Functional analysis of an arthritogenic synovial fibroblast

Increasing attention has been directed towards identifying non-T-cell mechanisms as potential therapeutic targets in rheumatoid arthritis. Synovial fibroblast (SF) activation, a hallmark of rheumatoid arthritis, results in inappropriate production of chemokines and matrix components, which in turn lead to bone and cartilage destruction. We have demonstrated that SFs have an autonomous pathogenic role in the development of the disease, by showing that they have the capacity to migrate throughout the body and cause pathology specifically to the joints. In order to decipher the pathogenic mechanisms that govern SF activation and pathogenic potential, we used the two most prominent methods of differential gene expression analysis, differential display and DNA microarrays, in a search for deregulated cellular pathways in the arthritogenic SF. Functional clustering of differentially expressed genes, validated by dedicated in vitro functional assays, implicated a number of cellular pathways in SF activation. Among them, diminished adhesion to the extracellullar matrix was shown to correlate with increased proliferation and migration to this matrix. Our findings support an aggressive role for the SF in the development of the disease and reinforce the perspective of a transformed-like character of the SF

Genetic Dissection of the Cellular Pathways and Signaling Mechanisms in Modeled Tumor Necrosis Factor–induced Crohn's-like Inflammatory Bowel Disease

Recent clinical evidence demonstrated the importance of tumor necrosis factor (TNF) in the development of Crohn's disease. A mouse model for this pathology has previously been established by engineering defects in the translational control of TNF mRNA (TnfΔAREmouse). Here, we show that development of intestinal pathology in this model depends on Th1-like cytokines such as interleukin 12 and interferon γ and requires the function of CD8+ T lymphocytes. Tissue-specific activation of the mutant TNF allele by Cre/loxP-mediated recombination indicated that either myeloid- or T cell–derived TNF can exhibit full pathogenic capacity. Moreover, reciprocal bone marrow transplantation experiments using TNF receptor–deficient mice revealed that TNF signals are equally pathogenic when directed independently to either bone marrow–derived or tissue stroma cell targets. Interestingly, TNF-mediated intestinal pathology was exacerbated in the absence of MAPKAP kinase 2, yet strongly attenuated in a Cot/Tpl2 or JNK2 kinase–deficient genetic background. Our data establish the existence of redundant cellular pathways operating downstream of TNF in inflammatory bowel disease, and demonstrate the therapeutic potential of selective kinase blockade in TNF-mediated intestinal pathology

Cytoskeletal Rearrangements in Synovial Fibroblasts as a Novel Pathophysiological Determinant of Modeled Rheumatoid Arthritis

Rheumatoid arthritis is a chronic inflammatory disease with a high prevalence and substantial socioeconomic burden. Despite intense research efforts, its aetiology and pathogenesis remain poorly understood. To identify novel genes and/or cellular pathways involved in the pathogenesis of the disease, we utilized a well-recognized tumour necrosis factor-driven animal model of this disease and performed high-throughput expression profiling with subtractive cDNA libraries and oligonucleotide microarray hybridizations, coupled with independent statistical analysis. This twin approach was validated by a number of different methods in other animal models of arthritis as well as in human patient samples, thus creating a unique list of disease modifiers of potential therapeutic value. Importantly, and through the integration of genetic linkage analysis and Gene Ontology–assisted functional discovery, we identified the gelsolin-driven synovial fibroblast cytoskeletal rearrangements as a novel pathophysiological determinant of the disease

The long non-coding RNA HOTAIR contributes to joint-specific gene expression in rheumatoid arthritis

Although patients with rheumatoid arthritis (RA) typically exhibit symmetrical joint involvement, some patients develop alternative disease patterns in response to treatment, suggesting that different molecular mechanism may underlie disease progression depending on joint location. Here, we identify joint-specific changes in RA synovium and synovial fibroblasts (SF) between knee and hand joints. We show that the long non-coding RNA HOTAIR, which is only expressed in knee SF, regulates more than 50% of this site-specific gene expression in SF. HOTAIR is downregulated after stimulation with pro-inflammatory cytokines and is expressed at lower levels in knee samples from patients with RA, compared with osteoarthritis. Knockdown of HOTAIR in knee SF increases PI-Akt signalling and IL-6 production, but reduces Wnt signalling. Silencing HOTAIR inhibits the migratory function of SF, decreases SF-mediated osteoclastogenesis, and increases the recruitment of B cells by SF. We propose that HOTAIR is an important epigenetic factor in joint-specific gene expression in RA

Dissection of cellular targets of tumor necrosis factor (TNFα) in murine models of inflammatory polyarthritis

Ο ΤΝF θεωρείται ότι παίζει κεντρικό ρόλο στην ανάπτυξη της Ρευματοειδούς Αρθρίτιδας και οι αντί-TNF θεραπείες είναι πράγματι ικανοποιητικά επιτυχείς για την καταστολή της. Παρ’ όλα αυτά, οι συγκεκριμένοι μοριακοί και κυτταρικοί μηχανισμοί μέσω των οποίων ο TNF γίνεται παθογόνος στην αρθρίτιδα, παραμένουν άγνωστοι. Στο παρελθόν η ερευνητική ομάδα του Δρ Γ. Κόλλια δημιούργησε μία διαγονιδιακή σειρά, την Tg197, με διαγονίδιο τον TNF του ανθρώπου, στο οποίο είχε αντικατασταθεί η 3’ περιοχή του γονιδίου με την αντίστοιχη περιοχή του ανθρώπινου γονιδίου της β-σφαιρίνης, και μία μεταλλαγμένη σειρά ποντικών, την TNFΔARE, που παρουσιάζει κατασκευασμένη έλλειψη των ΑU-στοιχείων στην 3’ περιοχή του mRNA του TNF. Η 3’ περιοχή του TNF γονιδίου ελέγχει την σταθερότητα του αγγελιοφόρου RNA και την ποσοτική παραγωγή της πρωτεΐνης. Και στους δύο ποντικούς εμφανίζεται απορυθμισμένη έκφραση του TNF, με αποτέλεσμα την ανάπτυξη χρόνιας φλεγμονώδους πολυαρθρίτιδας. Ο TNFΔARE ποντικός αναπτύσσει άλλη μία φλεγμoνώδη παθολογία, μια εντεροπάθεια που προσομοιάζει την νόσο του Crohn. Επιπλέον, προηγούμενες μελέτες έχουν αμφισβητήσει την κρισιμότητα του ρόλου των Τ και Β κυττάρων στην ανάπτυξη και την εξέλιξη της πολυαρθρίτιδας, αφού η έλλειψή τους και στα δυο πειραματικά πρότυπα οδήγησε σε αρθριτικό φαινότυπο στα ίδια χρονικά πλαίσια και με την ίδια δριμύτητα. Λόγω του αυξημένου ενδιαφέροντος που έχει παρατηρηθεί όσον αφορά τους ανεξάρτητους, από T κύτταρα, μηχανισμούς σαν πιθανούς θεραπευτικούς στόχους στη ρευματοειδή αρθρίτιδα, μελετήθηκε η γονιδιακή έκφραση των ινοβλαστών του αρθρικού υμένα από το πειραματικό πρότυπο Ρευματοειδούς Αρθρίτιδας, Τg197. Η ενεργοποίηση των ινοβλαστών του αρθρικού υμένα οδηγεί σε ανάρμοστη παραγωγή χημειοτακτικών παραγόντων και προϊόντων της θεμέλιας ουσίας που οδηγούν στην καταστροφή του χόνδρου και του οστού. Οι μελέτες σε κλώνους ινοβλαστών που προέκυψαν από τις αρθρώσεις των Tg197 ποντικών, έδειξε ότι αυτά τα κύτταρα παρουσιάζουν αυτόνομο ρόλο στην ανάπτυξη της αρθριτικής παθογένειας και την ιδιότητα να μεταναστεύουν σε όλο το σώμα αλλά να προκαλούν ασθένεια μόνο στις αρθρώσεις. Οι ιδιότητες των κυττάρων αυτών αναλύθηκαν με τεχνικές ελέγχου της έκφρασης γονιδίων, όπως η διαφορική ανάλυση και οι μικροσυστοιχίες DNA. Η λειτουργική ομαδοποίηση των απορυθμισμένων γονιδίων, που επιβεβαιώθηκε με in vitro αναλύσεις, εμπλέκει έναν αριθμό γονιδίων στην ενεργοποίηση των ινoβλαστών. Ανάμεσα σε αυτά, η μειωμένη προσκόλληση στη θεμέλια ουσία και η απορύθμιση γονιδίων που σχετίζονται με τις κυτταροσκελετικές διευθετήσεις φαίνεται να συσχετίζεται με την ικανότητα μετανάστευση σε συστατικά της θεμέλιας ουσίας και να επηρεάζει την ανάπτυξη της παθολογίας. Τα αποτελέσματα αυτά υποστηρίζουν τον επιθετικό χαρακτήρα των ινοβλαστών του αρθρικού υμένα. Η αναγνώριση της πρώιμης ενεργοποίησης των μεσεγχυματικών κυττάρων της άρθρωσης και του εντέρου που συνοδεύεται από απορυθμισμένη έκφραση των μεταλλοπρωτεασών ενισχύει την ιδιαιτερότητα αυτών των κυττάρων και στα φλεγμονώδη νοσήματα του TNFΔARE ποντικού

Mesenchymal cell targeting by TNF as a common pathogenic principle in chronic inflammatory joint and intestinal diseases

Tumor necrosis factor (TNF) is key to the pathogenesis of various arthritic diseases and inflammatory bowel disease (IBD). Anti-TNF therapies have proved successful in the clinical treatment of these diseases, but a mechanistic understanding of TNF function is still lacking. We have investigated early cellular mechanisms of TNF function in these diseases using an established TNF transgenic model, which develops a spondyloarthritis-like disease characterized by peripheral joint arthritis, sacroiliitis, enthesitis, and Crohn's-like IBD. Bone marrow grafting experiments demonstrated that development of arthritis requires TNF receptor I (TNFRI) expression in the radiation-resistant compartment, which is also known to be a sufficient target of TNF in the development of Crohn's-like IBD in the same model. Early activation of synovial fibroblasts and intestinal myofibroblasts could also be demonstrated by perturbed expression of matrix metalloproteases and their inhibitors. Notably, selective Cre/loxP-mediated TNFRI expression in mesenchymal cells resulted in a fully arthritic–spondyloarthritic and intestinal phenotype, indicating that mesenchymal cells are primary and sufficient targets of TNF in these pathologies. Our results offer a novel mechanistic perspective for TNF function in gut and joint pathologies and indicate early common cellular pathways that may also explain the often observed synovial–gut axis in human disease