Effects of Qualea grandiflora Extract on the Expression of MMP-14 and HIF-1α in Cultured Fibroblasts and Preosteoblasts

Abstract Background: Qualea grandiflora (QG) (Vochysiaceae), also known as "pau-ferro", "pau-terra" or "pau-de-tucano", is a very common deciduous tree in the Brazilian Cerrado used in traditional medicine to treat inflammations, ulcers, diarrhea, and infections. There are reports in the scientific literature that demonstrate the medicinal effects of the bark and leaf of the QG. However, studies involving this plant are rather imited. Aim of the study: To perform the phytochemical analysis of the QG hydroalcoholic extract (HAE) of leaves, and to investigate it effects on fibroblast and preosteoblasts. Methods: Phytochemical analysis was done by HPLC-DAD. Murine NIH/3T3 fibroblasts and MC3T3-E1 preosteoblasts cell lines (ATCC) were used for the experiments. Cell viability was assessed by the MTT colorimetric assay and the expression of MMP-14 and HIF-1α by immunofluorescence. Results and conclusion: The following compounds were identified by HPLC-DAD, such as quinic acid, ethyl galate, ellagic acid derivatives as O-methylellagic acid O-galloyl, O-methylellagic acid O-deoxyhexoside, galloyl derivatives, flavonol glycoside as kaempferol-O-deoxyhexoside, quercetin-O-deoxyhexoside, myricetin-O-deoxyhexoside and the pentacyclic triterpene arjunglucoside. Cell viability results demonstrated no cytotoxic effects in the studied concentrations. We found in QG HAE some compounds with therapeutic properties that can increase the expression of MMP-14 and HIF-1α, in fibroblasts and preosteoblasts. These data suggest that QG HAE has an action on these two molecules widely involved in physiological conditions, such as collagen remodeling, bone development and growth and pathological processes as HIF signaling in cancer metastasis.

Mecanismos intracelulares induzidos por leucotrienos durante a diferenciação osteogênica / Leukotriene-induced intracellular mechanisms during osteogenic differentiation

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.(AU)

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 TNFα 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.(AU)

Efeito dos laseres de baixa intensidade na proliferação e diferenciação de osteoblastos humanos / Low level laser effects in proliferation and differentiation of human osteoblasts

Dentre os vários compostos utilizados na pesquisa e na terapia de doenças osteo-degenerativas, a fototerapia com laseres de baixa potência (LLLT) e os diodos emissores de luz (LEDs) vem sendo investigada com o intuito de avaliar seus efeitos no metabolismo ósseo. Estes, que possuem comprimentos de ondas específicos, atuam na biomodulação das células, funcionando como um agente terapêutico, reequilibrando e normalizando a sua atividade. No entanto, pouco se sabe sobre o efeito dos diferentes espectros na proliferação e diferenciação de osteoblastos humanos, bem como seus efeitos no metabolismo celular como a síntese e a ativação de proteínas sinalizadoras envolvidas nesses processos. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi avaliar, comparativamente, a influência da fototerapia com LLLT e LED na proliferação e diferenciação de osteoblastos humanos. Além disso, investigamos o envolvimento da ativação da via de sinalização ERK1,2 nestas respostas, utilizando o seu inibidor específico e/ou avaliando a sua ativação durante a proliferação e após fototerapia. Para esse estudo, osteoblastos humanos (HOAL) foram cultivados em meio de cultura DMEM suplementado com 10% de soro fetal bovino (SFB) e incubados em estufa de CO2. As células foram irradiadas pontualmente com os laseres vermelho (660nm), infravermelho (780nm) e LED (637nm), nas doses de 10, 20 e 50 J/cm2 na potência de 40mW, após adesão celular. Após 24, 48, e 72 horas foram realizados os ensaios de redução do MTT (brometo de 3-(4,5-dimetiltiazol-2-yl)-2,5- difeniltetrazólio) e cristal violeta (CV) para avaliar a viabilidade das células e após 72 horas foi realizada a análise da proliferação por citometria de fluxo nos quais os resultados sugerem aumento de células viáveis ou proliferação quando estimuladas pelos diferentes espectros. Após a verificação do efeito positivo dos laseres e LED na viabilidade e/ou proliferação, foi realizada a análise da ativação da proteína intracelular ERK...

Among the various compounds used in research and bone degenerative diseases therapy, phototherapy with low level laser (LLLT) and light emitting diodes (LEDs) has been investigated in order to evaluate its effects on bone metabolism. Those, who have specific wavelengths, act in biomodulation cells functioning as a therapeutic agent, rebalancing and normalizing their activity. However, little is known about the effect of the different spectra in the proliferation and differentiation of human osteoblasts and their effects on cellular metabolism as well as the synthesis and activation of signaling proteins involved in these processes. Therefore, the aim of this study was to compare the influence of LLLT and LED phototherapy in the proliferation and differentiation of human osteoblasts. In addition, we investigated the involvement of activation of ERK1,2 signaling pathway these responses using its specific inhibitor and/or evaluating their activation during the proliferation and after phototherapy. For this study, human osteoblasts (HOAL) were cultured in DMEM culture medium supplemented with 10 % fetal bovine serum (FBS) and incubated in CO2 incubator . Cells were irradiated with punctual red lasers (660nm), infrared (780nm) and LED (637nm) at doses of 10, 20 and 50 J/cm2 in power 40mW, after cell adhesion. After 24, 48, and 72 hours, MTT assay (- (4,5- dimethylthiazol-2- yl) -2,5 - diphenyltetrazolium bromide 3 ) and violet crystal (CV) were performed to assess the viability of cells and after 72 hours, was performed of proliferation analysis by flow cytometry. The results suggest an increase in viable and proliferation of cells when stimulated by different spectra. After checking the positive effect of lasers and LED viability and/or proliferation, analysis of ERK activation of intracellular protein by western blotting using a specific antibody was performed 10 minutes after the spot irradiation. We show that irradiation of HOAL cells with LLLT at a dose...