Clinical and pathogenetic interrelation between molecular regulation of apoptosis and cell differentiation in osteoarthritis

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Aim. To determine clinical and pathogenetic relationship between the levels of apoptosis and growth and differentiation regulation (growth inhibitor 1 induced by oxidative stress, growth/differentiation factor 5) in osteoarthritis.

Methods. In a rheumatology office of Vladivostok polyclinic №3 65 patients with knee osteoarthritis Kellgren grade 1-4 aged 66.5±8.0 years were examined. 25 healthy volunteers matched by sex and age without clinical and radiologic manifestations of osteoarthritis were included into control group. To measure concentration of the studied molecules in study patients’ blood, ELISA method was used.

Results. Patients with osteoarthritis compared to control group had statistically significantly increased levels of Fas, growth/differentiation factor 5 and ratio of growth/differentiation factor 5/growth inhibitor 1 induced by oxidative stress. Fas levels were significantly lower in late stages 2-4 of osteoarthritis compared to stages 1 and 2. Growth/differentiation factor 5 level was lower in patients with stage 3-4 of osteoarthritis compared to stages 1 and 2. As radiologic signs of osteoarthritis progressed, decrease of the ratio of growth/differentiation factor 5/growth inhibitor 1 induced by oxidative stress, was registered which was significantly lower in stages 2 and 3 compared to stage 1.

Conclusion. Extrinsic pathway of apoptosis plays a big role in forming pain syndrome in osteoarthritis, and its maintenance is provided by other mechanisms which include influence of oxidative stress via inhibition of cell cycle mediated by growth inhibitor 1 induced by oxidative stress, reduced involvement of growth/differentiation factor 5 in differentiation processes and regulation of protein synthesis of extracellular cartilaginous tissue matrix.

About the authors

M A Kabalyk

Pacific State Medical University

Author for correspondence.
Email: Maxi_maxim@mail.ru
Vladivostok, Russia

N G Plekhova

Pacific State Medical University

Email: Maxi_maxim@mail.ru
Vladivostok, Russia

A V Lagureva

Pacific State Medical University

Email: Maxi_maxim@mail.ru
Vladivostok, Russia

A B Sunyaykin

Pacific State Medical University

Email: Maxi_maxim@mail.ru
Vladivostok, Russia

References

  1. Kabalyk M.A. Biomarkers of subchondral bone remodeling in osteoarthritis. Tikhookeanskiy meditsinskiy zhurnal. 2017; (1): 36–41. (In Russ.)
  2. Aigner T., Rose J., Martin J. et al. Aging theories of primary osteoarthritis: from epidemiology to molecular biology. Rejuvenation Res. 2004; 7 (2): 134–145. doi: 10.1089/1549168041552964.
  3. Davydov D.A., Avdalyan A.M., Agadzhanyan V.V. et al. Analysis of proliferative activity and apoptosis of cells of the femoral head bone in various etiological forms of osteoarthritis. Politravma. 2016; (4): 69–75. (In Russ.)
  4. Musumeci G., Castrogiovanni P., Trovato F.M. et al. Biomarkers of chondrocyte apoptosis and autophagy in osteoarthritis. Int. J. Mol. Sci. 2015; 16 (9): 20560–20575. doi: 10.3390/ijms160920560.
  5. Schneider N., Mouithys-Mickalad A., Lejeune J.P. et al. Oxygen consumption of equine articular chondrocytes: influence of applied oxygen tension and glucose concentration during culture. Cell Biol. Int. 2007; 31: 878–886. doi: 10.1016/j.cellbi.2007.02.002.
  6. Kabalyk M.A., Gel’cer B.I., Osipov A.L., Fadeev M.F. Heat shock proteins — participants in osteoarthrosis pathogenesis. Kazanskiy meditsinskiy zhurnal. 2016; 97 (5): 744–749. (In Russ.)
  7. Dubikov A.I., Belogolovykh L.A., Medved’ E.E. The role of apoptosis in pathogenesis of rheumatoid arthritis and osteoarthritis. Nauchno-prakticheskaya revmatologiya. 2005; 43 (1): 64–68. (In Russ.)
  8. Tchetina E.V., Poole A.R., Zaitseva E.M., et al. Differences in mTOR (mammalian target of rapamycin) gene expression in the peripheral blood and articular cartilages of osteoarthritic patients and disease activity. Arthritis. 2013; 2013: 461486. doi: 10.1155/2013/461486.
  9. Chetina E.V., Markova G.A., Taskina E.A. et al. Molecular mechanisms of pain regulation in patients with osteoarthritis. Nauchno-prakticheskaya revmatologiya. 2016; 54 (4): 424–431. (In Russ.)
  10. Yang X., Shang H., Katz A., Li X. A modified aggregate culture for chondrogenesis of human adipose-derived stem cells genetically modified with growth and differentiation factor 5. Biores. Open Access. 2013; 2 (4): 258–265. doi: 10.1089/biores.2013.0014.
  11. Khan I.M., Redman S.N., Williams R. et al. The development of synovial joints. Curr. Top. Dev. Biol. 2007; 79: 1–36. doi: 10.1016/S0070-2153(06)79001-9.
  12. Kabalyk M.A. Textural characteristics of the subchondral bone in osteoarthritis. Kazanskiy meditsinskiy zhurnal. 2016; 97 (4): 518–523. (In Russ.)
  13. Alexander T.H., Sage A.B., Chen A.C. et al. Insulin-like growth factor-I and growth differentiation factor-5 promote the formation of tissue-engineered human nasal septal cartilage. Tissue. Eng. Part. C. Methods. 2010; 16 (5): 1213–1221. doi: 10.1089/ten.TEC.2009.0396.
  14. Brennan M.S., Matos M.F., Richter K.E. et al. The NRF2 transcriptional target, OSGIN1, contributes to monomethyl fumarate-mediated cytoprotection in human astrocytes. Sci. Rep. 2017; 7: 42054. doi: 10.1038/srep42054.
  15. Brennan M.S., Patel H., Allaire N. et al. Pharmacodynamics of dimethyl fumarate are tissue specific and involve NRF2-dependent and -independent mechanisms. Antioxid. Redox. Signal. 2016; 24 (18): 1058–1071. doi: 10.1089/ars.2015.6622.
  16. Dubikov A.I., Kabalyk M.A., Koretskyja T.Yu. Microcrystalline stress in the pathogenesis of osteoarthritis. Terapevticheskiy arkhiv. 2016; 88 (5): 32–36. (In Russ.)
  17. Liu Z., Shen J., Pu K. et al. GDF5 and BMP2 inhibit apoptosis via activation of BMPR2 and subsequent stabilization of XIAP. Biochim. Biophys. Acta. 2009; 1793 (12): 1819–1827. doi: 10.1016/j.bbamcr.2009.09.012.
  18. Krieglstein K., Suter-Crazzolara C., Hötten G. et al. Trophic and protective effects of growth/differentiation factor 5, a member of thetransforming growth factor-beta superfamily, on midbrain dopaminergic neurons. J. Neurosci. Res. 1995; 42 (5): 724–732.
  19. Federico A., Cardaioli E., Da Pozzo P. et al. Mitochondria, oxidative stress and neurodegeneration. J. Neurol. Sci. 2012; 322 (1–2): 254–262. doi: 10.1016/j.jns.2012.05.030.
  20. Rezaei M., Rasekh H.R., Ahmadiani A., Pourahmad J. Involvement of subcellular organelles in inflammatory pain-induced oxidative stress and apoptosis in the rat hepatocytes. Arch. Iran. Med. 2008; 11 (4): 407–417. DOI: 08114/AIM.0012.
  21. Liang Q., Wang X.P., Chen T.S. Resveratrol protects rabbit articular chondrocyte against sodium nitroprusside-induced apoptosis via scavenging ROS. Apoptosis. 2014; 19 (9): 1354–1363. doi: 10.1007/s10495-014-1012-1.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

© 2018 Kabalyk M.A., Plekhova N.G., Lagureva A.V., Sunyaykin A.B.

Creative Commons License

This work is licensed
under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.




Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».