Dynamics of the Expression of Bone Homeostasis Genes in the Developmet of Aseptic Necrosis of the Femoral Head in the Experiment

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The pathogenesis of a number of diseases is characterized by a violation of the regulation of bone homeostasis, with the progressive development of osteodestruction. At the same time, an active study of the mechanisms leading to a shift in the balance of osteoreparative and osteoresorption directions of osteogenesis is underway. The determination of molecular and cellular patterns affecting the dynamics of changes in bone metabolism is a significant task among a wide range of specialists. Such research works allow us to propose algorithms for targeted therapeutic effects on various key links in the pathogenesis of osteodestruction. The study analyzed the expression of genes involved in maintaining bone homeostasis, changes in the histological picture under experimental conditions, depending on the time elapsed since the induction of aseptic necrosis. The result of the work showed the heterogeneity of the development of osteodestruction in an experiment on Wistar rats, with a surgically created focus of hypoperfusion of the femoral head against the background of increased intra-articular pressure. In the first two weeks of the development of aseptic necrosis, the expression of the hif1a gene was most actively determined, which can be considered from the position of a trigger for further disruption of bone metabolism. At the same time, the concentration of m-RNA of osteogenesis and osteoresorption genes was reduced. The most active osteolytic processes according to electron microscopy data, increases in the expression of osteoclastogenesis induction genes were observed at 6 weeks of the experiment. The osteoreporative orientation of bone metabolism gradually increased from the beginning of the study and 2 months after the manifestation of avascular necrosis of the femoral head, active osteoblasts, increased expression of bone matrix genes, osteoblastogenesis were determined. Thus, the development of osteodestruction is an extremely heterogeneous process, with dynamically changing molecular patterns depending on time, determining the activity of signaling pathways of bone metabolism.

About the authors

N. A. Shabaldin

Kemerovo State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: shabaldin.nk@yandex.ru
Russia, Kemerovo

A. V. Sinitskaya

Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases

Email: shabaldin.nk@yandex.ru
Russia, Kemerovo

A. V. Shabaldin

Kemerovo State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation; Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases

Email: shabaldin.nk@yandex.ru
Russia, Kemerovo; Russia, Kemerovo

R. A. Mukhamadiyarov

Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases

Email: shabaldin.nk@yandex.ru
Russia, Kemerovo

References

  1. Коршунова ЕЮ, Белохвостикова ТС, Дмитриева ЛА (2011) Иммунологический контроль гомеостаза костной ткани. Политравма 1: 82–85. [Korshunova IM, Belokhvostikova TS, Dmitrieva LA (2011) Immunological control of bone tissue homeostasis. Polytrauma 1: 82–85. (In Russ)].
  2. Carrillo-López N, Martínez-Arias L, Fernández-Villabrille S, Dusso A, Cannata-Andía JB, Naves-Díaz M, Panizo S (2021) Role of the RANK/RANKL/OPG and Wnt/β-Catenin Systems in CKD Bone and Cardiovascular Disorders. Calcif Tissue Int 108: 439–451. https://doi.org/10.1007/s00223-020-00803-2
  3. Castro LF, Burke AB, Wang HD, Tsai J, Florenzano P, Pan KS, Bhattacharyya N, Boyce AM, Gafni RI, Molinolo AA, Robey PG, Collins MT (2019) Activation of RANK/RANKL/OPG pathway is involved in the pathophysiology of fibrous dysplasia and associated with disease burden. J Bone and Mineral Res 34(2): 290–294. https://doi.org/10.1002/jbmr.3602
  4. Chen XJ, Shen YS, He MC, Yang F, Yang P, Pang FX, He W, Cao Y, Wei QS (2019) Polydatin promotes the osteogenic differentiation of human bone mesenchymal stem cells by activating the BMP2-Wnt/β-catenin signaling pathway. Biomed & Pharmacother 112. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2019.108746
  5. Chong DY, Schrader T, Laine JC, Yang S, Gilbert SR, Kim HKW (2021) Reliability and Validity of Visual Estimation of Femoral Head Hypoperfusion on Perfusion MRI in Legg-Calve-Perthes Disease. J Pediatr Orthopaed 41(9): 780–786. https://doi.org/10.1097/BPO.0000000000001945
  6. Чумакова СП, Уразова ОИ, Винс МВ, Шипулин ВМ, Пряхин АС, Букреева ЕБ, Буланова АА, Кошель АП, Новицкий ВВ (2020) Содержание гипоксия-индуцируемых факторов и медиаторов иммуносупрессии в крови при заболеваниях, ассоциированных с гипоксией. Бюл сибирск мед 19(3): 105–112. [Chumakova SP, Urazova OI, Vince MV, Shipulin VM, Pryakhin AS, Bukreeva EB, Bulanova AA, Purse AP, Novitsky BB (2020) The content of hypoxia-induced factors and mediators of immunosuppression in the blood in diseases associated with hypoxia. Bull Siber Med 19(3): 105–112. (In Russ)].https://doi.org/10.20538/1682-0363-2020-3-105-112
  7. Nikolic N, Jakovljevic A, Carkic J, Beljic-Ivanovic K, Miletic M, Soldatovic I, Andric M, Ivanovic V, Milasin J (2019) Notch Signaling Pathway in Apical Periodontitis: Correlation with Bone Resorption Regulators and Proinflammatory Cytokines. J Endodont 45(2): 123–128. https://doi.org/10.1016/j.joen.2018.10.015
  8. Udagawa N, Koide M, Nakamura M, Nakamichi Y, Yamashita T, Uehara S, Kobayashi Y, Furuya Y, Yasuda H, Fukuda C, Tsuda E (2021) Osteoclast differentiation by RANKL and OPG signaling pathways. J Bone and Mineral Metabol 39: 19–26. https://doi.org/10.1007/s00774-020-01162-6
  9. Шабалдин НА, Шабалдин АВ, Попова НЕ, Постникова АВ, Богданов ЛА, Богданов АВ (2022) Экспериментальная модель асептического некроза головки бедренной кости при изучении болезни Легга–Кальве–Пертеса. Фундамент и клин мед 7(3): 23–30. [Shabaldin NA, Shabaldin AV, Popova NE, Postnikova AV, Bogdanov LA, Bogdanov AV (2022) Experimental model of aseptic necrosis of the femoral head in the study of Legg-Calve-Perthes disease. Fundament and Clin Med 7(3): 23–30. (In Russ)]. https://doi.org/10.23946/2500-0764-2022-7-3-23-30
  10. Yellowley CE, Genetos DC (2019) Hypoxia Signaling in the Skeleton: Implications for Bone Health. Current Osteopor Rep 17: 26–35. https://doi.org/10.1007/s11914-019-00500-6
  11. Kuroyanagia G, Adapala NS, Yamaguchi R, Kamiya N, Deng Z, Aruwajoye O, Kutschke M, Chen E, Jo C, Ren Y, Kim HKW (2018) Interleukin-6 deletion stimulates revascularization and new bone formation following ischemic osteonecrosis in a murine model. Bone 116: 221–231. https://doi.org/10.1016/j.bone.2018.08.011
  12. Adapala NS, Kim HKW (2016) Comprehensive Genome-Wide Transcriptomic Analysis of Immature Articular Cartilage following Ischemic Osteonecrosis of the Femoral Head in Piglets. PLoS One 11(4): e0153174. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0153174
  13. Johnson CP, Wang L, Tóth F, Aruwajoye O, Carlson CS, Kim HKW, Ellermann JM (2018) Quantitative MRI Helps to Detect Hip Ischemia: Preclinical Model of Legg–Calvé–Perthes Disease. Radiology 289(2): 386–395. https://doi.org/10.1148/radiol.2018180497
  14. Lee KS, Kim HJ, Li QL, Chi XZ, Ueta C, Komori T, Wozney JM, Kim EG, Choi JY, Ryoo HM, Bae SC (2000) Runx2 is a common target of transforming growth factor b1 and bone morphogenetic protein 2, and cooperation between runx2 and smad5 induces osteoblast-specific gene expression in the pluripotent mesenchymal precursor cell line C2C12. Mol Cell Biol 23(20): 8783–8792. https://doi.org/10.1128/MCB.20.23.8783-8792.2000
  15. Dong M, Yu X, Chen W, Guo Z, Sui L, Xu Y, Shang Y, Niu W, Kong Y. (2018) Osteopontin Promotes Bone Destruction in Periapical Periodontitis by Activating the NF-κB Pathway. Cell Physiol Biochem 49(3): 884–898. https://doi.org/10.1159/000493219

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (824KB)
3.

Download (796KB)
4.

Download (1MB)
5.

Download (959KB)
6.

Download (74KB)

Copyright (c) 2023 Н.А. Шабалдин, А.В. Синицкая, А.В. Шабалдин, Р.А. Мухамадияров

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».