MLO-Y4 osteocytic cell clones express distinct gene expression patterns characteristic of different stages of osteocyte differentiation / Clones de las células osteocíticas MLO-Y4 tienen diferentes patrones de expresión génica característicos de diferentes estadíos de diferenciación osteocítica

Osteocytes are the most abundant bone cell and are formed when osteoblasts become embedded in the bone matrix. Through changes in gene expression and paracrine effects, osteocytes regulate the number of osteoblasts, bone forming cells, and osteoclasts, bone resorbing cells, which are needed to maintain bone mass. MLO-Y4 is the better characterized osteocytic cell line; however, lacks expression of sclerostin, the product of the SOST gene, which is fundamental for osteocyte function and blocks bone formation. With the objective to isolate MLO-Y4 clones with different gene expression profiles, we performed cultures at very low density of MLO-Y4 cells stably transfected with nuclear green fluorescent protein (MLOnGFP). Cell morphology was visualized under a fluorescence microscope. Once the cells reached 80% confluency, RNA was extracted and quantitative real time PCR was performed. Clones exhibit different sizes and morphology, with some cells showing a spindle-like shape and others with abundant projections and a star-like shape. Gene expression also differed among clones. However, none of the clones examined expressed SOST. We conclude that the MLO-nGFP clones constitute a useful tool to study osteocyte differentiation and the role of osteocytes in the control of bone formation and resorption in vitro. (AU)

Los osteocitos son las células más abundantes del hueso y se forman cuando los osteoblastos se encuentran rodeados de matriz ósea. A través de cambios en la expresión génica y efectos paracrinos, los osteocitos controlan el número de osteoblastos que forman el hueso, y osteoclastos que resorben el hueso, células necesarias para mantener la masa ósea. Las células MLO-Y4 son la línea celular osteocítica más investigada; sin embargo, no expresan esclerostina, el pro esclerostina, el producto del gen SOST que bloquea la formación ósea y es indispensable para la función de los osteocitos. Con el objetivo de aislar clones de las células MLO-Y4 con diferentes perfiles de expresión génica, realizamos cultivos a muy baja densidad de las células transfectadas en forma estable con proteína verde fluorescente nuclear (MLO-nGFP). La morfología celular fue evaluada utilizando un microscopio de fluorescencia. Una vez que las células alcanzaron el 80% de confluencia, el ARN fue extraído y analizado por PCR cuantitativa en tiempo real. Las células de los diferentes clones tienen diferentes tamaños y morfología, algunas células son fusiformes y otras con proyecciones citoplasmáticas abundantes y en forma de estrella. La expresión de los genes también varió en los distintos clones. Sin embargo, ninguno de ellos expresó SOST. En conclusión, los clones de las células MLO-nGFP constituyen una herramienta útil para estudiar la diferenciación de los osteocitos y el rol de estas células en el control de la formación y resorción ósea in vitro. (AU)

The role of under-investigated connexins in musculoskeletal tissue: a brief review with emphasis on bone tissue / El papel de las escasamente investigadas conexinas en el tejido músculo-esquelético: una breve revisión con énfasis en el tejido óseo

Connexins (Cxs) are a family of transmembrane proteins that form gap junctions and hemi-channels, which mediate cell-cell communication between neighboring cells and the respective extracellular milieu in different tissues. Most tissues and cell types throughout the body express one or more Cx proteins, highlighting its importance in regulating cell growth, differentiation, adhesion, migration, cell death and others. Moreover, Cx can propagate intracellular signals through its C-terminus domain, and thus function beyond a mere channel. Cx43 is the most highly expressed and most well studied Cx in bone and musculoskeletal tissues, although Cx40, Cx45, Cx46 and more recently, the Cx37 have been described in bone tissue, along with Cx26, Cx32 and Cx39 in other musculoskeletal tissues. Here, we discuss the basic structure of gap junctions and the role of the Cxs in musculoskeletal tissue, with special focus on Cx37. (AU)

Las conexinas (Cxs) son una familia de proteínas transmembrana que forman uniones en hendidura y hemicanales encargados de mediar la comunicación entre células vecinas y el respectivo medio extracelular en diferentes tejidos. La mayoría de los tejidos y células expresan una o más proteínas conexina, jugando un papel importante en la regulación de la proliferación celular, diferenciación, adhesión, migración y muerte celular, entre otras funciones. Además de actuar como un canal, las conexinas pueden propagar señales intracelulares a través del dominio C-terminal. La Cx43 es la conexina mas expresada y mejor estudiada en el tejido óseo y el músculo, aunque las Cx40, Cx45, Cx46, y mas recientemente Cx37, son también detectadas en el hueso. A su vez la expresión de la Cx26, Cx32 y Cx39 ha sido observada en otros tejidos músculoesqueléticos. En este manuscrito describimos la estructura básica de las uniones tipo gap y el papel que las Cxs, y en especial la Cx37, tienen en tejidos músculo-esqueléticos. (AU)

ß-ARRESTIN/CONNEXIN 43 (Cx43) complex anchors ERKS outside the nucleus: a prerequisite for bisphosphonate antiapoptotic effect mediated by Cx43/ERK in osteocytes / El complejo ß-ARRESTINA/CONEXINA 43 (Cx43) retiene ERKS fuera del núcleo: un paso necesario para el efecto anti-apoptótico de los bisfosfonatos mediado por Cx34/ERK en osteocitos

Bisphosphonates (BPs) anti-fracture efficacy may be due in part to inhibition of osteocyte apoptosis. This effect requires opening of connexin (Cx) 43 hemichannels and phosphorylation of the extracellular signal regulated kinases (ERKs). However, unlike ERK activation by other stimuli, the Cx43/ERK pathway activated by BPs does not result in nuclear ERK accumulation. Instead, the anti-apoptotic effect of BPs depends on phosphorylation of cytoplasmic ERK targets and is abolished by forced nuclear retention of ERKs. We now report that ERKs and the scaffolding protein ß-arrestin co-immuno-precipitate with Cx43 in MLO-Y4 osteocytic cells and that the BP alendronate increases this association. Moreover, ERK2 fused to red fluorescent protein (ERK2-RFP) co-localizes with Cx43 fused to green fluorescent protein outside the nucleus in cells untreated or treated with alendronate. Alendronate does not induce ERK nuclear accumulation in cells transfected with wild type ß-arrestin (wtARR) or vector control, whereas it does in cells expressing a dominant negative ß-arrestin mutant (dnARR) consisting of the ß-arrestin-clathrin binding domain that competes with endogenous ß-arrestin for binding to clathrin. Alendronate activates ERKs in dnARRtransfected cells as effectively as in cells transfected with wtARR, demonstrating that dnARR only interferes with subcellular localization but not with activation of ERKs by BPs. Further, whereas alendronate inhibits apoptosis in cells expressing wtARR or vector control, it is ineffective in cells expressing dnARR. Thus, BPs induce the formation of a complex comprising Cx43, ß-arrestin, and clathrin, which directs ERKs outside the nucleus and is indispensable for osteocyte survival induced by BPs. (AU)

La efectividad de los bisfosfonatos (BPs) en la prevención de fracturas puede deberse en parte a la inhibición de la apoptosis de osteocitos. Este efecto depende de la apertura de hemicanales de conexina (Cx) 43 y la fosforilación de quinasas reguladas por señales extracelulares (ERKs). Sin embargo, a diferencia de la activación de ERKs debida a otros estímulos, la vía de señalización Cx43/ERK activada por BPs no conlleva la acumulación de ERKs en el núcleo. El efecto anti-apoptótico de los BPs depende de la fosforilación de blancos citoplasmáticos de ERKs y es inhibido cuando las quinasas son retenidas en el núcleo. En este estudio hemos demostrado que ERKs y la proteína "scaffolding" ß-arrestina co-inmunoprecipitan con Cx43 en células osteocíticas MLO-Y4 y que alendronato aumenta esta asociación. Más aún, ERK2 fusionada a la proteína roja fluorescente (ERK2-RFP) co-localiza con Cx43 fusionada con la proteína verde fluorescente fuera del núcleo en células tratadas con vehículo o alendronato. Alendronato no indujo la acumulación nuclear de ERK en células transfectadas con ß-arrestina nativa (wtARR) o con un vector control, pero si lo hizo en células que expresan una forma dominante negativa de ß-arrestina (dnARR), consistente en el dominio de interacción entre ß-arrestina y clatrina, y que compite con ß-arrestina endógena por la unión a clatrina. Alendronato activa ERKs con la misma eficiencia en células transfectadas con dnARR o wtARR, demostrando que dnARR sólo interfiere con la localización subcelular de ERKs, pero no con su activación inducida por los BPs. Más aún, mientras alendronato inhibe apoptosis en células que expresan wtARR o vector control, es inefectivo en células que expresan dnARR. En conclusión, los BPs inducen la formación de un complejo que incluye Cx43, ß-arrestina y clatrina, el cual retiene ERKs fuera del núcleo y es indispensable para la sobrevida de los osteocitos inducida por estas drogas. (AU)

Osso liofilizado bovino não-desmineralizado com células-tronco mesenquimais para engenharia tecidual: estudo experimental em sítio heterotópico / Bovine non-demineralized lyophilized bone with mesenchymal stem cells for tissue engineering: experimental study in heterotopic site

Objetivo: Avaliar o uso de células da medula óssea, com potencial osteogênico, agregadas a estrutura tridimensional de osso liofilizado bovino não-desmineralizado para engenharia tecidual óssea. Método: Os animais doadores de células da medula óssea, assim como os animais receptores dos construtos ósseos, foram camundongos de linhagem isogênica C57Bl/6. Utilizou-se modelo experimental heterotópico, com a implantação de construtos de osso liofilizado bovino não-desmineralizado (OL) no plano subcutâneo no dorso dos animais. Foram organizados 4 grupos de comparação (n=10 animais em cada grupo): 1) OL isoladamente (grupo controle); 2) OL + células mononucleares da medula (CMM); 3) OL + células-tronco mesenquimais (CTM); 4) OL + células-tronco mesenquimais diferenciadas em meio osteoindutor (CTMdif). A aferição foi realizada após 5 semanas, com avaliação histológica e determinação da atividade de fosfatase alcalina. Resultados: A avaliação histológica não mostrou diferença entre os grupos de comparação, com a observação em todas as amostras de tecido conjuntivo fibroso rico em neovasos estendendo-se por entre as trabéculas ósseas, sem osteoblastos ou osteócitos viáveis e sem neoformação óssea. Os resultados da atividade de fosfatase alcalina também não mostraram diferença entre os grupos de comparação, com análise de variância entre os grupos mostrando p=0,867. Conclusões: Os resultados mostraram que, no modelo estudado e com os métodos utilizados, a adição de células da medula óssea com potencial osteogênico sobre estrutura de osso liofilizado bovino não-desmineralizado não agregou propriedades osteogênicas ao material. Este estudo não confirmou a perspectiva inicial de utilizá-lo como estrutura tridimensional e carreadora celular na engenharia tecidual óssea, sendo necessários estudos subseqüentes que o avaliem em outros modelos experimentais, e que explorem separadamente cada etapa metodológica que possa influir no sucesso da engenharia tecidual óssea.

Objective: To evaluate the use of bone marrow cells with osteogenic potential seeded on bovine nondemineralized lyophilized bone scaffolds for bone tissue engineering. Method: Bone marrow cells donors, as well as the receptors of the bone constructs were C57BI/6 isogenic line mice. A heterotopic experimental model was used, with implantation of the constructs into subcutaneous pouches on the backs of the animals. Four comparison groups were set (n=10 animals each group): 1) LB alone (control group); 2) LB + marrow mononuclear cells (MMC); 3) LB + mesenchymal stem cells (MST); 4) LB + mesenchymal stem cells differentiated in osteoinductive medium (MSTdif). The constructs were harvested 5 weeks after implantation for histological analysis and alkaline phosphatase activity test. Results: The histological analysis did not show differences among the comparison groups. In all samples fibrous connective tissue rich in neovessels was observed extending through bone trabeculae, without viable osteoblasts or osteocytes and without new bone formation. Likewise, results of the alkaline phosphatase activity have not shown any difference among comparison groups, with the analysis of variance between groups showing p value=0.867. Conclusions: In this experimental model and with the methods used, the addition of bone marrow cells with osteogenic potential to a bovine non-demineralized lyophilized bone structure did not add osteogenic properties to the material. The initial perspective of using it as a scaffold for bone tissue engineering could not be confirmed, and further studies are required to assess it in other experimental models, and to explore separately each methodological step that might influence the success of bone tissue engineering.