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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.

The osteoclasts, the bone cells responsible for bone degradation, have a crucial role in the age-related bone loss and post-menopause osteoporosis. Rac1 and Rac2, members of the Rho-family of small GTPases, are known for having a key role in osteoclast formation and activity, which could be translated to bone quality. In this study, we characterize the roles of Rac1 and Rac2 on bone quality using an aged and osteoporotic mouse model. Bones from wild type, Rac1KO and Rac2KO mice were harvested for mechanical tests, bone densitometry, micro-computed tomography and histomorphometric analyses to evaluate bone mineralization and architecture. We observed that the deletion of Rac1 or Rac2 in pre-osteoclasts minimized bone loss in both age-related and post-menopause osteoporosis. These results highlight the importance of the two small GTPases in bone remodeling and identify Rac1 and Rac2 as potential targets for the development of new therapies for the treatment of osteoporosis.

The osteoclasts, the bone cells responsible for bone degradation, have a crucial role in the age-related bone loss and post-menopause osteoporosis. Rac1 and Rac2, members of the Rho-family of small GTPases, are known for having a key role in osteoclast formation and activity, which could be translated to bone quality. In this study, we characterize the roles of Rac1 and Rac2 on bone quality using an aged and osteoporotic mouse model. Bones from wild type, Rac1KO and Rac2KO mice were harvested for mechanical tests, bone densitometry, micro-computed tomography and histomorphometric analyses to evaluate bone mineralization and architecture. We observed that the deletion of Rac1 or Rac2 in pre-osteoclasts minimized bone loss in both age-related and post-menopause osteoporosis. These results highlight the importance of the two small GTPases in bone remodeling and identify Rac1 and Rac2 as potential targets for the development of new therapies for the treatment of osteoporosis.

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.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:32:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BrunaAA_TESE.pdf: 3866204 bytes, checksum: 7934d035171f609056bc3ea2c84219b1 (MD5) Previous issue date: 2011-02-16 / Periodontal disease is an infection initiated by oral periodontal pathogens that trigger an immune response culminating in tissue destruction. This destruction is mediated by the host by inducing the production and activation of lytic enzymes, cytokines and the stimulation of osteoclastogenesis. The aim of this study was to compare the immunohistochemical expression of factors involved in bone resorption, RANKL (Ligand Receptor Activator of Nuclear Factor kappa B), OPG (Osteoprotegerin) and TNF-&#945; (tumor necrosis factor alpha) between the gingival healthy, gingivitis and chronic periodontitis and correlate them with clinical parameters. The sample consisted of 83 cases and 12 clinically healthy gums, 42 gingivitis and 29 periodontitis, from 74 adolescent and adult patients with a mean age of 35 years, without systemic changes and non-smokers, predominantly female and race brown. There was no statistically significant difference for the expression of anti-RANKL (p = 0.581) and RANKL / OPG ratio (p = 0.334) when comparing the three conditions, but the anti-OPG and anti-TNF-&#945; showed statistically significant between the types of injury (p = 0.001 and p <0.001, respectively), showing greatest expression in periodontitis. In cases of periodontitis, the variable clinical attachment loss (PIC) was statistically significant and positive correlation, respectively, with immunostaining of anti-RANKL (p = 0.002, p = 0.001 and r = 0.642), anti-OPG (p = 0.018, p = 0.014 and r = 0.451), anti-TNF-&#945; (p = 0.032, p = 0.014 and r = 0.453) and the percentage ratio of RANKL / OPG (p = 0.018, p = 0.002 and r = 0.544). The tooth mobility (MB) showed a statistically significant difference only with immunohistochemical anti-RANKL (p = 0.026), and probing depth (PD) was positively correlated with anti-RANKL (p = 0.028 and r = 0.409), both in cases of periodontitis. Only in cases of gingivitis TNF-&#945; was positively correlated with RANKL (p = 0.012 and r = 0.384) and the RANKL / OPG ratio (p = 0.027 and r = 0.341). Given these results, we conclude that the greatest expression of TNF-&#945; in periodontitis demonstrates a relationship with the progression and severity of periodontal disease and the correlation between all antibodies and clinical attachment loss demonstrates their involvement in periodontal bone resorption / A doen?a periodontal ? uma infec??o oral iniciada por periodontopat?genos que desencadeiam a resposta imune culminando com a destrui??o tecidual. Essa destrui??o ? mediada pelo hospedeiro atrav?s da indu??o da produ??o e ativa??o de enzimas l?ticas, citocinas e da estimula??o da osteoclastog?nese. O objetivo deste estudo foi comparar a express?o imuno-histoqu?mica dos fatores envolvidos na reabsor??o ?ssea, RANKL (Ligante do Receptor Ativador do Fator Nuclear kappa B), OPG (Osteoprotegerina) e TNF-&#945; (Fator de Necrose Tumoral Alfa) entre a gengiva clinicamente saud?vel, a gengivite e a periodontite cr?nica, correlacionando-os com os par?metros cl?nicos periodontais. A amostra consistiu de 83 casos, sendo 12 de gengivas clinicamente saud?veis, 42 de gengivite e 29 de periodontite, oriundos de 74 pacientes adolescentes e adultos com idade m?dia de 35 anos, sem altera??es sist?micas e n?o fumantes, predominantemente do sexo feminino e da ra?a parda. N?o houve diferen?a estatisticamente significativa para express?o do anticorpo anti-RANKL (p=0,581) e da raz?o RANKL/OPG (p=0,334) quando se comparou as tr?s condi??es cl?nicas, mas o anti- OPG e anti-TNF-&#945; mostraram diferen?as estatisticamente significativas entre os tipos de les?o (p=0,001 e p<0,001, respectivamente), revelando maior imunoexpress?o na periodontite. Nos casos de periodontite, a vari?vel perda de inser??o cl?nica (PIC) mostrou diferen?a estatisticamente significativa e correla??o positiva, respectivamente, com a imunomarca??o dos anticorpos anti-RANKL (p=0,002; p=0,001 e r=0,642), anti-OPG (p=0,018; p=0,014 e r=0,451), anti-TNF-&#945; (p=0,032; p=0,014 e r=0,453) e com a raz?o percentual de RANKL/OPG (p=0,018; p=0,002 e r=0,544). A mobilidade dent?ria (MB) apresentou diferen?a estatisticamente significativa somente com a imunoexpress?o do anti-RANKL (p=0,026), e a profundidade de sondagem (PS) apresentou correla??o positiva com o anti- RANKL (p=0,028 e r=0,409), ambos nos casos de periodontite. Somente nos casos de gengivite o TNF-&#945; apresentou correla??o positiva com o RANKL (p=0,012 e r=0,384) e com a raz?o RANKL/OPG (p=0,027 e r=0,341). Diante desses resultados, conclui-se que a maior imunoexpress?o do TNF-&#945; na periodontite demonstra uma rela??o com a progress?o e severidade da doen?a periodontal e a correla??o entre todos os anticorpos e a perda de inser??o cl?nica demonstra o envolvimento destes na reabsor??o ?ssea periodontal

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.