Role of the gene Slc11a1 and selected genotypes for minimum and maximum inflammatory reactivity in the process of alveolar bone healing in mice
Papel do gene Slc11a1 e de genótipos selecionados para mínima e máxima reatividade inflamatória no processo de reparo ósseo alveolar em camundongos
Publication year: 2018
Theses and dissertations in Inglés presented to the Universidade de São Paulo. Faculdade de Odontologia de Bauru to obtain the academic title of Doutor. Leader: Garlet, Gustavo Pompermaier
The process of alveolar bone healing can be influenced by several local and systemic factors, which include the immune system and healing related genes. However, the exact role of host inflammatory responsiveness and genetic background in bone healing process remains unclear. In this context, we evaluated the influence inflammation in alveolar bone healing taking advantage of mice strains genetically selected for maximum (AIRmax) or minimum (AIRmin) acute inflammatory response, as well AIR strains homozygous for RR/SS Slc11a1 genotypes. Experimental groups (N=5/time/group) comprised 8-week-old male or female AIRmax and AIRmin; and substrains AIRminRR, AIRminSS and AIRmaxRR and AIRmaxSS; submitted to extraction of upper right incisor and evaluated at 0, 3, 7, 14 and 21 days after upper incision extraction by micro-computed tomography (CT), histomorphometry, birefringence, immunohistochemistry and molecular (PCRArray) analysis. Initially, our results demonstrated that AIRmin mice presented an early increase (p<0.05) in bone volume, hyperdense regions, density of bone matrix and osteoblasts, increased (p<0.05) expressed of BMP4, BMP7 and RUNX2 when compared to AIRmax strain. AIRmin mice also presented lower counts of GR1+ and CD80+ cells, and higher counts of F4/80+ and CD206+ cells, in parallel with higher mRNA expression of CX3CL1, CCL5, CCR5 and ARG when compared to AIRmax animals. In late repair stages, the AIRmin strain presented a decreased (p<0.05) density of osteoclast and blood vessels than AIRmax, along lower RANKL and Catepk and higher PHEX and SOST mRNA expression, but the healing outcome at the endpoint was similar in AIRmin and AIRmax strains. When analyzed the effect of RR/SS Slc11a1 genotypes was evaluated in parallel with the influence AIRmin/AIRmax background, we initially observed that the AIRmax strain, associated with both RR and SS Slc11a1 genotypes, presented a more effective bone healing, characterized by increased (p<0.05) of bone volume and predominance of red fiber in analysis in contrast to AIRmin strains. AIRmaxRR presented increased (p<0.05) F4/80+ and decreased CD80+ e CD206+ cells count, while AIRmaxSS presented increased (p<0.05) GR1+, F4/80+ and CD80+ and decreased CD206+ cells. When the analysis was performed in order to address the influence Slc11a1 variants, AIRmaxSS strain presented a bone healing delay when compared to AIRmaxRR; characterized by decreased (p<0.05) of bone volume, trabecular number and red collagen fibers, increased (p<0.05) GR1+ and CD80+ and decreased F4/80+ and CD206+. Conversely, AIRminSS presented a more effective healing when compared with AIRminRR mice; characterized by increased (p<0.05) of bone volume, trabecular number/separation and red birefringence, increased GR1+ and decreased CD206+ cells count. In conclusion, while AIRmin and AIRmax strains presents a similar healing outcome at the endpoint, the early repair in AIRmin strain was associated with decreased presence of neutrophils and M1 macrophages, and increased M2 macrophages. Additionally, our while results showed that AIRmax inflammatory background was associated to a more effective bone healing process irrespective of the presence of RR/SS Slc11a1 genotypes, RR genotype favors the healing in AIRmax background and SS genotype was found to favor the healing in the AIRmin background.(AU)
O processo de reparo ósseo alveolar pode ser influenciado por vários fatores locais e sistêmicos, que incluem o sistema imunológico e os genes relacionados ao reparo. No entanto, o exato papel da resposta inflamatória do hospedeiro e genético background no processo de reparo ósseo ainda não está claro. Neste contexto, avaliamos a influência da inflamação no reparo óssea alveolar, em camundongos selecionadas geneticamente para uma resposta inflamatória aguda máxima (AIRmax) ou mínima (AIRmin), como também em camundongos AIR homozigoto para os alelos RR/SS do gene Slc11a1.Neste estudo foram utilizados camundongos machos e fêmeas (N=5/tempo/grupo), das linhagens selecionados para máxima e mínima (AIRmax e AIRmin) reação inflamatória, e também as sublinhagens AIRminRR, AIRminSS, AIRmaxRR e AIRmaxSS com idade aproximada de 8 semanas. Todos foram submetidos à extração do incisivo superior direito e avaliados nos períodos de 0, 3, 7, 14 e 21 dias pós extração, seguido pela análise tomografia computadorizada (CT), análise histomorfometria, análise de birrefringência, análise imuno-histoquímica e análise molecular (PCRArray). Inicialmente, nossos resultados demonstraram que a linhagem AIRmin, no período inicial, apresentou um aumento (p<0.05) no volume ósseo, nas regiões hiperdensas, na densidade de matriz óssea e osteoblastos, seguido pelo aumento (p<0.05) na expressão de BMP4, BMP7 e RUNX2 quando comparado a linhagem AIRmax. Camundongos AIRmin também apresentou uma menor contagem de células GR1+ e CD80+ e aumento da contagem de células F4/80+ e CD206+, em paralelo com aumento da expressão de mRNA de CX3CL1, CCL5, CCR5 e ARG quando comparado aos camundongos AIRmax. Nos períodos tardios, a linhagem AIRmin apresentou uma diminuição (p<0.05) na densidade de osteoclastos e vasos sanguíneos em comparação AIRmax, seguido por uma diminuição na expressão de mRNA de RANKL e Catepk e aumento de PHEX e SOST, mas o processo de reparo ósseo alveolar, no período final foi semelhante entres as linhagens AIRmin e AIRmax. Quando analisamos o efeito dos alelos RR/SS do gene Slc11a1 em paralelo com a influência do background AIRmin/AIRmax, nós inicialmente observamos que a linhagem AIRmax associada com ambos os alelos RR/SS do gene Slc11a1 apresentaram um processo de reparo mais efetivo, caracterizado pelo aumento (p<0.05) volume ósseo e predominância de fibras vermelhas em comparação com a linhagem AIRmin. Camundongos AIRmaxRR apresentaram aumento (p<0.05) na contagem de células F4/80+ e diminuição na contagem de células CD80+ e CD206+, enquanto, camundongos AIRmaxSS apresentou um aumento (p<0.05) na contagem de células GR1+, F4/80+, CD80+ e diminuição na contagem de células CD206+. Quando analisamos a influência dos alelos do gene Slc11a1, a linhagem AIRmaxSS apresentaram um atraso no reparo óssea quando comparado ao AIRmaxRR; caracterizado pela diminuição (p<0.05) do volume ósseo, número trabecular e fibras colágenas vermelhas, seguido pelo aumento (p<0.05) da contagem de células GR1+ e CD80+ e diminuição de células F4/80+ e CD206+. Por outro lado, camundongos AIRminSS apresentaram um reparo ósseo mais efetivo quando comparada com AIRminRR; caracterizada pelo aumento (p<0.05) do volume ósseo, número / separação trabecular e birrefringência das fibras colágenas no espectro vermelho, seguido pelo aumento da contagem de células GR1+ e diminuição das células CD206+. Diante disso, os nossos resultados demonstraram que as linhagens AIRmin e AIRmax apresentaram um processo de reparo ósseo alveolar semelhantes no período final do reparo, enquanto no reparo inicial a linhagem AIRmin estava associada com a diminuição de neutrófilos e macrófagos M1 e aumento dos macrófagos M2. Além disso, nossos resultados demonstraram que background AIRmax estava associado a um processo de reparo mais efetivo, independentemente da presença de genótipos RR/SS Slc11a1, o genótipo RR favorece o reparo no background AIRmax e o genótipo SS favoreceu a reparo no background AIRmin.(AU)