. However, when we standardized the co-stimulatory molecules levels by the number of inflammatory cells, we found that TNF- and IL-17 are associated with increased expression of co-stimulatory molecules, while IFN- and IL-10 appear to negatively regulate the expression of such molecules. In conclusion, we demonstrated that osteoclast co-stimulatory molecules shown increased in human and experimental PD, and cytokines appear to modulate their expression by direct and indirect mechanisms, such as inflammatory cells migration to the PD infected tissue.

Os leucotrienos (LTs) são mediadores inflamatórios derivados da via 5- lipoxigenase (5-LO), com contribuição relevante na reabsorção óssea. Neste estudo investigamos o papel dos LTs na diferenciação osteogênica e o seu impacto na osteoclatogênese. Assim, foi avaliado o perfil ósseo dos camundongos 129/Sv (WT) e 5-LO Knockout (5-LO KO) por meio de microtomografia computadorizada, evidenciando maior densidade óssea vertebral e trabéculas mais espessas em machos 5-LO KO. Após isso, osteoblastos primários (OBL) foram isolados e cultivados para determinar a atividade de fosfatase alcalina (ALP) e o potencial de mineralização. Resultados mostraram que OBL KO possui maior atividade de ALP e mineralização, em todos os períodos quando comparados com WT. Em adição, o tratamento com os LTs B4 e D4 inibiu a deposição de cálcio. Os inibidores da síntese de LTs e os antagonistas do BLT1/2 foram efetivos em recuperar a formação dos nódulos mineralizados. A cinética do Alox5 apresentou um aumento da expressão nos períodos de maior diferenciação celular em OBL WT. Além disso, a expressão de OCN, MMPs 2 e 9 e RANKL foram aumentadas em células 5-LO KO em quase todos os períodos avaliados. Em geral, o estímulo com LTs, seus inibidores e antagonistas diminuiu a expressão de Sp7, Col1a1, Opg e MMP-9 e aumentou RANKL em células KO. A sinalização por meio de segundos mensageiros também foi avaliada. Células 5-LO KO apresentam menor concentração de cálcio intracelular (Ca2+i) em relação ao WT. No período de 14 dias, o estímulo com LTD4 inibiu a liberação Ca2+i independente da linhagem, em relação ao controle. Os níveis de cAMP foram menores em OBL 5- LO KO, em todos os grupos tratados ou controle. LTD4 diminuiu a concentração de cAMP, mas não LTB4, em OBL 5-LO KO. O estudo também quantificou a produção de LTB4 e outros eicosanoides em osteoblastos mostrando a sua capacidade de síntese. A análise proteômica revelou 89 proteínas com expressão diminuída em OBL 5-LO KO, de um total de 154, sendo a maioria relacionada ao citoesqueleto e ao metabolismo energético. Também foram identificadas 59 proteínas exclusivas em OBL 5-LO KO e 06 unicamente expressas em células WT, revelando as diferenças intrínsecas de cada animal. O perfil osteoclastogênico de camundongos WT vs. 5-LO KO mostrou diferenças significativas na análise fenotípica, TRAP e na expressão gênica de células derivadas da linhagem monocítica-macrofágica. Após o estímulo com M-CSF e RANKL, as células WT apresentaram osteoclastos gigantes multinucleados, porém, células 5-LO KO apresentaram uma população de células com formas e tamanhos variáveis, e menor grau de maturação. Em adição, os LTsexógenos não modularam a atividade da TRAP. O meio condicionado proveniente dos OBL WT e KO, retardaram o processo de formação dos osteoclastos. A análise da expressão gênica em osteoclastos mostrou diminuição da expressão de Alox5, Il- 1b, Il-6 e TNFa em células 5-LO KO. BLT1/2, CysLt1 e os marcadores da diferenciação Acp5, Ctsk e Nfact1 não apresentaram diferenças entre os animais. Em adição, o LTB4 diminuiu a expressão do Alox5 e a Il-1b foi aumentada em osteoclastos WT. Assim, os resultados demonstram que os LTs são capazes de modular o metabolismo ósseo, e a ausência do gene da 5-LO está relacionada ao maior perfil osteogênico. / Leukotrienes (LTs) are inflammatory mediators derived from the 5-lipoxygenase (5-LO) pathway, with a relevant contribution in bone resorption. In this study we investigated the role of LTs in osteogenic differentiation and its impact on osteoclastogenesis.Thus, the bone profile of the 129/Sv (WT) and 5-LO Knockout mice (5-LO KO) was evaluated by computerized microtomography, showing higher vertebral bone density and thicker trabeculae in 5-LO KO males. After that, primary osteoblasts (OBL) were isolated and cultured to determine alkaline phosphatase activity (ALP) and mineralization potential. Results showed that OBL KO has higher ALP activity and mineralization, in all periods when compared with WT. In addition, the treatment with LTB4 and LTD4 inhibited calcium deposition. Inhibitors of LT synthesis and BLT1/2 antagonists were effective to recover the mineralized nodules formation. The kinetics of Alox5 showed an increase in expression during cellular differentiation period in WT OBL. In addition, expression of OCN, MMPs 2 and 9 and RANKL were increased in 5- LO KO cells in almost all evaluated periods. In general, the stimulation with LTs, their inhibitors and antagonists decreased the expression of Sp7, Col1a1, Opg and MMP- 9. But it increased the RANKL expression in KO cells. The second messengers signaling was also evaluated. 5-LO KO cells showed lower concentration levels of intracellular calcium (Ca2+ i) when compared to WT cells. In the 14-day period, the LTD4 treatment inhibited the Ca2+i independent of the murine lineage, relative to the control. cAMP levels were lower in OBL 5-LO KO, in all treated or control groups. LTD4 decreased the concentration of cAMP, but not LTB4, in KO cells. The study also quantified the production of LTB4 and other eicosanoids in osteoblasts showing their ability to synthesize those metabolites. The proteomic analysis revealed 89 downregulated proteins in OBL KO, out of a total of 154, most of them related to cytoskeleton and energy metabolism. Also 59 identified proteins were unique in OBL 5-LO KO and 06 exclusively expressed in WT cells, revealing the intrinsic differences of each strain. The osteoclastogenic profile of WT vs. 5-LO KO showed significant differences in phenotypic analysis, TRAP and in the gene expression of cells derived from the monocyte-macrophage-lineage. After M-CSF and RANKL stimulation, WT cells showed multinucleated giant osteoclasts. However, 5-LO KO cells presented a population of cells with variable shapes and sizes, and a lower maturation stage. In addition, exogenous LTs did not modulate TRAP activity. The conditioned medium from OBL WT and 5-LO KO delayed the formation process of osteoclasts. Gene expression analysis in osteoclasts showed decreased expression of Alox 5, Il-1b, Il-6 and TNF in 5-LO KO cells. BLT1/2, CysLt1 and the osteoclast differentiation markers Acp5, Ctsk and Nfact1 showed no differences between the strains. In addition, LTB4 decreased the expression of Alox5, and IL-1b was increased in WT osteoclasts. Thus, the results demonstrate that the LTs are able to modulate the bone metabolism, and the absence of the 5-LO gene is related to the greater osteogenic profile.

Durante a resposta inflamatória, diversos mediadores são liberados localmente com o objetivo de estimular a resposta imune celular e humoral. Por meio da ação das enzimas ciclooxigenases e lipoxigenases ocorrerão modificações estruturais na cadeia do ácido araquidônico levando a síntese de prostaglandinas ou leucotrienos e lipoxinas, respectivamente. Tais mediadores são responsáveis pela regulação da expressão dos genes RANK, RANKL e OPG, moduladores da osteoclastogênese. Dessa maneira, o objetivo deste estudo foi avaliar a expressão do RNA mensageiro (RNAm) para as enzimas envolvidas no metabolismo do ácido araquidônico, ciclooxigenase-2 (COX-2) e 5- lipoxigenase (5-LO), e para os mediadores da osteoclastogênese (RANK, RANKL e OPG) no tecido ósseo, após inoculação de lipopolissacarídeo bacteriano (LPS) nos canais radiculares de molares de camundongos. Posteriormente foi investigado o efeito do bloqueio farmacológico da via COX-2 induzida pelo LPS, na expressão de mediadores da osteoclastogênese e de genes envolvidos no metabolismo ósseo. Foram utilizados 144 camundongos C57BL/6, com 6 semanas de idade, pesando de 18 a 20 gramas, nos quais os canais radiculares dos primeiros molares foram inoculados com uma solução contendo lipopolissacarídeo bacteriano de E. coli (0,1, 1,0 e 10mg/ml). Decorridos os períodos experimentais de 7, 14, 21 e 28 dias, os animais foram submetidos à eutanásia e os blocos contendo dente e osso foram removidos para extração do RNA total. Em seguida, foi realizada a avaliação da expressão gênica por meio de transcrição reversa e reação da polimerase em cadeia em tempo real (qRT-PCR). A análise global da expressão de RNAm para proteínas envolvidas no metabolismo ósseo foi realizada por meio de um ensaio de PCR Array (Osteogenesis RT² Profiler PCR Array). Os valores de expressão relativa de cada RNAm, para cada grupo, foram comparados por meio da análise de variância (ANOVA) de duas vias seguido pelo pós-teste de Bonferroni ou por ANOVA de uma via seguido pelo pós-teste de Dunnett (&alpha = 0,05). A inoculação de LPS nos canais radiculares de molares de camundongos foi capaz de induzir a expressão dos genes PTGS2 e ALOX5, responsáveis pela codificação das enzimas COX-2 e 5-LO, envolvidas no metabolismo do ácido araquidônico, concomitantemente à modulação da expressão dos genes TNFRSF11A, TNFSF11 e TNFRSF11B, responsáveis pela codificação dos moduladores da osteoclastogênese RANK, RANKL e OPG, respectivamente. A administração de Indometacina, um inibidor não seletivo de COX-2, inibiu a expressão de RNAm para RANK e RANKL e estimulou a expressão de OPG durante os períodos iniciais de resposta à inoculação de LPS nos canais radiculares. A inibição da via COX-2 de metabolismo do ácido araquidônico nos períodos iniciais de resposta à inoculação de LPS nos canais radiculares modulou diferencialmente a expressão de genes envolvidos no catabolismo e anabolismo ósseo, indicando possíveis papéis para os mediadores derivados no ácido araquidônico na regulação do metabolismo ósseo. Estes resultados sugerem alvos terapêuticos importantes para intervenção precoce em doenças inflamatórias, como lesões periapicais para evitar a reabsorção do tecido ósseo. / During an inflammatory response, several mediators are locally released in order to stimulate cellular and humoral immune response. Through the action of cyclooxygenase and lipoxygenase enzymes structural changes occur in the arachidonic acid chain leading to synthesis of prostaglandins or leukotrienes and lipoxins, respectively. Such mediators are responsible for the regulation of RANK, RANKL and OPG gene expression, osteoclastogenesis modulators. Thus, the objective of this study was to evaluate the expression of messenger RNA (mRNA) for the enzymes involved in arachidonic acid metabolism, cyclooxygenase-2 (COX-2) and 5-lipoxygenase (5-LO), and the osteoclastogenesis mediators (RANK, RANKL and OPG) in bone tissue after injection of bacterial lipopolysaccharide (LPS) in murine dental root canals. Then, COX-2 pathway was pharmacologically blocked for investigation of expression of osteoclastogenesis mediators and genes involved in bone metabolism. We used 144 C57BL/6 mice, 6 weeks-old, weighing 18-20 grams, which had the first molars root canals inoculated with a solution containing LPS from E. coli (0.1, 1.0 and 10 mg/ml). After 7, 14, 21 and 28 days the animals were euthanized and the tooth-and-bone blocks were removed for total RNA extraction. Subsequently, the evaluation of gene expression was performed by reverse transcription and polymerase chain reaction in real time (qRT-PCR). Global analysis of mRNA expression for proteins involved in bone metabolism was performed using PCR arrays (Osteogenesis RT² Profiler PCR Array). The values for relative expression of each mRNA for each group were compared using two-way analysis of variance (ANOVA) followed by Bonferroni post-test or one-way ANOVA followed by Dunnett\'s test (α=0.05). The injection of LPS into the root canals was induced expression of genes PTGS2 and ALOX5, responsible for encoding COX-2 and 5-LO enzymes, involved in the metabolism of arachidonic acid, simultaneously to the modulation of gene expression of TNFRSF11A, TNFSF11 and TNFRSF11B, responsible for encoding the osteoclastogenesis modulators RANK, RANKL and OPG, respectively. Administration of Indomethacin, a non-selective inhibitor of COX-2, inhibited the expression of mRNA for RANK and RANKL and stimulated the expression of OPG during the initial response to the root canals contamination with LPS. Inhibition of the COX-2 pathway from arachidonic acid metabolism in the initial periods of response to LPS injection into the root canals differentially modulated the expression of genes involved in bone catabolism and anabolism, indicating possible roles for mediators derived from arachidonic acid in the regulation of bone metabolism. These results suggest important therapeutic targets for early intervention in inflammatory diseases such as apical periodontitis to avoid resorption of bone tissue.

Durante a resposta inflamatória, diversos mediadores são liberados localmente com o objetivo de estimular a resposta imune celular e humoral. Por meio da ação das enzimas ciclooxigenases e lipoxigenases ocorrerão modificações estruturais na cadeia do ácido araquidônico levando a síntese de prostaglandinas ou leucotrienos e lipoxinas, respectivamente. Tais mediadores são responsáveis pela regulação da expressão dos genes RANK, RANKL e OPG, moduladores da osteoclastogênese. Dessa maneira, o objetivo deste estudo foi avaliar a expressão do RNA mensageiro (RNAm) para as enzimas envolvidas no metabolismo do ácido araquidônico, ciclooxigenase-2 (COX-2) e 5- lipoxigenase (5-LO), e para os mediadores da osteoclastogênese (RANK, RANKL e OPG) no tecido ósseo, após inoculação de lipopolissacarídeo bacteriano (LPS) nos canais radiculares de molares de camundongos. Posteriormente foi investigado o efeito do bloqueio farmacológico da via COX-2 induzida pelo LPS, na expressão de mediadores da osteoclastogênese e de genes envolvidos no metabolismo ósseo. Foram utilizados 144 camundongos C57BL/6, com 6 semanas de idade, pesando de 18 a 20 gramas, nos quais os canais radiculares dos primeiros molares foram inoculados com uma solução contendo lipopolissacarídeo bacteriano de E. coli (0,1, 1,0 e 10mg/ml). Decorridos os períodos experimentais de 7, 14, 21 e 28 dias, os animais foram submetidos à eutanásia e os blocos contendo dente e osso foram removidos para extração do RNA total. Em seguida, foi realizada a avaliação da expressão gênica por meio de transcrição reversa e reação da polimerase em cadeia em tempo real (qRT-PCR). A análise global da expressão de RNAm para proteínas envolvidas no metabolismo ósseo foi realizada por meio de um ensaio de PCR Array (Osteogenesis RT² Profiler PCR Array). Os valores de expressão relativa de cada RNAm, para cada grupo, foram comparados por meio da análise de variância (ANOVA) de duas vias seguido pelo pós-teste de Bonferroni ou por ANOVA de uma via seguido pelo pós-teste de Dunnett (&alpha = 0,05). A inoculação de LPS nos canais radiculares de molares de camundongos foi capaz de induzir a expressão dos genes PTGS2 e ALOX5, responsáveis pela codificação das enzimas COX-2 e 5-LO, envolvidas no metabolismo do ácido araquidônico, concomitantemente à modulação da expressão dos genes TNFRSF11A, TNFSF11 e TNFRSF11B, responsáveis pela codificação dos moduladores da osteoclastogênese RANK, RANKL e OPG, respectivamente. A administração de Indometacina, um inibidor não seletivo de COX-2, inibiu a expressão de RNAm para RANK e RANKL e estimulou a expressão de OPG durante os períodos iniciais de resposta à inoculação de LPS nos canais radiculares. A inibição da via COX-2 de metabolismo do ácido araquidônico nos períodos iniciais de resposta à inoculação de LPS nos canais radiculares modulou diferencialmente a expressão de genes envolvidos no catabolismo e anabolismo ósseo, indicando possíveis papéis para os mediadores derivados no ácido araquidônico na regulação do metabolismo ósseo. Estes resultados sugerem alvos terapêuticos importantes para intervenção precoce em doenças inflamatórias, como lesões periapicais para evitar a reabsorção do tecido ósseo. / During an inflammatory response, several mediators are locally released in order to stimulate cellular and humoral immune response. Through the action of cyclooxygenase and lipoxygenase enzymes structural changes occur in the arachidonic acid chain leading to synthesis of prostaglandins or leukotrienes and lipoxins, respectively. Such mediators are responsible for the regulation of RANK, RANKL and OPG gene expression, osteoclastogenesis modulators. Thus, the objective of this study was to evaluate the expression of messenger RNA (mRNA) for the enzymes involved in arachidonic acid metabolism, cyclooxygenase-2 (COX-2) and 5-lipoxygenase (5-LO), and the osteoclastogenesis mediators (RANK, RANKL and OPG) in bone tissue after injection of bacterial lipopolysaccharide (LPS) in murine dental root canals. Then, COX-2 pathway was pharmacologically blocked for investigation of expression of osteoclastogenesis mediators and genes involved in bone metabolism. We used 144 C57BL/6 mice, 6 weeks-old, weighing 18-20 grams, which had the first molars root canals inoculated with a solution containing LPS from E. coli (0.1, 1.0 and 10 mg/ml). After 7, 14, 21 and 28 days the animals were euthanized and the tooth-and-bone blocks were removed for total RNA extraction. Subsequently, the evaluation of gene expression was performed by reverse transcription and polymerase chain reaction in real time (qRT-PCR). Global analysis of mRNA expression for proteins involved in bone metabolism was performed using PCR arrays (Osteogenesis RT² Profiler PCR Array). The values for relative expression of each mRNA for each group were compared using two-way analysis of variance (ANOVA) followed by Bonferroni post-test or one-way ANOVA followed by Dunnett\'s test (α=0.05). The injection of LPS into the root canals was induced expression of genes PTGS2 and ALOX5, responsible for encoding COX-2 and 5-LO enzymes, involved in the metabolism of arachidonic acid, simultaneously to the modulation of gene expression of TNFRSF11A, TNFSF11 and TNFRSF11B, responsible for encoding the osteoclastogenesis modulators RANK, RANKL and OPG, respectively. Administration of Indomethacin, a non-selective inhibitor of COX-2, inhibited the expression of mRNA for RANK and RANKL and stimulated the expression of OPG during the initial response to the root canals contamination with LPS. Inhibition of the COX-2 pathway from arachidonic acid metabolism in the initial periods of response to LPS injection into the root canals differentially modulated the expression of genes involved in bone catabolism and anabolism, indicating possible roles for mediators derived from arachidonic acid in the regulation of bone metabolism. These results suggest important therapeutic targets for early intervention in inflammatory diseases such as apical periodontitis to avoid resorption of bone tissue.