Updating the role of matrix metalloproteinases in mineralized tissue and related diseases

Bone development and healing processes involve a complex cascade of biological events requiring well-orchestrated synergism with bone cells, growth factors, and other trophic signaling molecules and cellular structures. Beyond health processes, MMPs play several key roles in the installation of heart and blood vessel related diseases and cancer, ranging from accelerating metastatic cells to ectopic vascular mineralization by smooth muscle cells in complementary manner. The tissue inhibitors of MMPs (TIMPs) have an important role in controlling proteolysis. Paired with the post-transcriptional efficiency of specific miRNAs, they modulate MMP performance. If druggable, these molecules are suggested to be a platform for development of “smart” medications and further clinical trials. Thus, considering the pleiotropic effect of MMPs on mammals, the purpose of this review is to update the role of those multifaceted proteases in mineralized tissues in health, such as bone, and pathophysiological disorders, such as ectopic vascular calcification and cancer

The biochemistry of mineralizing extracellular vesicles. Part I: The role of phosphatases

In this chapter, we will review some of the information regarding the functional significance of the inorganic phosphate (Pi)/pyrophosphate (PPi) ratio for physiological mineralization of hard tissues. We will recount the structure and function of the phosphatases involved in the regulation of this ratio: Tissue-nonspecific alkaline phosphatase (TNAP); Nucleotide Pyrophosphatases/Phosphodiesterase 1 (ENPP1); Na,K-ATPase; Nucleoside triphosphate diphosphohydrolase 1 (CD39); ecto-5′-nucleotidase (CD73) and orphan phosphatase 1 (PHOSPHO1); and how this knowledge has guided the development of protein therapeutics and of small molecule inhibitors to affect the Pi/PPi ratio in pathological conditions ranging from soft bones to ectopic calcification disorders

Citotoxicidade do extrato de folhas da Qualea grandiflora Mart. (Vochysiaceae) em cultura de pré-osteoblastos. Avaliação da viabilidade celular e expressão/atividade de MMPs

The use of medicinal plants with the purpose of treatment of many diseases is common. However, a scientific study to ensure the doses considered safe for consumption is required. Qualea grandiflora has been used in folk medicine to treat bloody diarrhea and nervous system depressant, antioxidant and anti-inflammatory activity and among other applications. The aim of this study was to investigate the influence of hydroalcoholic extract obtained from the leaves of Q. grandiflora on MC3T3-E1 pre-osteoblast lineage, correlating the effects of this plant on cell viability and expression and activity of matrix metalloproteinase. It was performed using serial dilution (1000 g/mL, 100 g/mL, 10.0 g/mL, 1.0 g/mL and 0.1 g/mL) of different concentrations of the hydroalcoholic extract of leaves Qualea exposed on preosteoblast MC3T3-E1 cell line. Four periods (24, 48, 72 and 96 h) were stipulated in order to assess cytotoxicity of the plant. From these safe concentrations were chosen (10.0 g/mL, 1.0 g/mL and 0.1 g/mL) and evaluated the expression and activity of MMPs of these cells exposed to the extract Qualea. We found in 70% EtOH extract of the leaves of Q. grandiflora, is mostly derived from gallic acid compounds and other compounds of flavonoid. From the concentrations evaluated, only the lower concentrations (0.1 g/mL, 1.0 g/mL and 10.0 g/mL) showed not be cytotoxic to this cell line and for concentrations higher than 10.0 g/mL caused decreased cell viability. An increase in MMP-9 expression in the group with the extract was found, though the activity was not confirmed by zymography assay. In conclusion, our results indicate what is already practiced by folk medicine as low extract concentrations shown to be safe for this cell line, but high concentrations showed cytotoxicity.O uso de plantas medicinais com o propósito de tratamento de inúmeras doenças é algo comum. No entanto, estudos científicos para garantir as doses consideradas seguras para consumo são necessários. A Qualea grandiflora tem sido usada na medicina popular para o tratamento de diarréia com sangue, além de depressor do sistema nervoso, atividade antioxidante e antiinflamatório entre outras aplicações. Assim, o objetivo deste estudo foi investigar a influência do extrato hidroalcoólico obtido das folhas de Q. grandiflora na linhagem MC3T3-E1, pré-osteoblastos, correlacionando os efeitos desta planta sobre a viabilidade celular, expressão e atividade de metaloproteinases da matriz. Foi realizada diluições seriadas (1000 g/mL, 100 g/mL, 10.0 g/mL, 1.0 g/mL e 0.1 g/mL) de diferentes concentrações do extrato hidroalcoólico de folhas Qualea e deixadas em contato com os préosteoblastos. Quatro períodos (24, 48, 72 e 96 h) foram avaliados de modo a verificar a citotoxicidade da planta. A partir das concentrações seguras escolhidas (10.0 g/mL, 1.0 g/mL e 0.1 g/mL) foram avaliados a expressão e atividade de MMPs destas células expostas ao extrato da Qualea. Encontramos no extrato das folhas de Q. grandiflora, principalmente derivados de compostos de ácido gálico e outros compostos de flavonóides. A partir das concentrações testadas, apenas as concentrações mais baixas (0,1 g/mL, 1.0 g/mL e 10.0 g/mL) não mostraram ser citotóxicas para esta linhagem celular e concentrações superiores a 10.0 g/mL, causaram uma diminuição na viabilidade celular. Um aumento da expressão de MMP-9 no grupo com o extrato foi encontrado, embora a atividade não tenha sido confirmada por ensaio de zimografia. Em conclusão, nossos resultados indicam o que já é praticado pela medicina popular, pois baixas concentrações de extrato mostraram ser seguras para esta linhagem celular, mas concentrações elevadas mostraram citotoxicidade

Mechanisms induced by leukotrienes in arthritis condition

artrite reumatoide é uma doença inflamatória crônica, autoimune, que afeta principalmente as articulações. Apresenta como manifestações clínicas, edema e eritema nas articulações, dor que com a progressão da doença, promovem alterações importantes na arquitetura articular e diminuição e/ou perda de função. Patologicamente, ocorre hiperplasia da membrana sinovial, formação de pannus, presença de células do sistema imune e consequentemente, liberação de quimiocinas e citocinas pro-inflamatórias. Os leucotrienos, por sua vez, são mediadores lipídicos, derivados do metabolismo do ácido araquidônico e sintetizados pela via 5-lipoxigenase (5-LO), apresentando um papel importante na resposta inflamatória tecidual e na defesa do hospedeiro contra vários patógenos. O leucotrieno B4, é um potente quimioatrativo de neutrófilos, pois promove a adesão dessas células para o endotélio vascular, promovendo o desenvolvimento da artrite. O presente trabalho teve como objetivo investigar os mecanismos envolvidos pelos leucotrienos, na artrite induzida em animais knockout para 5-LO (5-LO KO) e wild type (WT). Utilizando o modelo experimental de artrite reumatoide induzida por anticorpos de colágeno (Collagen Antibody-Induced Arthritis - CAIA), camundongos 5-LO KO e WT foram imunizados via veia caudal, com um coquetel de 5 tipos de anticorpos monoclonais contra o colágeno tipo II, no dia 0, seguido por administração intraperitoneal de lipopolissacarídeo (LPS) nos dias 3 e 11. O tampão fosfato-salino (PBS) foi utilizado como veículo nos grupos controles. Os animais foram monitorados e a progressão da doença foi avaliada diariamente por 14 dias. No décimo quarto dia, os camundongos foram eutanasiados e as patas coletadas para os ensaios de coloração com hematoxilina e eosina (HE) e tricrômico de masson, imunoexpressão por imunohistoquímica e imunofluorescência e análise proteômica. Os resultados demonstraram que o grupo WT CAIA desenvolveu uma sinovite moderada, ao analisarmos as patas dianteiras, em contrapartida, o grupo 5-LO KO CAIA, deficiente de leucotrienos, não desenvolveu a doença. Análises de imunoexpressão de marcadores inflamatórios e vasculares revelaram maior expressão da interleucina IL-1 e CD31 no grupo WT CAIA, entretanto não houve diferença na expressão de IL-6 e CD34 entre os grupos avaliados. Em relação ao perfil proteômico, mudanças significativas foram encontradas na identificação das proteínas totais na comparação entre os grupos experimentais e controles, como proteínas relacionadas a produção de colágeno e presentes no processo inflamatório. Adicionalmente, proteínas exclusivas no grupo 5-LO foram identificadas, consideradas antioxidantes, nos direcionando a hipótese de que essas proteínas estariam sim, envolvidas no não desenvolvimento da sinovite nos camundongos knockout.Rheumatoid arthritis is a chronic, autoimmune inflammatory disease that mainly affects the joints. Clinical manifestations are swelling in the joints, erythema, and pain that, with disease progression, promote important changes in joint architecture and decrease and/or loss of function. Pathologically, occurs hyperplasia of the synovial membrane, formation of pannus, presence of several cells of the immune system, and consequently, the release of chemokines and pro-inflammatory cytokines. On the other hand, leukotrienes are lipid mediators, derived from arachidonic acid metabolism and synthesized by the 5- lipoxygenase (5-LO) pathway playing an important role in the inflammatory tissue response and the defense of the host against various pathogens. Leukotriene B4, for example, is a potent neutrophil chemoattractive, as it promotes adhesion of these cells to the vascular endothelium, promoting or developing arthritis. Thus, the present study aimed to investigate the mechanisms involved by leukotrienes, in arthritis induced in mice knockout for 5- lipoxygenase. Using the CAIA model, wild type and 5-LO KO mice were immunized via the caudal vein, with a cocktail of 5 monoclonal antibodies against type II collagen on day 0, and double intraperitoneal injection of LPS on days 3 and 11. PBS was used as a vehicle in the control groups. On the fourteenth day, the mice were euthanized and the paws were collected for HE staining and Masson trichrome assays, immunoexpression by immunohistochemistry, and immunofluorescence, as well as proteomic analysis. Our results showed that the WT CAIA group developed moderate synovitis, in contrast, the knockout group, KO CAIA, deficient in leukotriene, did not present the disease. The immunoexpression of interleukin IL-1 was positively higher in the WT CAIA group, however, there was no difference for IL-6. In addition, the immunostaining for CD31 was also more expressive in the WT CAIA group compared to the other groups and there was no significant difference for CD34. Regarding the proteomic profile, significant changes were found in the identification of total proteins in the comparison between experimental and control groups, as proteins related to collagen production and present in the inflammatory process. Furthermore, antioxidant proteins exclusive to the 5-LO group were identified, leading us to the hypothesis that these proteins would indeed be involved in the non-development of synovitis in knockout mice