Tese de Mestrado Integrado. Bioengenharia. Área de Especialização de Biotecnologia Molecular. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

O receptor NLRP12 é um receptor intracelular que está envolvido no reconhecimento de PAMPs e DAMPs durante uma infecção. Foi visto que durante a osteoclastogênese, há uma diminuição da transcrição de NLRP12, e que este receptor inibe a reabsorção óssea através da supressão da via alternativa de NF-κB, exercendo um papel protetor sobre o tecido ósseo. Além disso, foi observado que a deficiência de NLRP12 em monócitos sob o estímulo de RANKL levou a maior estabilização de NIK e maior translocação de RelB para o núcleo, aumentando a formação dos osteoclastos in vitro. Portanto, o objetivo deste estudo foi avaliar o papel de NLRP12 no desenvolvimento e progressão da lesão periapical induzida em camundongos. Para isso, foi induzida a lesão periapical dos primeiros molares inferiores dos camundongos fêmeas C57/Bl6 (WT) e camundongos deficientes para o receptor NLRP12 (Nlrp12-/-). Após 14 e 21 dias, as amostras de mandíbula foram submetidas às análises: determinação da área de lesão periapical em cortes histológicos; expressão gênica de marcadores osteoclastogênicos por qPCR; contagem de osteoclastos submetidos ao ensaio de histoenzimologia (TRAP); avaliação enzimática das MMPs por Zimografia. Os linfonodos cervicais foram submetidos à análise da expressão dos fatores de transcrição T-bet, RORγt, GATA-3 e Foxp-3 por qPCR. Aos 14 dias, na análise histomorfométrica os animais Nlrp12-/- apresentaram uma maior lesão periapical quando comparados aos animais WT, associado com o aumento da expressão de Trap, Catepsina K e MMP-9 em amostras de hemi-mandíbulas com lesão. Além disso, o número de células TRAP positivas foi significantemente maior em Nlrp12-/- com lesão quando comparado com seu controle, enquanto no grupo WT com e sem lesão foram semelhantes. Assim como foi observado o maior aumento dos osteoclastos presentes no local da lesão dos animais Nlrp12-/-, estes também se mostraram com maior atividade gelatinolítica de MMP-9 e MMP-2 em relação ao seu controle, diferente dos animais WT que não apresentaram diferença entre os grupos controle e com lesão. Ainda nesse período, foi observado nas amostras de linfonodos cervicais que, no grupo Nlrp12-/- houve uma tendência à maior expressão de RORγt, seguidos de menor expressão de T-bet quando comparados com o grupo WT. Aos 21 dias, os animais WT e Nlrp12-/- apresentaram lesões periapicais de tamanhos semelhantes. Além disso, somente o grupo Nlrp12-/- com lesão apresentou um aumento significativo da expressão de Trap em relação ao seu controle e a expressão de Catepsina K foi semelhante em ambos os grupos. Neste período houve um aumento na quantidade de células TRAP positivas em ambos os grupos com lesão quando comparados com seus respectivos controles, entretanto também não houve diferença entre os animais WT e Nlrp12-/-. A atividade de MMP-9 e MMP-2 foram semelhantes entre os animais WT e Nlrp12-/- e entre seus respectivos controles aos 21 dias. Nossos dados sugerem que a deficiência de NLRP12 levou a uma maior perda óssea aos 14 dias de lesão periapical e que isso ocorre via modulação da formação e atividade dos osteoclastos. Portanto, o NLRP12 inibe a osteoclastogênese e a atividade dos osteoclastos durante a fase inicial da lesão periapical, retardando o desenvolvimento da doença. / NLRP12 is an intracellular sensor that recongnizes PAMPS and DAMPs during infeccion. It was seen that NLRP12 transcription is down-regulated during osteoclastogenesis, and NLRP12 protect bone via suppression of alternative NF-κB-induced osteoclastogenesis. It has been shown that NLRP12 deficiency in monocytes under RANKL stimuli exhibited more stabilization of NIK and nuclear translocation of RelB, increasing osteoclasts formation in vitro. Therefore, the aim of this study was to evaluate the role of NLRP12 in the development and progression of experimentally induced periapical lesions in mice. Periapical lesions were induced in first molars of WT and NLRP12 knockout (KO) mice. Samples were collected at 14 and 21 days of the lesion for the analyses. Jaw samples with lesion and control area were subjected to periapical lesions area determination by histological sections; osteoclastogenic markers expression by q-PCR; count of osteoclasts submitted to the enzyme assay for TRAP; evaluation of MMPs activity by Zymography. The expression of T cells markers´ transcription factors was evaluated in lymph nodes by q-PCR. Fourteen days after periapical lesion induction, histological analysis revealed that NLRP12KO mice exhibited higher area of periapical lesion compared to WT group, which was associated with up-regulated mRNA expression of Trap, Cathepsin K and MMP-9 in the jaw samples. Moreover, the number of multinuclear TRAP-stained cells was significantly higher in the NLRP12KO with lesion group when compared to it control, whereas in the WT the number between the lesion and control groups were similar. Still, NLRP12KO showed higher MMP-9 and -2 gelatinolytic activity than it control, unlike WT mice that showed no difference between control and lesion group. In this period, NLRP12KO mice lymph nodes showed more RORγt expression than WT mice and less T-bet expression. At 21 days, WT and NLRP12KO presented periapical lesions of similar sizes. In addition, NLRP12KO group with lesion showed a significant increase in Trap expression when compared with their control, but the increase in Trap e Cathepsin K was similar in both groups. Additionally, there was an increase of multinuclear TRAP-stained cells in both lesion groups when compared with their respective controls; however, there was also no difference between WT and NLRP12KO mice. MMP-9 and -2 activity was similar between WT and NLRP12KO and with their respective controls at 21 days. Our results suggest that NLRP12 deficiency led to increased bone loss at 14 days of periapical lesion and it occurs due to increased osteoclasts formation and activity. Therefore, NLRP12 inhibits osteoclastogenesis and osteoclasts activity during the early stages of periapical lesion, slowing the development of the disease.

O receptor NLRP12 é um receptor intracelular que está envolvido no reconhecimento de PAMPs e DAMPs durante uma infecção. Foi visto que durante a osteoclastogênese, há uma diminuição da transcrição de NLRP12, e que este receptor inibe a reabsorção óssea através da supressão da via alternativa de NF-κB, exercendo um papel protetor sobre o tecido ósseo. Além disso, foi observado que a deficiência de NLRP12 em monócitos sob o estímulo de RANKL levou a maior estabilização de NIK e maior translocação de RelB para o núcleo, aumentando a formação dos osteoclastos in vitro. Portanto, o objetivo deste estudo foi avaliar o papel de NLRP12 no desenvolvimento e progressão da lesão periapical induzida em camundongos. Para isso, foi induzida a lesão periapical dos primeiros molares inferiores dos camundongos fêmeas C57/Bl6 (WT) e camundongos deficientes para o receptor NLRP12 (Nlrp12-/-). Após 14 e 21 dias, as amostras de mandíbula foram submetidas às análises: determinação da área de lesão periapical em cortes histológicos; expressão gênica de marcadores osteoclastogênicos por qPCR; contagem de osteoclastos submetidos ao ensaio de histoenzimologia (TRAP); avaliação enzimática das MMPs por Zimografia. Os linfonodos cervicais foram submetidos à análise da expressão dos fatores de transcrição T-bet, RORγt, GATA-3 e Foxp-3 por qPCR. Aos 14 dias, na análise histomorfométrica os animais Nlrp12-/- apresentaram uma maior lesão periapical quando comparados aos animais WT, associado com o aumento da expressão de Trap, Catepsina K e MMP-9 em amostras de hemi-mandíbulas com lesão. Além disso, o número de células TRAP positivas foi significantemente maior em Nlrp12-/- com lesão quando comparado com seu controle, enquanto no grupo WT com e sem lesão foram semelhantes. Assim como foi observado o maior aumento dos osteoclastos presentes no local da lesão dos animais Nlrp12-/-, estes também se mostraram com maior atividade gelatinolítica de MMP-9 e MMP-2 em relação ao seu controle, diferente dos animais WT que não apresentaram diferença entre os grupos controle e com lesão. Ainda nesse período, foi observado nas amostras de linfonodos cervicais que, no grupo Nlrp12-/- houve uma tendência à maior expressão de RORγt, seguidos de menor expressão de T-bet quando comparados com o grupo WT. Aos 21 dias, os animais WT e Nlrp12-/- apresentaram lesões periapicais de tamanhos semelhantes. Além disso, somente o grupo Nlrp12-/- com lesão apresentou um aumento significativo da expressão de Trap em relação ao seu controle e a expressão de Catepsina K foi semelhante em ambos os grupos. Neste período houve um aumento na quantidade de células TRAP positivas em ambos os grupos com lesão quando comparados com seus respectivos controles, entretanto também não houve diferença entre os animais WT e Nlrp12-/-. A atividade de MMP-9 e MMP-2 foram semelhantes entre os animais WT e Nlrp12-/- e entre seus respectivos controles aos 21 dias. Nossos dados sugerem que a deficiência de NLRP12 levou a uma maior perda óssea aos 14 dias de lesão periapical e que isso ocorre via modulação da formação e atividade dos osteoclastos. Portanto, o NLRP12 inibe a osteoclastogênese e a atividade dos osteoclastos durante a fase inicial da lesão periapical, retardando o desenvolvimento da doença. / NLRP12 is an intracellular sensor that recongnizes PAMPS and DAMPs during infeccion. It was seen that NLRP12 transcription is down-regulated during osteoclastogenesis, and NLRP12 protect bone via suppression of alternative NF-κB-induced osteoclastogenesis. It has been shown that NLRP12 deficiency in monocytes under RANKL stimuli exhibited more stabilization of NIK and nuclear translocation of RelB, increasing osteoclasts formation in vitro. Therefore, the aim of this study was to evaluate the role of NLRP12 in the development and progression of experimentally induced periapical lesions in mice. Periapical lesions were induced in first molars of WT and NLRP12 knockout (KO) mice. Samples were collected at 14 and 21 days of the lesion for the analyses. Jaw samples with lesion and control area were subjected to periapical lesions area determination by histological sections; osteoclastogenic markers expression by q-PCR; count of osteoclasts submitted to the enzyme assay for TRAP; evaluation of MMPs activity by Zymography. The expression of T cells markers´ transcription factors was evaluated in lymph nodes by q-PCR. Fourteen days after periapical lesion induction, histological analysis revealed that NLRP12KO mice exhibited higher area of periapical lesion compared to WT group, which was associated with up-regulated mRNA expression of Trap, Cathepsin K and MMP-9 in the jaw samples. Moreover, the number of multinuclear TRAP-stained cells was significantly higher in the NLRP12KO with lesion group when compared to it control, whereas in the WT the number between the lesion and control groups were similar. Still, NLRP12KO showed higher MMP-9 and -2 gelatinolytic activity than it control, unlike WT mice that showed no difference between control and lesion group. In this period, NLRP12KO mice lymph nodes showed more RORγt expression than WT mice and less T-bet expression. At 21 days, WT and NLRP12KO presented periapical lesions of similar sizes. In addition, NLRP12KO group with lesion showed a significant increase in Trap expression when compared with their control, but the increase in Trap e Cathepsin K was similar in both groups. Additionally, there was an increase of multinuclear TRAP-stained cells in both lesion groups when compared with their respective controls; however, there was also no difference between WT and NLRP12KO mice. MMP-9 and -2 activity was similar between WT and NLRP12KO and with their respective controls at 21 days. Our results suggest that NLRP12 deficiency led to increased bone loss at 14 days of periapical lesion and it occurs due to increased osteoclasts formation and activity. Therefore, NLRP12 inhibits osteoclastogenesis and osteoclasts activity during the early stages of periapical lesion, slowing the development of the disease.

O biofilme bacteriano é o agente etiológico primário no desenvolvimento da resposta inflamatória observada na doença periodontal. Os receptores do tipo NOD (NLRs) são proteínas citosólicas que reconhecem componentes microbianos presentes no citoplasma liberados por bactérias invasoras. Sabendo que bactérias periodontopatogênicas têm a capacidade de invadir e colonizar diversas células do tecido periodontal, o presente projeto tem o objetivo de estudar a participação dos receptores do tipo NOD (NOD1 e NOD2) no reconhecimento das bactérias Porphyromonas gingivalis, na modulação da resposta imune e no processo de reabsorção óssea. Camundongos isogênicos machos da linhagem C57BL/6 (WT) e camundongos deficientes para o receptor NOD1 (NOD1-/-) e receptor NOD2 (NOD2-/-) foram infectados com Phorphyromonas gingivalis utilizando um modelo experimental de doença periodontal. O grau de reabsorção óssea foi avaliado por análise morfométrica macroscópica e histológica da maxila, além da quantificação do número de osteoclastos na crista óssea alveolar. O grau de inflamação local foi realizado por contagem do número total de bactérias orais, quantificação de neutrófilos no tecido gengival (MPO) e avaliação dos mediadores inflamatórios por ELISA. Foi também avaliada a expressão de marcadores osteogênicos e osteoclastogênicos no tecido gengival pela técnica de qPCR. Animais NOD1-/- e NOD2-/- apresentaram menor delta de reabsorção óssea quando comparados aos animais WT. Animais NOD2-/- infectados apresentaram debilitado controle bacteriano quando comparados aos animais WT infectados. Animais NOD1-/- e NOD2-/- infectados apresentaram baixa expressão de Cxcl1 e MPO quando comparados aos animais WT infectados. Além disso, foi observado que animais NOD2-/- infectados apresentaram reduzida produção de TNF-α e elevada produção de IL-10 quando comparados aos animais WT infectados. Não foi detectado diferença estatística na expressão de fatores osteogênicos, Runx2 e osteocalcina, entre animais WT, NOD1-/- e NOD2-/- infectados. Embora não houve diferença no número de células TRAP positivas presentes na crista óssea alveolar entre os grupos no tempo avaliado, animais WT infectados apresentaram elevada expressão gênica de RANKL/OPG quando comparados aos animais NOD2-/- infectados. Além disso, a expressão de marcadores de atividades dos osteoclastos, catepsina k e matrix metaloproteinase-9, foi significantemente baixa nos animais NOD1-/- e NOD2-/- infectados quando comparados aos animais WT infectados. Esses resultados permitem sugerir que independente das variáveis observadas, verificamos que a ausência dos dois receptores impede a rápida progressão da reabsorção óssea alveolar observada na periodontite, portanto os receptores NOD1 e NOD2 contribuem para progressão da reabsorção óssea no modelo experimental de periodontite. / The bacterial biofilm has been identified as an etiological agent in the pathogenesis of periodontal disease. The NOD-like receptors (NLRs) are cytoplasmic proteins that sense microbial by products released by invasive bacteria. Since periodontopathogenic bacteria are able to invade and colonize some periodontal tissue cells, the purpose of this study is to determine the role of NOD1 and NOD2 receptors in the recognition of invasive periodontopathogenic bacteria such as Porphyromonas gingivalis, modulating the immune response and bone resorption. Isogenic strain C57BL/6 males (WT), NOD1 (NOD1-/-) and NOD2 (NOD2-/-) knockout mice were infected with Porphyromonas gingivalis in an experimental model of periodontal disease. Alveolar bone resorption was evaluated by macroscopic and histological morphometric analysis, quantification of osteoclasts numbers in bone crest alveolar. Imune inflammatory response was evaluated by, bacterial load, neutrophils quantification and inflammatory mediators levels by ELISA. We also evaluated the osteogenic and osteoclastogenic markers expression in gingival tissue by Real time PCR techniques. NOD1-/- and NOD2-/- animals showed lower bone resorption when compared to WT animals. NOD2-/- infected animals expressed higher bacterial load compared to WT infected ones. NOD1-/- and NOD2-/- infected animals presented lower Cxcl1 and MPO levels compared to WT infected animals. In addition, NOD2-/- infected animals presented lower level of TNF-α and higher level of IL-10 when compared to WT infected animals. There was no significant difference in the osteogenic factors expression, Runx2 and osteocalcin, when compared NOD1-/- and NOD2-/- infected animals to WT infected ones. Although there was no difference in TRAP-positive cells number evaluated in the alveolar bone crest among the studied groups, WT infected animals showed elevated ratio RANKL/OPG when compared to NOD2-/- infected animals. Moreover, the expression of osteoclasts activity markers, cathepsin k and matrix metalloproteinase-9, was significantly lower in NOD1-/- and NOD2-/- infected animals compared to WT infected ones. These results suggest that NOD1 and NOD2 receptors contribute to progression of bone resorption in experimental model of periodontitis, since the lack of NOD like receptors impair the bone resorption.

O biofilme bacteriano é o agente etiológico primário no desenvolvimento da resposta inflamatória observada na doença periodontal. Os receptores do tipo NOD (NLRs) são proteínas citosólicas que reconhecem componentes microbianos presentes no citoplasma liberados por bactérias invasoras. Sabendo que bactérias periodontopatogênicas têm a capacidade de invadir e colonizar diversas células do tecido periodontal, o presente projeto tem o objetivo de estudar a participação dos receptores do tipo NOD (NOD1 e NOD2) no reconhecimento das bactérias Porphyromonas gingivalis, na modulação da resposta imune e no processo de reabsorção óssea. Camundongos isogênicos machos da linhagem C57BL/6 (WT) e camundongos deficientes para o receptor NOD1 (NOD1-/-) e receptor NOD2 (NOD2-/-) foram infectados com Phorphyromonas gingivalis utilizando um modelo experimental de doença periodontal. O grau de reabsorção óssea foi avaliado por análise morfométrica macroscópica e histológica da maxila, além da quantificação do número de osteoclastos na crista óssea alveolar. O grau de inflamação local foi realizado por contagem do número total de bactérias orais, quantificação de neutrófilos no tecido gengival (MPO) e avaliação dos mediadores inflamatórios por ELISA. Foi também avaliada a expressão de marcadores osteogênicos e osteoclastogênicos no tecido gengival pela técnica de qPCR. Animais NOD1-/- e NOD2-/- apresentaram menor delta de reabsorção óssea quando comparados aos animais WT. Animais NOD2-/- infectados apresentaram debilitado controle bacteriano quando comparados aos animais WT infectados. Animais NOD1-/- e NOD2-/- infectados apresentaram baixa expressão de Cxcl1 e MPO quando comparados aos animais WT infectados. Além disso, foi observado que animais NOD2-/- infectados apresentaram reduzida produção de TNF-α e elevada produção de IL-10 quando comparados aos animais WT infectados. Não foi detectado diferença estatística na expressão de fatores osteogênicos, Runx2 e osteocalcina, entre animais WT, NOD1-/- e NOD2-/- infectados. Embora não houve diferença no número de células TRAP positivas presentes na crista óssea alveolar entre os grupos no tempo avaliado, animais WT infectados apresentaram elevada expressão gênica de RANKL/OPG quando comparados aos animais NOD2-/- infectados. Além disso, a expressão de marcadores de atividades dos osteoclastos, catepsina k e matrix metaloproteinase-9, foi significantemente baixa nos animais NOD1-/- e NOD2-/- infectados quando comparados aos animais WT infectados. Esses resultados permitem sugerir que independente das variáveis observadas, verificamos que a ausência dos dois receptores impede a rápida progressão da reabsorção óssea alveolar observada na periodontite, portanto os receptores NOD1 e NOD2 contribuem para progressão da reabsorção óssea no modelo experimental de periodontite. / The bacterial biofilm has been identified as an etiological agent in the pathogenesis of periodontal disease. The NOD-like receptors (NLRs) are cytoplasmic proteins that sense microbial by products released by invasive bacteria. Since periodontopathogenic bacteria are able to invade and colonize some periodontal tissue cells, the purpose of this study is to determine the role of NOD1 and NOD2 receptors in the recognition of invasive periodontopathogenic bacteria such as Porphyromonas gingivalis, modulating the immune response and bone resorption. Isogenic strain C57BL/6 males (WT), NOD1 (NOD1-/-) and NOD2 (NOD2-/-) knockout mice were infected with Porphyromonas gingivalis in an experimental model of periodontal disease. Alveolar bone resorption was evaluated by macroscopic and histological morphometric analysis, quantification of osteoclasts numbers in bone crest alveolar. Imune inflammatory response was evaluated by, bacterial load, neutrophils quantification and inflammatory mediators levels by ELISA. We also evaluated the osteogenic and osteoclastogenic markers expression in gingival tissue by Real time PCR techniques. NOD1-/- and NOD2-/- animals showed lower bone resorption when compared to WT animals. NOD2-/- infected animals expressed higher bacterial load compared to WT infected ones. NOD1-/- and NOD2-/- infected animals presented lower Cxcl1 and MPO levels compared to WT infected animals. In addition, NOD2-/- infected animals presented lower level of TNF-α and higher level of IL-10 when compared to WT infected animals. There was no significant difference in the osteogenic factors expression, Runx2 and osteocalcin, when compared NOD1-/- and NOD2-/- infected animals to WT infected ones. Although there was no difference in TRAP-positive cells number evaluated in the alveolar bone crest among the studied groups, WT infected animals showed elevated ratio RANKL/OPG when compared to NOD2-/- infected animals. Moreover, the expression of osteoclasts activity markers, cathepsin k and matrix metalloproteinase-9, was significantly lower in NOD1-/- and NOD2-/- infected animals compared to WT infected ones. These results suggest that NOD1 and NOD2 receptors contribute to progression of bone resorption in experimental model of periodontitis, since the lack of NOD like receptors impair the bone resorption.