Διερεύνηση της οστεογεννητικής ρυθμιστικής δράσης του αυξητικού παράγοντα πλειοτροπίνη (PTN) και του αποδοχέα της Receptoc Tyrosine Phosphatase beta/zeta (RPTP β/ζ) στον συζευκτικό χόνδρο κατά την μηχανική φόρτιση σε επίμυες

Abstract

Objectives: Mechanical loading of the spine is a major causative factor of degenerative changes and causes molecular and structural changes in the intervertebral disc (IVD) and the vertebrae end plate (EP). Pleiotrophin (PTN) is a growth factor with a putative role in bone remodelling through its receptor protein tyrosine phosphatase beta/zeta (RPTPβ/ζ).Aim of the study: The present study investigates the effects of strain on PTN and RPTPβ/ζ protein expression in vivo. Materials and Methods: Tails of eight weeks old Sprague-Dawley rats were subjected to mechanical loading using a mini Ilizarov external apparatus. Rat tails untreated (control) or after 0 degrees of compression and 100, 300 and 500 of angulation (groups 0, I, II and III respectively) were studied. PTN and RPTPβ/ζ expression were evaluated using immunohistochemistry and Western blot analysis. Results: In the control group, PTN was expressed only by the EP hypertrophic chondrocytes. In groups 0 to II, PTN was detected in the chondrocytes of hypertrophic and proliferating zones, as well as in osteocytes, osteoblast-like and bone lining cells of the ossification zone. In group III, only limited PTN expression was observed in EP chondrocytes and osteocytes. RPTPβ/ζ expression was increased in groups 0 and I, in EP chondrocytes of the hypertrophic and proliferative zones, osteoblast-like cells and IVD chondrocytes of the annulus fibrosus periphery. Low intensity RPTPβ/ζ immunostaining was observed in groups II and III. Conclusions: PTN and RPTPβ/ζ are expressed in spinal deformities caused by mechanical loading, and their expression depends on the type and severity of the applied strain.

Υπόβαθρο: Η πλειοτροπίνη (ΡΤΝ) είναι ένας αυξητικός παράγοντας με υψηλή συγγένεια για την ηπαρίνη. Η ΡΤΝ εκφράζεται στον εμβρυικό και νεανικό χόνδρο, καθώς και στις επιφύσεις των οστών σε πειραματόζωα. Επιπλέον εκφράζεται και σε κύτταρα του μεσοσπονδύλιου δίσκου in vitro. Ασκεί τις βιολογικές της δράσεις με την σύνδεσή της στον υποδοχέα της Receptor Protein Tyrosine Phosphatase β/ζ (RPTPβ/ζ). Παρόλα αυτά ο ρόλος της παραμένει ακόμα ασαφής.Σκοπός: Σκοπός της έρευνάς μας είναι να μελετήσουμε την έκφραση της ΡΤΝ και του υποδοχέα της RPTPβ/ζ στην λειτουργική μονάδα τελικής πλάκας-μεσοσπονδύλιου δίσκου, κατά την ανάπτυξη σπονδυλικών παραμορφώσεων, που οφείλονται στην διαταραχή του μηχανικού περιβάλλοντος της σπονδυλικής στήλης.Υλικό και Μέθοδοι: Χρησιμοποιήθηκαν 64 επίμυες Sprague-Dawley, ηλικίας 8 εβδομάδων, εκ των οποίων 4 χρησιμοποιήθηκαν ως υγιείς μάρτυρες. Στις ουρές των πειραματόζωων εφαρμόστηκε μηχανική φόρτιση με την χρήση μιας mini συσκευής εξωτερική οστεοσύνθεσης τύπου Ilizarov. Η φόρτιση αντιστοιχούσε με 0 μοίρες μέτριας αξονικής συμπίεσης της τάξης των 5mm, και 10 , 30 και 50 μοιρών που ταξινομήθηκαν στις ομάδες 0, Ι, ΙΙ και ΙΙΙ, αντίστοιχα. Η έκφραση της ΡΤΝ, του RPTPβ/ζ και των πιθανόν αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους ερευνήθηκαν με Western blot ανάλυση καθώς και με ανοσοϊστοχημικές μεθόδους.Αποτελέσματα: Η έκφραση της ΡΤΝ, στο control group, ήταν περιορισμένη στα χονδροκύτταρα της υπερτροφικής ζώνης της τελικής πλάκας. Στα group 0 – ΙΙ, η έκφραση της ΡΤΝ αυξάνονταν και εντοπίζονταν στα χονδροκύτταρα της υπερτροφικής ζώνης, της ζώνης πολλαπλασιασμού και στα οστεοκύτταρα και οσστεοβλαστικά κύτταρα της ζώνης οστεοποίησης των τελικών πλακών. Αύξηση της έκφρασης της ΡΤΝ παρατηρήθηκε και στα χονδροκύτταρα της περιφέρειας του ινώδους δακτυλίου. Στο group ΙΙΙ μόνο περιορισμένη έκφραση της ΡΤΝ παρατηρήθηκε κυρίως στα οστεοκύτταρα. Ο υποδοχέας RPTPβ/ζ εκφράστηκε με τις τρεις ισομορφές των > 250 kDa, 130 και 85 kDa. Η έκφραση του RPTPβ/ζ παρουσίαζε αύξηση κυρίως στο group 0 σε όλους τους τύπους των κυττάρων. Μικρής έντασης ανοσοχρώση για τον RPTPβ/ζ παρατηρήθηκε στα groups I και II, ενώ στο group ΙΙΙ η έκφρασή του ελαχιστοποιήθηκε.Συμπεράσματα: Η ΡΤΝ και ο υποδοχέας της RPTPβ/ζ εκφράζονται κατά την ανάπτυξη των σπονδυλικών παραμορφώσεων που οφείλονται στην άσκηση μηχανικής φόρτισης. Το ποσό της έκφρασή τους εξαρτάται από τον τύπο και την σοβαρότητα της παραμόρφωσης. Τα ανωτέρω τους καθιστούν σημαντικά μόρια στην παθοφυσιολογία της πάθησης αλλά και ως ενδιαφέροντες υποψήφιους στόχους για την ανάπτυξη θεραπευτικής προσέγγισης της νόσου.