αB-crystallin is a small heat-shock chaperone protein (sHSP) required for the homeostasis of multiple tissues including eye lens, retina, heart and brain. Correspondingly, mutation or altered levels of αB-crystallin are associated with multiple degenerative diseases including cataract, retinal degeneration, cardiomyopathy and Lewy body disease. Based on its wide-ranging importance understanding the protective and homeostatic properties of α B-crystallin is critical for understanding degenerative diseases and could lead to the development of therapies to treat these diseases. αB-crystallin is localized to the mitochondria suggesting a direct effect on mitochondrial function. My thesis work has examined those molecular pathways required for translocation of αB-crystallin to the mitochondria and to identify the downstream pathways controlled by mitochondrial translocation of αB-crystallin that could be important for cellular protection and differentiation. My results point to a novel role of αB-crystallin in regulation of key apoptotic pathways that mediate the balance between cell survival and differentiation. / Includes bibliography. / Thesis (M.S.)--Florida Atlantic University, 2018. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection

La pathogénie de lostéo-arthropathie dégénérative chez le cheval est lobjet de nombreuses recherches, notamment sur le rôle des espèces activées de lazote et de loxygène (RNOS) dont les actions délétères sur larticulation sont décrites, mais dont lorigine, les raisons et la cinétique de production restent peu connues : on implique souvent les chondrocytes et des phénomènes cycliques danoxie/ré-oxygénation (A/R). Lobjectif du travail était détudier la production des RNOS par les cellules de larticulation, chondrocytes ou synoviocytes équins, cultivés séparément ou en co-culture pour imiter les interactions existantes dans larticulation où les chondrocytes matures sont nourris par diffusion à partir du liquide synovial à basse tension en O2, fourni par les synoviocytes. Pour induire leur activité oxydante, nous avions choisi de soumettre les cellules en culture à des cycles successifs dA/R. Les cellules articulaires équines sont libérées de leur matrice par digestion enzymatique. Les chondrocytes sont mis en culture en billes dalginate (culture en trois dimensions qui maintient le phénotype cellulaire) et les synoviocytes sont cultivés en monocouche. Les chondrocytes équins sont cultivés en milieu à 4,5 g/l de glucose, sous différentes conditions en O2 : 21 % (condition de culture habituelle), 5 % (condition proche de la situation in vivo) et 1 % (condition danoxie). Le nombre des chondrocytes est resté pratiquement constant partout jusquau 10e jour de culture. Mais une identification (par coloration spécifique) montre une augmentation régulière au cours du temps du nombre des cellules apoptotiques à 21% dO2 et une diminution à partir du 11e jour à 5 % et à 1% dO2. À 1 % dO2, il y a une chute du nombre de cellules vivantes jusquau 8e jour de culture, chute qui est compensée au 11e jour. 5 % dO2 sont les conditions de culture les plus favorables au maintien du nombre de cellules et les chondrocytes résistent à lanoxie pendant plus de dix jours de culture. Pour tester le rôle du glucose dans la résistance à lanoxie, les chondrocytes sont cultivés avec des concentrations variables en glucose (0, 1 et 4,5 g/l de milieu), combinées aux tensions dO2 de 1 %, 5 % et 21 %. Lexcès de glucose (4,5 g/l) a un effet défavorable après 8 jours de culture. Les chondrocytes équins sont capables de résister plusieurs jours aux conditions les plus drastiques : 1 % dO2 et absence de glucose. Les études en microscopie (optique et électronique) confirment une souffrance cellulaire à 21 % dO2, accentuée à 4,5 g/l de glucose: accumulation de gouttelettes à contenu lipidique et mitochondries dématiées. Elles montrent également la présence de lipides intracellulaires dans les chondrocytes sains, une source dénergie possible permettant leur survie en anoxie. Les synoviocytes équins en culture ont été caractérisés en microscopie (aspect, détection immmunologique de la protéine-produit du gène PGP 9,5) et par leur capacité de phagocytose. Ils se multiplient de façon exponentielle à 10 % dO2 (condition proche des conditions physiologiques) et peuvent être maintenus en culture de longue durée. À 21 % dO2, ils se multiplient plus lentement. Létude du métabolisme oxydant des chondrocytes et des synoviocytes équins, en conditions de culture normales et après A/R, est effectuée en mesurant leur consommation dO2 par oxymétrie (réponse mitochondriale), leur production globale de RNOS (estimée par la mesure de léthylène, produit par lattaque dun substrat par les RNOS) et leur production despèces radicalaires [mesurée en résonance paramagnétique électronique (RPE) avec spin trapping]. Les chondrocytes équins consomment peu dO2 (± 20 picomoles dO2/min/10 6 cellules) indépendamment des conditions de culture avant oxymétrie et malgré un complexe terminal de la chaîne mitochondriale fonctionnel. Ils sont peu influencés par les cycles dA/R et ne produisent ni de RNOS ni despèces radicalaires. Les synoviocytes équins consomment plus dO2 (± 1 nanomole dO2/min/106 cellules) et trois cycles dA/R induisent une chute de cette consommation et des signes de souffrance mitochondriale. Les synoviocytes sont capables de produire des RNOS et augmentent cette production sous leffet dune stimulation par agent pharmacologique (PMA) ou endogène (TNF-α). Cette production de RNOS est liée à lactivité denzymes à flavine comme la NOX. La RPE montre une production despèces radicalaires après A/R, identifiées aux dérivés de lanion superoxyde et dune peroxydation lipidique dont lorigine est la mitochondrie, sans pouvoir exclure une participation des enzymes oxydantes cytosoliques (NOX ou xanthine oxydase). Les synoviocytes peuvent donc répondre par une activité oxydante à lA/R. Pour la co-culture, les meilleures conditions sont un rapport synoviocytes/chondrocytes 1/3, un milieu de culture mixte, 10 % dO2, la condition dadhérence pour les synoviocytes et la culture en billes dalginate (placées en « inserts ») pour les chondrocytes. Après 48 h de co-culture dans ces conditions, 80 % des synoviocytes et 60 % des chondrocytes survivent. Les interactions entre les deux types cellulaires se traduisent par des variations importantes dans la production de certains médiateurs inflammatoires comme la PGE2. Il ressort de ce travail que les synoviocytes répondent à lA/R par une production de RNOS et en libérant des médiateurs inflammatoires et quils pourraient jouer un rôle majeur dans lOAD. Des études complémentaires sont nécessaires, surtout avec le modèle de co-culture.

There are sex differences in degenerative disease prevalence in humans. Most models of degenerative disease use male animals. Examining female and male responses to stress may give insight into disease prevalence. Heat shock proteins are chaperones linked to damaged proteins in degenerative diseases and may be expressed differentially in females and males. My goal was to characterize the induced expression of Hsp70 and Hsp27 in the brain and heart of female and male rats. Rats were heat shocked, brains and hearts were removed 24 hours after, and western analyses were done to quantify the expression of these proteins. Immunofluorescence was used to localize Hsp70 and Hsp27 in the hippocampus. Overall, male rats have significantly greater induced expression of both Hsp70 and Hsp27 in the brain. In the hippocampus, Hsp70 was localized in blood vessels and microglia, and Hsp27 was localized in astrocytes, following heat shock.

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Osteoarthritis (OA) is a degenerative joint disease that is a leading cause of disability among aging adults. In the U.S., many individuals living with total hip arthroplasties attribute OA as the cause. Because the majority of anthropological OA research excludes pathological individuals (i.e., individuals with systemic disease, traumatic injuries, or arthroplasties), little is known about how prostheses and pathologies impact OA. This project adds to the research surrounding OA by investigating its relationship with age, disease, and prostheses. The proximal femora of 186 African- and European-American individuals (21-95 years old) from the Edmonds Orthopedic Pathology Collection (National Museum of Health and Medicine; Armed Forces Institute of Pathology) were analyzed. These individuals were grouped into three cohorts: non-disease; disease; and previous injury/prosthesis. Jurmain’s (1990) method was used to score OA, using an ordinal fourpoint scale to categorize OA changes as: none/slight; moderate; severe; and ankylosis. Results show that osteoarthritic hip changes are positively correlated with age and presence of a prosthesis, and that systemic diseases, such as cancer, increase the likelihood of OA in an individual. Results from Chi-square tests, exploratory data analysis, and ordinal logistic regression show that there is a statistically significant relationship (p<0.000) between degree of OA, age, recorded disease, and evidence of previous injury or prostheses. In contrast with the expectation that different populations would exhibit different patterns of OA, no sex or ancestry effects are observed. These results will help researchers better understand the etiology and contemporary risk factors of OA, as well as contribute data to OA research on an underrepresented sample.

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Degenerative Veränderungen der Lendenwirbelsäule beginnen bereits im Alter von unter 20 Jahren und betreffen vor allem die unteren 3 Bewegungssegmente. Die degenerativen Veränderungen an der Bandscheibe gehen mit einer Kalzifizierung der Grund- und Deckplatten der Wirbelkörper einher, was zu einer Reduktion der Nährstoffversorgung der Bandscheibe und damit zu einem Untergang der matrixbildenden Zellen und konsekutiv zu einem Flüssigkeitsverlust in der Bandscheibe führt. Als Folge nimmt die Belastung der Bandscheibe weiter ab. Die aktuellen Therapieoptionen umfassen sowohl die konservative als auch die operative Therapie, wobei allerdings nur die Folgen der Degeneration behandelt werden. Ziel einer Zelltransplantation ist es, der Bandscheibe wieder matrixbildende Zellen zur Verfügung zu stellen, damit die nutritiven Veränderungen auszugleichen und eventuell reversibel zu machen. Dieser Effekt konnte im Tierversuch nachgewiesen werden, woraufhin eine klinische Studie initiiert wurde. Im Rahmen der publizierten klinischen prospektiven, randomisierten Studie konnte gezeigt werden, dass die Transplantation autologer Chondrozyten, die bei einer notwendigen operativen Therapie eines sequestrierten Bandscheibenvorfalls gewonnen wurden, einen sowohl klinisch als auch bildmorphologisch positiven Effekt auf die degenerierten Bandscheiben hat. Es kam zu einer signifikanten Reduktion der Schmerzsymptomatik und einer Steigerung der Lebensqualität in der Gruppe der transplantierten Patienten. Die Bandscheibenhöhe zeigt sich stabil über den Beobachtungszeitraum von 2 Jahren.

Bei den langjährigen Ausgrabungen im Ringwall von Starigard/Oldenburg, der Hauptburg des westslawischen Stammes der Wagrier, wurde auch ein Gräberfeld freigelegt. Es datiert in das 10. Jh. und ist aufgrund der ausgesprochen reichen Beigaben als „fürstlicher“ Bestattungsplatz anzusprechen. Die Langknochen und Wirbel der 34 Erwachsenen des Fürstengräberfeldes von Starigard/Oldenburg wurden auf das Vorhandensein degenerativer Gelenkveränderungen nach den Vorschlägen von Schultz (1988) untersucht. Ausgewertet wurden die erhobenen Daten nach Kreutz (u.a. 1995). Die Auswertung der Arthrosebelastung der Toten aus dem sog. slawischen Fürstengräberfeld Starigard/ Oldenburg (10. Jh.) ergab, dass Männer und Frauen unterschiedlich starke Veränderungen im Bereich der Handgelenke aufwiesen. Dies lässt sich vermutlich mit verschiedenen Aufgabenbereichen beider Geschlechter in Verbindung bringen. Die stärkeren Veränderungen im Handgelenk könnten auf eine Tätigkeit der Frauen im Textilhandwerk deuten, eine Aufgabe, die v.a. sozial hochstehenden Frauen seit der Eisenzeit vorbehalten war. Die großen Körpergelenke waren recht ähnlich belastet, wobei Hüft- und Schultergelenke den größten Arthrosegrad aufwiesen. Dies entspricht den Verhältnissen, die - nach der Literatur - auf anderen slawischen Gräberfeldern herrschten. Die hohe degenerative Belastung von Hüft- und Schultergelenk ist typisch für präindustrielle, landwirtschaftlich orientierte Populationen. Die Bestattungen aus dem sog. Fürstengräberfeld von Starigard/ Oldenburg belegen, dass auch sozial hoch stehende Menschen starkem physischen Stress ausgesetzt waren. Aus archäologischer Sicht lassen sich bei ihnen die degenerativen Veränderungen eher mit Reiten und Fahren in Verbindung bringen. / Materials: From 1972 to 1986 the early medieval ringwall of Starigard/Oldenburg, main fortress of the western Slavic tribe wagrii was excavated. A cemetery of the 10th century AD belonging to the chiefs/kings of the wagrii was discoverd. The 34 adult skeletons were examined by macroscopic, radiological and scanning-electron microscopic techniques. The skeletons were well preserved. The degenerative joint diseases (DJD) and other pathological alterations were scored according to Schultz 1988, data analysis was carried out according to Kreutz (et al. 1995). Generally, a high degree of DJD was observed. Nearly all adult skeletons showed traces of DJD. The severity is clearly age dependent. Hip and shoulder joint were most affected. The other joints of the lower extremities were generally more affected than those of the upper extremity. 9 out of 34 adults (26.5%) showed also osteochondrosis dissecans on different joints. Inflammatory changes were rare: Prevalent chronic polyarthritis was recorded in one female skeleton (50+ years). Conclusions: The skeletons of the population of high social status showed clear evidence for heavy physical stress similar to patterns shown by agriculturalists. High rates of DJD in the lower extremities can further be interpreted as the result of riding and driving, both archaeologically documented by grave goods on the site. The results of this investigation was compared with other Slavic populations.

Degenerative Veränderungen der Lendenwirbelsäule beginnen bereits im Alter von unter 20 Jahren und betreffen vor allem die unteren 3 Bewegungssegmente. Die degenerativen Veränderungen an der Bandscheibe gehen mit einer Kalzifizierung der Grund- und Deckplatten der Wirbelkörper einher, was zu einer Reduktion der Nährstoffversorgung der Bandscheibe und damit zu einem Untergang der matrixbildenden Zellen und konsekutiv zu einem Flüssigkeitsverlust in der Bandscheibe führt. Als Folge nimmt die Belastung der Bandscheibe weiter ab. Die aktuellen Therapieoptionen umfassen sowohl die konservative als auch die operative Therapie, wobei allerdings nur die Folgen der Degeneration behandelt werden. Ziel einer Zelltransplantation ist es, der Bandscheibe wieder matrixbildende Zellen zur Verfügung zu stellen, damit die nutritiven Veränderungen auszugleichen und eventuell reversibel zu machen. Dieser Effekt konnte im Tierversuch nachgewiesen werden, woraufhin eine klinische Studie initiiert wurde. Im Rahmen der publizierten klinischen prospektiven, randomisierten Studie konnte gezeigt werden, dass die Transplantation autologer Chondrozyten, die bei einer notwendigen operativen Therapie eines sequestrierten Bandscheibenvorfalls gewonnen wurden, einen sowohl klinisch als auch bildmorphologisch positiven Effekt auf die degenerierten Bandscheiben hat. Es kam zu einer signifikanten Reduktion der Schmerzsymptomatik und einer Steigerung der Lebensqualität in der Gruppe der transplantierten Patienten. Die Bandscheibenhöhe zeigt sich stabil über den Beobachtungszeitraum von 2 Jahren.

Posterior lumbar spinal dynamic stabilisation devices are intended to relieve the pain of spinal segments while prolonging the lifespan of adjacent intervertebral discs. This study focuses on the design of such a device, one that has the correct stiffness to stabilise the spinal segment by the correct amount. An initial literature survey covers contemporary topics related to the lumbar spine. Included topics are lumbar anatomy and kinematics, pathology of degenerative disc disease and treatment thereof, other spinal disorders such as spondylolisthesis and spinal stenosis, as well as the complications associated with lumbar dynamic stabilisation. The influence of factors such as fatigue and wear, as well as the properties of appropriate biomaterials are considered when determining the basis of the device design and development. Stabilising the spinal segment begins with correct material selection and design. Various designs and biomaterials are evaluated for their stiffness values and other user requirements. The simplest design, a U-shaped spring composed of carbon fibre-reinforced poly-ether-ether-ketone (CFR-PEEK) and anchored by polyaxial titanium pedicle screws, satisfies the most critical user requirements. Acceptable stiffness is achieved, fatigue life of the material is excellent and the device is very imaging-friendly. Due to financial constraints, however, a simpler concept that is cheaper and easier to rapid prototype was chosen. This concept involves a construct primarily manufactured from the titanium alloy Ti6Al4V extra-low interstitial (ELI) and cobalt-chrome-molybdenum (CCM) alloys. The first rapid prototype was manufactured using an additive manufacturing process (3D-printing). The development of the device was performed in three main stages: design, verification and validation. The main goal of the design was to achieve an acceptable stiffness to limit the spinal segmental range of motion (ROM) by a determined amount. The device stiffness was verified through simple calculations. The first prototype’s stiffness was validated in force-displacement tests. Further validation, beyond the scope of this study, will include fatigue tests to validate the fatigue life of the production-ready device. / MIng (Mechanical Engineering), North-West University, Potchefstroom Campus, 2014