Mecanotransducción y efecto de los corticoides sobre el osteocito. Dra. Carola Bozal Cátedra de Histología y Embriología Facultad de Odontología, UBA

Transcripción

1 Mecanotransducción y efecto de los corticoides sobre el osteocito Dra. Carola Bozal Cátedra de Histología y Embriología Facultad de Odontología, UBA

2 Osteoporosis inducida por glucocorticoides (GIO)

3 The greatly compressed bodies of the vertebrae... were so soft they could easily be cut with a knife. Harvey Cushing, Asociada al Hipercortisolismo endógeno (Sindrome de Cushing) - Secundaria al tratamiento de enfermedades crónicas 3º causa de osteoporosis (luego de la postmenopáusica y por edad avanzada) 1º causa de osteoporosis secundaria

4 Características histológicas de la Osteoporosis inducida por glucocorticoides (GIO) Hueso trabecular Disminución del VO con disminución del ancho trabecular Disminución del área de osteoide Disminución en el nº de osteoblastos Incremento de apoptosis en osteoblastos y osteocitos Normal o levemente aumentado nº de osteoclastos Fase reversal mas prolongada Disminución de la formación ósea Disminución de la vascularización Weinstein. Endocrinol Metab Clin N Am 41 (2012)

5 Características histológicas de la Osteoporosis inducida por glucocorticoides (GIO) Hueso trabecular Disminución del VO con disminución del ancho trabecular Disminución del Disminución área de osteoide la diferenciación de nuevos osteoblastos Disminución en el nº de osteoblastos Prematura apoptosis de los osteoblastos Incremento de maduros apoptosis en osteoblastos y osteocitos Normal o levemente aumentado nº de osteoclastos Fase reversal mas prolongada Disminución de la formación ósea Disminución de la vascularización Weinstein. Endocrinol Metab Clin N Am 41 (2012)

6 Características histológicas de la Osteoporosis inducida por glucocorticoides (GIO) Hueso trabecular Disminución del VO con disminución del ancho trabecular Disminución del Asociado área de a: osteoide Disminución del factor de crecimiento Disminución en el nº de osteoblastos vascular endotelial (VEGF) Incremento de Disminución apoptosis en osteoblastos de la angiogénesis y osteocitos Normal o levemente esqueletal aumentado nº de osteoclastos Fase reversal Disminución mas prolongada del fluido óseo intersticial Disminución de la formación ósea Disminución de la vascularización Weinstein. Endocrinol Metab Clin N Am 41 (2012)

7 Características histológicas de la Osteoporosis inducida por glucocorticoides (GIO) Hueso trabecular Disminución del VO con disminución del ancho trabecular Disminución del área de osteoide Disminución en el nº de osteoblastos Incremento de apoptosis en osteoblastos y osteocitos Normal o levemente Incremento aumentado de la sobrevida nº de osteoclastos de osteoclastos, pero sin incremento de la RO Fase reversal mas prolongada Disminución de la formación ósea Disminución de la vascularización Weinstein. Endocrinol Metab Clin N Am 41 (2012)

8 Osteoporosis inducida por GC masa ósea Osteoporosis post menopáusica masa ósea BMD > BMD riesgo de fracturas fragilidad ósea

9 MANOLAGAS AND WEINSTEIN JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH Volume 14, Number 7, 1999

10 Características histológicas de la Osteoporosis inducida por glucocorticoides (GIO) Luego Bipsia en del la tratamiento cuál se muestra crónico que con prácticamente prednisolona todos las biopsias los osteocitos de hueso y lining esponjoso cells son apoptóticos muestran un (tinción incremento marrón de adipocitos +) (inmunohistoquímica con trabéculas para óseas ISEL) atróficas, sin conexión y sin osteoblastos, con áreas erosivas desprovistas de osteoclastos. Weinstein. Bone March ; 46(3):

11 Debby den Uyl & Irene E. M. Bultink & Willem F. Lems Curr Rheumatol Rep (2011) 13:

12 Robert S. Weinstein, M.D. N Engl J Med 2011; 365:62-70, 2011 El exceso de glucocorticoides causa osteoporosis y osteonecrosis por efecto directo sobre las células óseas

13 El Osteocito La célula ósea : 90-95% forma estrellada. Tamaño: 5-20 µm prolongaciones citoplasmáticas (procesos) (40-60 x célula) laguna o cavidad osteocítica canalículos (diam nm) LCS (sistema lacunocanalicular) Klein Nulend J, Bacabac RG, Mullender MG. Pathologie Biologie, 2004

14 OSTEOCITOS: Función mecanosensora

15 El osteocito: su rol mecanotransductor Cargas mecánicas aplicadas sobre el hueso FLUJO DEL FLUIDO CANALICULAR Stress de deslizamiento sobre los osteocitos (sensado) Comunicación a células efectoras Klein Nulend J, Bacabac RG, Mullender MG. Pathologie Biologie, 2004 Activación de la remodelación

16 Participación del SLC en la mecanotransducción Bozal CB et al. Cells Tissues Organs. 2013;197(6):

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18 Efecto de los GC sobre los osteocitos apoptosis 15 20% Noble 1997 Weinstein 1998 Plotkin 1999 Weinstein 2000 O Brian 2004 Lane 2006 Plotkin 2007 Weinstein 2011 Jähn 2012 Disrupción de la red de interconexión fragilidad ósea

19 Disrupción de la red de interconexión osteocitaria En distintas patologías óseas se hace evidente histológicamente la alteración de la integridad de la red osteocítica y del LCS : Imposibilidad de detectar y reparar microfracturas FRAGILIDAD ÓSEA Alteración de la capacidad de sensado de las fuerzas Knothe Tate M. Int J Biochem Cell Biol 36(1):1 8, 2004 Fatiga ósea y generación de microdaños en la matriz

20 Fatiga mecánica Microdaños APOPTOSIS Ot ruptura del sincicio celular ruptura del pasaje del fluído óseo del LCS Se desencadena una señal remodelativa local

21 % of osteocytes Los estímulos mecánicos disminuyen la apoptosis de los osteocitos TUNEL ++ TUNEL -- Apoptosis * * * * * TUNEL 120 * EXPRESSION Control 1 h 2 h % of osteocytes Control 1 h 2 h Control TUNEL ++ TUNEL -- % of osteocytes Control 1 h 2 h TUNEL ++ TUNEL -- Expe rime nta l % o f o s te o c y t e s Control 1 h 2 h TUNEL ++ TUNEL-- Noble et al. Am J Physiol Cell Physiol 284: C934 C943, µm 10 µm BOZAL CB, SANCHEZ L, LACAVE M, MANDALUNIS PM y UBIOS AM J Dent Res 86 (Spec Iss A): 2532, 2007

22 Se puede inhibir suprimir o prevenir la apoptosis de Ot inducida por GC? Los estímulos mecánicos bloquean la apoptosis inducida por GC a través de la liberación de PGE2 Kitase et al. Journal of Bone and Mineral Research, 25(12), 2010: Plotkin et al. Bone 49(1): , 2011 Weinstein et al. Endocrinology 145: , 2011 Los BF y PTH previenen la apoptosis inducida por GC

23 Efecto de los GC sobre los osteocitos tamaño lacunar Osteólisis osteocítica expresión de MMP, catepsinas, proteinasas y DMP 1 mineralización de la matriz perilacunar

24 Efecto de los GC sobre los osteocitos tamaño lacunar Osteólisis osteocítica Bélanger 1969 Lane 2006 Modificaciones del entorno mineral perilacunar (desmineralización) expresión de MMP, catepsinas, proteinasas y DMP 1 mineralización de la matriz perilacunar A bajas dosis de GC en ratones Lane 2010 Yao 2013

25 Efecto de los GC sobre los osteocitos cambios en los niveles de esclerostina (SOST) Inhibidor de FO y de la osteoblastogénesis por inhibición de la via Wnt/β catenina en osteoblastos

26 Efecto de los GC sobre los osteocitos La administración de GC en ratones produjo incremento de la expresión de SOST en los osteocitos (Yao 2008) En humanos se encontró que el hipercortisolismo crónico provoca disminución de los niveles séricos de esclerostina, que aumentan luego del tratamiento (van Lierop 2012) cambios en los niveles de esclerostina (SOST) Inhibidor de FO y de la osteoblastogénesis por inhibición de la via Wnt/β catenina en osteoblastos

27 Esclerostina participa de la inducción del cuadro osteoporótico por GC? El tratamiento con GC en un paciente con enfermedad de Van Buchem (no expresa esclerostina) produjo disminución de la formación ósea van Lierop et al. (2010) Arthritis Rheum, 63: En ratones, la administración simultánea de GC y de anticuerpo anti esclerostina, previno la aparición de un cuadro de osteoporosis inducida por GC Marenza et al. (2011) Arthritis Rheum, 63:

28 Esclerostina participa de la inducción del cuadro osteoporótico por GC? escleros na apoptosis de osteocitos La disminución en los niveles de Scl con GC crónicos no sería un efecto inhibitorio directo en la síntesis, sino la consecuencia de una disminución en la función o una menor cantidad de osteocitos van Lierop et al. Sclerostin in Endogenous Hypercortisolism J Clin Endocrinol Metab, October 2012, 97(10):E1953 E1957

29 Esclerostina participa de la inducción del cuadro osteoporótico por GC? Sclerostin stimulates osteocyte support of osteoclast activity by a RANKL dependent pathway. inhibiendo la FO por bloqueo de la Wijenayaka vía Wnt β et al PLoS One, 2011 catenina en osteoblastos? activando la RO a través de un mecanismo dependiente de la secreción de RANKL?

30 Efecto de los GC sobre los osteocitos apoptosis 15 20% Noble 1997 Weinstein 1998 Plotkin 1999 Weinstein 2000 O Brian 2004 Lane 2006 Plotkin 2007 Weinstein 2011 Jähn 2012 autofagia Xia 2010 (in vitro e in vivo) Jia 2011 Yao 2013 Atenuación de los efectos de los GC

31 La dosis y el tiempo de administración de los GC determinan la respuesta osteocitaria: APOPTOSIS o AUTOFAGIA (>5,6 mg/kg/d en ratones) o administraciones crónicas de GC (<2,8 mg/kg/d en ratones) W. Yao et al. / Bone 54 (2013)

32 Autofagia Es uno de los procesos biológicos más importantes que permite a una célula sobrevivir al estrés y permite mantener la homeostasis celular mediante la degradación de organelas celulares envejecidas y/o dañadas.

33 En la autofagia la célula digiere sus propias estructuras ( self-eating ), mediante autofagolisosomas en respuesta a la ausencia de nutrientes esenciales La autodigestión parcial que ocurre durante la autofagia prolonga la supervivencia de una célula ante la ausencia de nutrientes esenciales Cell Death and Differentiation (2005) 12, Nat Cell Biol 1999; 1: 461

34 MICROAUTOFAGIA MACROAUTOFAGIA Nature February 28; 451(7182): doi: /nature06639.

35 La autofagia es un cuchillo de doble filo (Yao et al 2013) en tanto está involucrada tanto como mecanismo protector de una célula como en la muerte celular.

36 La autofagia es un cuchillo de doble filo (Yao et al 2013) en tanto está involucrada tanto como mecanismo protector de una célula como en la muerte celular. Ocurre bajo situaciones de estrés moderado o de baja duración Las células están en un estado de mayor actividad metabólica Las células reparan sus organelas y membranas dañadas Durante la fase inicial de los tratamientos con GC

37 La autofagia es un cuchillo de doble filo (Yao et al 2013) en tanto está involucrada tanto como mecanismo protector de una célula como en la muerte celular. Acumulación intracitoplasmática de autofagosomas Cuando los tratamientos con GC se prolongan en el tiempo

38 Muerte celular programada (PCD) no es sinónimo de apoptosis. La muerte autofágica como otra forma de PCD: autophagic programmed cell death Cell Death and Differentiation (2005) 12, Gerontology 2008;54:92 99

39 Definición Muerte celular programada Apoptosis: (muerte celular tipo I) conjunto de procesos celulares, genéticamente programados, por el que las células inducen su propia muerte, en respuesta a diferentes estímulos, sin alterar a las células vecinas. Caspasas Autofagia (muerte celular tipo II) Catástrofe mitótica Paraptosis Envejecimiento (muerte celular muy lenta) No caspasas Necrosis

40 Autofagia vs Muerte autofágica Animales que no experimentan apoptosis Señal que activa la muerte autofágica (PCD) sin involucrar el mecanismo apoptótico Cell Death and Differentiation (2005) 12, Gerontology 2008;54:92 99

41 La dosis y el tiempo de administración de los GC determinan la respuesta osteocitaria: APOPTOSIS o AUTOFAGIA Los osteocitos recurrirían a la autofagia en un intento por sobrevivir a los efectos de los GC W. Yao et al. / Bone 54 (2013)

42 Conclusiones Los incrementos séricos de esclerostina observados luego del tratamiento de pacientes con hipercortisolismo indicarían el reestablecimiento de la función osteocitaria y/o de la cantidad de osteocitos viables El incremento del tamaño lacunar alteraría la capacidad de sensado de las fuerzas por parte de los osteocitos, modificando también la forma en la que se disipan las fuerzas, posiblemente generando mayor cantidad de microfracturas en la matriz que podrían contribuir a incrementar la fragilidad ósea

43 Conclusiones La dosis y el tiempo de administración de los GC es lo que determina que los osteocitos entren en autofagia o en apoptosis Si bajas dosis de administración de GC inducen autofagia de Ot en lugar de apoptosis, sin afectar la viabilidad y función osteocitaria, aparece un nuevo paradigma en el tratamiento con GC La aparición de un posible tratamiento que apunte como target a la supresión prevención o aumento de la autofagia en Ot surge como terapia prometedora para prevenir o inhibir la fragilidad ósea que provocan los GC

44 Conclusiones La liberación de PGE2 en los osteocitos luego de la estimulación mecánica ejerce un efecto antiapoptótico paracrino previniendo la apoptosis inducida por GC, a través de la activación de la vía de señalización de β catenina

45 Dra. Carola Bozal