Rôle de la sénescence des chondrocytes dans l'arthrose

[Nutrimuscle-Conseils]

The Role of Chondrocyte Hypertrophy and Senescence in Osteoarthritis Initiation and Progression
by Yeri Alice Rim Int. J. Mol. Sci. 2020, 21(7), 2358;

Osteoarthritis (OA) is the most common joint disease that causes pain and disability in the adult population. OA is primarily caused by trauma induced by an external force or by age-related cartilage damage. Chondrocyte hypertrophy or chondrocyte senescence is thought to play a role in the initiation and progression of OA. Although chondrocyte hypertrophy and cell death are both crucial steps during the natural process of endochondral bone formation, the abnormal activation of these two processes after injury or during aging seems to accelerate the progression of OA. However, the exact mechanisms of OA progression and these two processes remain poorly understood.

Chondrocyte senescence and hypertrophy during OA share various markers and processes. In this study, we reviewed the changes that occur during chondrocyte hypertrophy or senescence in OA and the attempts that were made to regulate them. Regulation of hypertrophic or senescent chondrocytes might be a potential therapeutic target to slow down or stop OA progression; thus, a better understanding of the processes is required for management.

[Nutrimuscle-Conseils]

PTHrP is a parathyroid hormone with various isoforms, and it is involved in the development of multiple tissues including skeletal development [99]. PTHrP increased GAG contents and expression of SOX9 and COL2A1 in pellets generated from bone marrow stromal cells and adipose-derived stromal cells, and downregulated the expression of COL10A1 and RUNX2 in a dose-dependent manner [100]. Between other isoforms, PTHrP(1-34) was reported to induce chondrogenesis and reduce hypertrophy in mesenchymal stromal cells [101]. Previous work done by Lee and colleagues showed that of four PTHrP isoforms (1-34, 1-86, 7-34, and 107-139), PTHrP(1-34) showed the most significant enhancement in chondrogenesis and suppression in hypertrophy in human bone marrow stromal cells [102]. Other studies also showed that PTHrP(1-34) increased the gene and protein expression of collagen type II. Collagen type X gene expression was less affected; however, PTHrP(1-34) downregulated the expression of IHH and alkaline phosphatase (ALP) [101].

[Nutrimuscle-Conseils]

Elevated levels of MMP13 have been reported in OA cartilage [47,48]. The gene level of MMP13 was highly expressed in OA cartilage when compared to normal levels. Elevated expression of MMP13 and collagen type X was reported after inducing knee joint stability by the transection of knee ligaments and meniscus removal in mouse OA models [49]. MMP13 is also thought to play a central role in the irreversible degradation of collagen type II in OA [50,51]. Knockdown of activin-like kinase 5 (ALK5) was reported to increase MMP13 mRNA levels [52]. TGFβ is important for the maintenance and protection of healthy articular cartilage; therefore, it is commonly used in the in vitro culture of chondrocytes or chondrogenesis. The binding of TGFβ to its receptor recruits the type I receptor ALK5. In turn, this molecule complex phosphorylates the smad2 and 3 in the smad2/3 pathway, which is known to repress chondrocyte terminal differentiation [53,54]. Another alternative receptor ALK1 activates the smad1/5/8 signaling pathway, which is known to induce chondrocyte terminal differentiation [55,56]. The change in the ALK1/ALK5 ratio during aging or OA development may result in increased dominance of the smad1/5/8 signaling in chondrocytes and induce a hypertrophic-like state by high levels of MMP13. MMP13 is also a central regulator of chondrocyte senescence [57]. Chondrocytes undergoing senescence produce ECM-degrading enzymes such as MMP13, which promotes the degradation of the main protein of the articular cartilage, aggrecan, and collagen type II. MMP13 produced by cultured chondrocytes isolated from older donors appeared to be increased [58]. Changes in chondrocyte function (e.g., decreased anabolic activity and increased catabolic activity) are thought to be related to MMP13 production.

[Nutrimuscle-Conseils]

Effects of administration of glucosamine and chicken cartilage hydrolysate on rheumatoid arthritis in SKG mice.
Kashiuchi S Food Funct. 2019 Aug 1;10(8):5008-5017.

Supplementation with cartilage constituents, such as glucosamine, chondroitin sulfate and collagen peptide, are believed to reduce pain associated with joint disorders, such as rheumatoid arthritis (RA). Here, we administered daily, 10 mg glucosamine or 100 mg chicken cartilage hydrolysate (CH) to SKG/Jcl mice, a model for spontaneous RA, for 5 weeks and evaluated their effects on RA development. In SKG mice, the administration of glucosamine had no reducing effect on RA score but suppressed the expression of Mmp13 and Col3a1 genes in articular cartilage. In contrast, administration of CH suppressed the RA score and levels of plasma interleukin-6 and interleukin-17 to half, although the differences were not significant. Mice administered with glucosamine also showed decreased bone strength of femur and these adverse effects could be eliminated when glucosamine was used in conjunction with CH. These results suggest that CH and glucosamine exert effects on different aspects in SKG mice.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l’étude

Le rôle de l'hypertrophie et de la sénescence des chondrocytes dans l'initiation et la progression de l'arthrose
par Yeri Alice Rim Int. J. Mol. Sci. 2020, 21 (7), 2358;

L'arthrose (OA) est la maladie articulaire la plus courante qui provoque des douleurs et des incapacités dans la population adulte. L'arthrose est principalement causée par un traumatisme induit par une force externe ou par des lésions cartilagineuses liées à l'âge. On pense que l'hypertrophie des chondrocytes ou la sénescence des chondrocytes jouent un rôle dans l'initiation et la progression de l'arthrose. Bien que l'hypertrophie chondrocytaire et la mort cellulaire soient toutes deux des étapes cruciales au cours du processus naturel de formation osseuse endochondrale, l'activation anormale de ces deux processus après une blessure ou pendant le vieillissement semble accélérer la progression de l'arthrose. Cependant, les mécanismes exacts de la progression de l'arthrose et ces deux processus restent mal connus.

La sénescence et l'hypertrophie des chondrocytes pendant l'arthrose partagent divers marqueurs et processus. Dans cette étude, nous avons examiné les changements qui se produisent au cours de l'hypertrophie ou de la sénescence des chondrocytes dans l'arthrose et les tentatives qui ont été faites pour les réguler. La régulation des chondrocytes hypertrophiques ou sénescents pourrait être une cible thérapeutique potentielle pour ralentir ou arrêter la progression de l'arthrose; ainsi, une meilleure compréhension des processus est nécessaire pour la gestion. La PTHrP est une hormone parathyroïdienne avec diverses isoformes, et elle est impliquée dans le développement de plusieurs tissus, y compris le développement du squelette [99]. La PTHrP a augmenté le contenu en GAG et l'expression de SOX9 et COL2A1 dans des pastilles générées à partir de cellules stromales de moelle osseuse et de cellules stromales dérivées de l'adipose, et a régulé à la baisse l'expression de COL10A1 et RUNX2 de manière dose-dépendante [100]. Entre d'autres isoformes, la PTHrP (1-34) induit une chondrogénèse et réduit l'hypertrophie dans les cellules stromales mésenchymateuses [101]. Des travaux antérieurs effectués par Lee et ses collègues ont montré que sur quatre isoformes de PTHrP (1-34, 1-86, 7-34 et 107-139), PTHrP (1-34) a montré l'amélioration la plus significative de la chondrogénèse et de la suppression de l'hypertrophie chez cellules stromales de moelle osseuse humaine [102]. D'autres études ont également montré que la PTHrP (1-34) augmentait l'expression des gènes et des protéines du collagène de type II. L'expression du gène du collagène de type X était moins affectée; cependant, la PTHrP (1-34) a régulé à la baisse l'expression de l'IHH et de la phosphatase alcaline (ALP) [101].

Des niveaux élevés de MMP13 ont été rapportés dans le cartilage OA [47,48]. Le niveau de gène de MMP13 était fortement exprimé dans le cartilage OA par rapport aux niveaux normaux. Une expression élevée de MMP13 et de collagène de type X a été rapportée après avoir induit la stabilité de l'articulation du genou par la transection des ligaments du genou et l'ablation du ménisque dans les modèles OA de souris [49]. On pense également que MMP13 joue un rôle central dans la dégradation irréversible du collagène de type II dans l'OA [50,51]. Le knockdown de l'actinine-like kinase 5 (ALK5) augmenterait les niveaux d'ARNm de MMP13 [52]. Le TGFβ est important pour le maintien et la protection d'un cartilage articulaire sain; par conséquent, il est couramment utilisé dans la culture in vitro de chondrocytes ou la chondrogénèse. La liaison du TGFβ à son récepteur recrute le récepteur de type I ALK5. À son tour, ce complexe de molécules phosphoryle les smad2 et 3 dans la voie smad2 / 3, qui est connue pour réprimer la différenciation terminale des chondrocytes [53,54]. Un autre récepteur alternatif ALK1 active la voie de signalisation smad1 / 5/8, qui est connue pour induire une différenciation terminale des chondrocytes [55,56]. Le changement du rapport ALK1 / ALK5 pendant le vieillissement ou le développement de l'arthrose peut entraîner une dominance accrue de la signalisation smad1 / 5/8 dans les chondrocytes et induire un état de type hypertrophique par des niveaux élevés de MMP13. MMP13 est également un régulateur central de la sénescence chondrocytaire [57]. Les chondrocytes subissant une sénescence produisent des enzymes dégradant l'ECM telles que le MMP13, qui favorise la dégradation de la protéine principale du cartilage articulaire, de l'aggrécan et du collagène de type II. La MMP13 produite par des chondrocytes cultivés isolés de donneurs plus âgés semblait augmenter [58]. On pense que les changements dans la fonction des chondrocytes (par exemple, diminution de l'activité anabolique et augmentation de l'activité catabolique) sont liés à la production de MMP13.

Effets de l'administration de glucosamine et d'hydrolysat de cartilage de poulet sur la polyarthrite rhumatoïde chez les souris SKG.
Kashiuchi S Food Funct. 1 août 2019; 10 (8): 5008-5017.

On pense que la supplémentation en constituants du cartilage, tels que la glucosamine, le sulfate de chondroïtine et le peptide de collagène, réduit la douleur associée aux troubles articulaires, comme la polyarthrite rhumatoïde (PR). Ici, nous avons administré quotidiennement, 10 mg de glucosamine ou 100 mg d'hydrolysat de cartilage de poulet (CH) à des souris SKG / Jcl, un modèle de PR spontanée, pendant 5 semaines et évalué leurs effets sur le développement de la PR. Chez les souris SKG, l'administration de glucosamine n'a eu aucun effet réducteur sur le score de PR mais a supprimé l'expression des gènes Mmp13 et Col3a1 dans le cartilage articulaire. En revanche, l'administration de CH a supprimé le score de PR et les niveaux d'interleukine-6 et d'interleukine-17 plasmatiques de moitié, bien que les différences n'étaient pas significatives. Les souris administrées avec de la glucosamine ont également montré une diminution de la résistance osseuse du fémur et ces effets indésirables pourraient être éliminés lorsque la glucosamine était utilisée en association avec CH. Ces résultats suggèrent que le CH et la glucosamine exercent des effets sur différents aspects chez les souris SKG