Published January 1, 2013
| Version v1
Publication
Open
Low oxygen tension increased fibronectin fragment induced catabolic activities - response prevented with biomechanical signals
Creators
- 1. University of Malaya
- 2. Queen Mary University of London
- 3. National Institute for Biological Standards and Control
Description
The inherent low oxygen tension in normal cartilage has implications on inflammatory conditions associated with osteoarthritis (OA). Biomechanical signals will additionally contribute to changes in tissue remodelling and influence the inflammatory response. In this study, we investigated the combined effects of oxygen tension and fibronectin fragment (FN-f) on the inflammatory response of chondrocytes subjected to biomechanical signals.Chondrocytes were cultured under free-swelling conditions at 1%, 5% and 21% oxygen tension or subjected to dynamic compression in an ex vivo 3D/bioreactor model with 29 kDa FN-f, interleukin-1beta (IL-1β) and/or the nitric oxide synthase (NOS) inhibitor for 6 and 48 hours. Markers for catabolic activity (NO, PGE2), tissue remodelling (GAG, MMPs) and cytokines (IL-1β, IL-6 and TNFα) were quantified by biochemical assay. Aggrecan, collagen type II, iNOS and COX-2 gene expression were examined by real-time quantitative PCR. Two-way ANOVA and a post hoc Bonferroni-corrected t-test were used to analyse data.Both FN-fs and IL-1β increased NO, PGE2 and MMP production (all P< 0.001). FN-f was more active than IL-1β with greater levels of NO observed at 5% than 1% or 21% oxygen tension (P < 0.001). Whilst FN-f reduced GAG synthesis at all oxygen tension, the effect of IL-1β was significant at 1% oxygen tension. In unstrained constructs, treatment with FN-f or IL-1β increased iNOS and COX-2 expression and reduced aggrecan and collagen type II (all P < 0.001). In unstrained constructs, FN-f was more effective than IL-1β at 5% oxygen tension and increased production of NO, PGE2, MMP, IL-1β, IL-6 and TNFα. At 5% and 21% oxygen tension, co-stimulation with compression and the NOS inhibitor abolished fragment or cytokine-induced catabolic activities and restored anabolic response.The present findings revealed that FN-fs are more potent than IL-1β in exerting catabolic effects dependent on oxygen tension via iNOS and COX-2 upregulation. Stimulation with biomechanical signals abolished catabolic activities in an oxygen-independent manner and NOS inhibitors supported loading-induced recovery resulting in reparative activities. Future investigations will utilize the ex vivo model as a tool to identify key targets and therapeutics for OA treatments.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
إن توتر الأكسجين المنخفض المتأصل في الغضروف الطبيعي له آثار على الحالات الالتهابية المرتبطة بالفصال العظمي (OA). ستساهم الإشارات الميكانيكية الحيوية بالإضافة إلى ذلك في التغييرات في إعادة تشكيل الأنسجة والتأثير على الاستجابة الالتهابية. في هذه الدراسة، قمنا بالتحقيق في الآثار المشتركة لتوتر الأكسجين وشظية الفيبرونيكتين (FN - f) على الاستجابة الالتهابية للخلايا الغضروفية المعرضة للإشارات الميكانيكية الحيوية. تم استزراع الخلايا الغضروفية في ظل ظروف الانتفاخ الحر عند 1 ٪ و 5 ٪ و 21 ٪ من توتر الأكسجين أو تعرضها للضغط الديناميكي في نموذج ثلاثي الأبعاد/مفاعل حيوي خارج الجسم الحي مع مثبط FN - f و interleukin -1beta (IL -1 β) و/أو مثبط تخليق أكسيد النيتريك (NOS) لمدة 6 و 48 ساعة. تم قياس علامات النشاط التقويضي (NO، PGE2)، وإعادة تشكيل الأنسجة (الكمامة، MMPs) والسيتوكينات (IL -1 β، IL -6 و TNFα) عن طريق الفحص الكيميائي الحيوي. تم فحص التعبير الجيني Aggrecan والكولاجين من النوع الثاني و iNOS و COX -2 من خلال تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي في الوقت الفعلي. تم استخدام ANOVA ثنائي الاتجاه واختبار t المصحح بالبونفيروني لتحليل البيانات. زاد كل من FN - fs و IL -1 β من إنتاج NO و PGE2 و MMP (كل P< 0.001). كان FN - f أكثر نشاطًا من IL -1 β مع مستويات أكبر من NO لوحظت عند 5 ٪ من 1 ٪ أو 21 ٪ من توتر الأكسجين (P < 0.001). في حين أن FN - f قلل من تخليق الكمامة في جميع حالات توتر الأكسجين، كان تأثير IL -1 β كبيرًا عند توتر الأكسجين بنسبة 1 ٪. في التركيبات غير المقيدة، أدى العلاج باستخدام FN - f أو IL -1 β إلى زيادة تعبير iNOS و COX -2 وتقليل نوع aggrecan والكولاجين II (الكل P < 0.001). في التركيبات غير المقيدة، كان FN - f أكثر فعالية من IL -1 β عند توتر أكسجين بنسبة 5 ٪ وزيادة إنتاج NO و PGE2 و MMP و IL -1 β و IL -6 و TNFα. عند توتر الأكسجين بنسبة 5 ٪ و 21 ٪، أدى التحفيز المشترك مع الضغط ومثبط NOS إلى إلغاء الشظية أو الأنشطة التقويضية التي يسببها السيتوكين واستعادة الاستجابة الابتنائية. كشفت النتائج الحالية أن FN - fs أكثر فعالية من IL -1 β في ممارسة التأثيرات التقويضية التي تعتمد على توتر الأكسجين عبر iNOS و COX -2 upregulation. ألغى التحفيز بالإشارات الميكانيكية الحيوية الأنشطة التقويضية بطريقة مستقلة عن الأكسجين ودعمت مثبطات NOS الاسترداد الناجم عن التحميل مما أدى إلى أنشطة إصلاحية. ستستخدم التحقيقات المستقبلية النموذج خارج الجسم الحي كأداة لتحديد الأهداف الرئيسية وعلاجات علاجات الوصول المفتوح.Translated Description (French)
La faible tension inhérente à l'oxygène dans le cartilage normal a des implications sur les conditions inflammatoires associées à l'arthrose (OA). Les signaux biomécaniques contribueront en outre aux changements dans le remodelage tissulaire et influenceront la réponse inflammatoire. Dans cette étude, nous avons étudié les effets combinés de la tension d'oxygène et du fragment de fibronectine (FN-f) sur la réponse inflammatoire des chondrocytes soumis à des signaux biomécaniques. Les chondrocytes ont été cultivés dans des conditions de gonflement libre à une tension d'oxygène de 1 %, 5 % et 21 % ou soumis à une compression dynamique dans un modèle 3D/bioréacteur ex vivo avec 29 kDa FN-f, l'interleukine-1 bêta (IL-1β) et/ou l'inhibiteur de l'oxyde nitrique synthase (nos) pendant 6 et 48 heures. Les marqueurs de l'activité catabolique (NO, PGE2), du remodelage tissulaire (GAG, MMPs) et des cytokines (IL-1β, IL-6 et TNFα) ont été quantifiés par dosage biochimique. L'expression des gènes Aggrecan, collagène de type II, iNOS et COX-2 a été examinée par PCR quantitative en temps réel. L'ANOVA bidirectionnelle et un test t corrigé de Bonferroni post hoc ont été utilisés pour analyser les données. Les deux FN-fs et IL-1β ont augmenté la production de NO, PGE2 et MMP (tous P< 0,001). Le FN-f était plus actif que l'IL-1β avec des taux de NO plus élevés observés à 5 % qu'à 1 % ou 21 % de tension d'oxygène (P < 0,001). Alors que le FN-f réduisait la synthèse de GAG à toute tension d'oxygène, l'effet de l'IL-1β était significatif à 1% de tension d'oxygène. Dans les constructions non contraintes, le traitement par FN-f ou IL-1β a augmenté l'expression d'iNOS et de COX-2 et réduit l'aggrecan et le collagène de type II (tous P < 0,001). Dans les constructions non contraintes, le FN-f était plus efficace que l'IL-1β à 5% de tension d'oxygène et augmentait la production de NO, PGE2, MMP, IL-1β, IL-6 et TNFα. À 5 % et 21 % de tension d'oxygène, la co-stimulation avec compression et l'inhibiteur nos a aboli les activités cataboliques induites par les fragments ou les cytokines et a rétabli la réponse anabolique. Les présents résultats ont révélé que les FN-fs sont plus puissants que l'IL-1β pour exercer des effets cataboliques dépendants de la tension d'oxygène via la régulation positive de l'iNOS et de la COX-2. La stimulation par des signaux biomécaniques a aboli les activités cataboliques de manière indépendante de l'oxygène et les inhibiteurs nos ont favorisé la récupération induite par la charge, entraînant des activités réparatrices. Les recherches futures utiliseront le modèle ex vivo comme outil pour identifier les cibles et les traitements clés pour les traitements de l'arthrose.Translated Description (Spanish)
La baja tensión de oxígeno inherente en el cartílago normal tiene implicaciones en las afecciones inflamatorias asociadas con la osteoartritis (OA). Las señales biomecánicas contribuirán adicionalmente a cambios en la remodelación tisular e influirán en la respuesta inflamatoria. En este estudio, investigamos los efectos combinados de la tensión de oxígeno y el fragmento de fibronectina (FN-f) sobre la respuesta inflamatoria de los condrocitos sometidos a señales biomecánicas. Los condrocitos se cultivaron en condiciones de hinchazón libre a una tensión de oxígeno del 1%, 5% y 21% o se sometieron a compresión dinámica en un modelo 3D/biorreactor ex vivo con FN-f de 29 kDa, interleucina-1beta (IL-1β) y/o el inhibidor de la óxido nítrico sintasa (nos) durante 6 y 48 horas. Los marcadores de actividad catabólica (NO, PGE2), remodelación tisular (GAG, MMP) y citocinas (IL-1β, IL-6 y TNFα) se cuantificaron mediante ensayo bioquímico. La expresión génica de agrecano, colágeno tipo II, iNOS y COX-2 se examinó mediante PCR cuantitativa en tiempo real. Se utilizaron ANOVA bidireccional y una prueba t corregida por Bonferroni post hoc para analizar los datos. Tanto FN-fs como IL-1β aumentaron la producción de NO, PGE2 y MMP (todos P< 0.001). FN-f fue más activo que IL-1β con mayores niveles de NO observados en 5% que 1% o 21% de tensión de oxígeno (P < 0.001). Si bien FN-f redujo la síntesis de GAG a toda la tensión de oxígeno, el efecto de IL-1β fue significativo a una tensión de oxígeno del 1%. En construcciones sin tensión, el tratamiento con FN-f o IL-1β aumentó la expresión de iNOS y COX-2 y redujo el agrecano y el colágeno tipo II (todos P < 0.001). En construcciones sin tensión, FN-f fue más eficaz que IL-1β a una tensión de oxígeno del 5% y una mayor producción de NO, PGE2, MMP, IL-1β, IL-6 y TNFα. Al 5% y 21% de tensión de oxígeno, la coestimulación con compresión y el inhibidor de nos abolieron las actividades catabólicas inducidas por fragmentos o citocinas y restauraron la respuesta anabólica. Los presentes hallazgos revelaron que las FN-f son más potentes que la IL-1β para ejercer efectos catabólicos dependientes de la tensión de oxígeno a través de la regulación positiva de iNOS y COX-2. La estimulación con señales biomecánicas abolió las actividades catabólicas de una manera independiente del oxígeno y los inhibidores de nos apoyaron la recuperación inducida por la carga, lo que resultó en actividades reparadoras. Las investigaciones futuras utilizarán el modelo ex vivo como una herramienta para identificar objetivos clave y terapias para los tratamientos de OA.Files
ar4346.pdf
Files
(2.2 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:c487cf6667e534c1f2a68e26e27b5781
|
2.2 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- أدى انخفاض توتر الأكسجين إلى زيادة الأنشطة التقويضية الناجمة عن شظية الفيبرونكتين - تم منع الاستجابة باستخدام الإشارات الميكانيكية الحيوية
- Translated title (French)
- Une faible tension d'oxygène a augmenté les activités cataboliques induites par les fragments de fibronectine - réponse empêchée par des signaux biomécaniques
- Translated title (Spanish)
- Baja tensión de oxígeno aumento de las actividades catabólicas inducidas por el fragmento de fibronectina - respuesta prevenida con señales biomecánicas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2130591906
- DOI
- 10.1186/ar4346
References
- https://openalex.org/W1602702065
- https://openalex.org/W1968659828
- https://openalex.org/W1975370930
- https://openalex.org/W1975690515
- https://openalex.org/W1981635444
- https://openalex.org/W1983968835
- https://openalex.org/W1991616946
- https://openalex.org/W2006435282
- https://openalex.org/W2010304813
- https://openalex.org/W2010664616
- https://openalex.org/W2016892864
- https://openalex.org/W2017904233
- https://openalex.org/W2018285082
- https://openalex.org/W2041126017
- https://openalex.org/W2045069758
- https://openalex.org/W2045578437
- https://openalex.org/W2046753334
- https://openalex.org/W2048021515
- https://openalex.org/W2053098541
- https://openalex.org/W2056361979
- https://openalex.org/W2060102765
- https://openalex.org/W2063147214
- https://openalex.org/W2066088112
- https://openalex.org/W2078884339
- https://openalex.org/W2080801901
- https://openalex.org/W2084843851
- https://openalex.org/W2111834654
- https://openalex.org/W2135543843
- https://openalex.org/W2141968343
- https://openalex.org/W2148041105
- https://openalex.org/W2151378125