Vitamin D is a key regulator of mineral and bone homeostasis. The enzyme CYP24A1 is responsible for transforming vitamin D into 24,25(OH)2D. The putative biological activity of 24,25(OH)2D remains unclear. Previous studies showed an increase in the circulating levels of this metabolite following a fracture in chicks. Our laboratory has engineered a mouse model deficient for the Cyp24a1 gene for studying the role of 24,25(OH)2D. We set out to study the role of 24,25(OH)2D in endochondral and intramembranous bone formation in mammalian fracture repair in this mouse model. Methods: Wild-type and Cyp24a1-deficient mice were subjected to two surgical procedures to simulate bone development and fracture repair. To mimic endochondral ossification, we devised a modified technique to perform intramedullary nailing of a tibia followed by an osteotomy. To evaluate intramembranous ossification, we applied distraction osteogenesis to tibiae using a mini Ilizarov external fixator. Histomorphometric parameters and gene expression differences in fracture repair between the mutant mice and the wild-type controls were measured using micro computed tomography, histology and reverse-transcription quantitative PCR. Results: Quantitative histomorphometric results showed a delay in endochondral fracture repair in the mutant as compared to wild-type mice. In the same model, gene expression of collagen type X in the callus was lower in the mutant mice. These significant differences were fully rescued by injecting the mutant mice with exogenous 24,25(OH)2D. In the intramembranous bone formation model, we found a trend towards reduced bone formation in the gap created by the distraction process in the mutant mice as compared to the wild-type mice. Conclusions: Our results support a role for CYP24A1 and its product 24,25(OH)2D in fracture repair which is more dominant in a chondrocyte-mediated bone formation pathway like endochondral ossification. Further study of the role of 24,25(OH)2D in bone healing has the potential to support novel approaches in accelerating bone formation and fracture repair. / La vitamine D est un régulateur important de l'homéostasie minérale et osseuse. L'enzyme CYP24A1 métabolise la vitamine D en 24,25(OH)2D. L'activité biologique de la 24,25(OH)2D demeure imprécise. Des études ont démontré que la 24,25(OH)2D est un métabolite important pour la réparation des fractures chez le poulet. Notre laboratoire a conçu un modèle de souris déficientes pour le gène Cyp24a1 afin d'étudier le rôle de la 24,25(OH)2D. Nous avons entrepris d'étudier le rôle de ce métabolite dans l'ossification endochondrale et intramembranaire pendant la réparation des fractures dans ce modèle de souris. Méthodes: les souris sauvages et Cyp24a1-mutantes ont été soumises à deux différentes procédures chirurgicales pour simuler la formation d'os pendant la réparation des fractures. Pour imiter l'ossification endochondrale, nous avons utilisé un clou intramédullaire afin de stabiliser le tibia après la fracture. Pour évaluer l'ossification intramembranaire, nous avons appliqué l'ostéogénèse par distraction sur le tibia à l'aide d'un appareil de fixation externe. Les paramètres histomorphométriques et l'expression génique au cours de la réparation de la fracture chez les souris mutantes et sauvages ont été mesurés par microtomographie, histologie et PCR quantitative (qRT-PCR), respectivement. Résultats: l'analyse histomorphométrique démontre un retard dans la réparation des fractures stabilisée par clou intramédullaire chez les souris mutantes par rapport au type sauvage. Dans le même modèle, l'expression du collagène de type X était plus élevée chez les souris de type sauvage. Ces différences significatives ont été entièrement corrigées par l'injection de 24,25(OH)2D exogène chez les souris mutantes. Dans le modèle d'ostéogénèse par distraction, nous avons trouvé une tendance vers la formation osseuse réduite chez les souris mutantes comparativement aux souris de type sauvage. Cependant, les différences observées n'étaient pas statistiquement significatives. Conclusion: Nos résultats suggèrent un rôle pour CYP24A1 et la 24,25(OH)2D dans la réparation des fractures par ossification endochondrale. Une étude plus approfondie du rôle de la 24,25(OH)2D pourrait conduire à l'utilisation de ce métabolite afin d'accélérer la formation osseuse et la réparation des fractures.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.106532 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Husseini, Abdallah |
| Contributors | Rene St-Arnaud (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Surgery) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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