Regulación por glucocorticoides y vitamina D de la proliferación y la diferenciación de condrocitos de cartílago epifiseal fetal humano

Abstract

El objetivo de este trabajo ha consistido en el estudio de la regulación de la proliferación celular y de la expresión de los genes de interés por glucocorticoides (GCs) y vitamina D (VitD), así como analizar el efecto del IGF-I y de la GH sobre la regulación observada por GCs y/o por VitD. Se ha demostrado que los GCs y la VitD regulan la proliferación celular y la expresión de los genes estudiados. El IGF-I y la GH modulan parte de los efectos de los GCs y de la VitD sobre la proliferación celular y la expresión génica. Concentraciones bajas de Dx (10-9 M) no interfieren en la proliferación de los condrocitos mientras que a partir de 10-7 M la inhiben de forma significativa y concentración dependiente. El Mifepristone (MF), bloqueador antagonista del receptor de GCs, revierte la inhibición de la proliferación celular producida por la Dx 10-6 M. La Dx inhibe la expresión de los genes IGF-I, IGFBP3, GHR, SOX9, COL2A1 y aggrecan mientras que estimula la expresión de IGF-IR y COMP. El MF revierte la inhibición que la Dx produce sobre la expresión de GHR, SOX9, COL2A1 y aggrecan pero no la inhibición de la expresión de IGF-I y de IGFBP3. La síntesis de las proteínas IGF-I e IGFBP3 está inhibida por Dx 10-6 de forma paralela a la inhibición de la expresión génica. La VitD inhibe la proliferación celular de forma significativa y concentración dependiente a partir de 10-10 M y estimula la expresión de los genes del eje GH-IGFs (IGF-I, IGFBP3, IGF-IR y GHR) y COMP mientras que inhibe la expresión de SOX9, COL2A1 y aggrecan. La síntesis de las proteínas IGF-I e IGFBP3 está estimulada por VitD de forma paralela a la estimulación de la expresión génica. La expresión de IGF-II no se regula significativamente ni por GCs ni por VitD, por lo tanto, el IGF-I, y no el IGF-II, es el gen regulado por GCs y VitD en condrocitos de cartílago de crecimiento epifiseal fetal humano. El IGF-I es un potente estimulador de la proliferación celular y estimula la expresión de su propio gen, de IGFBP3, de SOX9 y de COL2A1 y aggrecan mientras que inhibe la expresión de IGF-IR y de COMP. El IGF-I revierte la inhibición de la proliferación celular producida por la Dx y por la VitD. El IGF-I revierte la inhibición que la Dx produce sobre la expresión de COL2A1 y aggrecan pero no la producida sobre la expresión de IGF-I, IGFBP3 y de SOX9. La expresión de IGFBP3 está incrementada cuando se incuban los condrocitos con IGF-I y VitD respecto a la incubación con IGF-I o con VitD solos. El IGF-I no revierte la inhibición que la VitD produce sobre la expresión de SOX9 pero sí la producida sobre la expresión de COL2A1 y aggrecan. La GH no tiene efecto significativo sobre la proliferación celular ni sobre la expresión génica en condrocitos de cartílago de crecimiento epifiseal fetal humano en las condiciones experimentales utilizadas. La presencia de GH en el medio de cultivo que contiene además VitD incrementa la expresión de IGF-I y GHR respecto a las células tratadas con VitD sola. El tratamiento conjunto con Dx, GH y VitD revierte la inhibición que la Dx produce sobre la expresión de IGF-I y GHR. Nuestros resultados sugieren que, en tratamientos crónicos con GCs que provocan un retraso de crecimiento, el mantenimiento de niveles óptimos de VitD puede contribuir a mejorar la respuesta al tratamiento con GH. " SUMMARY: Circulating supraphysiologic glucocorticoid (GC) concentrations inhibit skeletal growth. Growth plate cartilage and bone are target tissues for vitamin D (Vit D) and deficiency states during infancy (rickets or VitD insensitivity) provoke growth delay. With the aim of analysing the molecular mechanisms involved in skeletal growth inhibition produced by both GC excess and VitD deficiency, as well as the interaction of VitD with GH to oppose gene expression inhibition produced by high GC concentrations, VitD effects on proliferation and gene expression were studied in chondrocytes from human fetal epiphyseal cartilage. Results: Low-dose Dx (10-9 M) maintained proliferation whereas higher concentrations dose-dependently inhibited it. A similar effect was observed with VitD. IGF-I significantly stimulated proliferation and completely opposed the inhibition produced by Dx or VitD. GH had no significant effect. The addition of GH to Dx (10-6 M) and/or VitD (10-6 M) did not limit the inhibitory effects of Dx and/or VitD. Dx dose-dependently inhibited expression of GH-IGF axis genes (IGF-I, IGFBP-3, GHR), transcription factor and matrix proteins (SOX9, COL2A1, aggrecan), whereas it stimulated expression of IGF-IR and the matrix protein COMP. VitD had an opposite effect, which was also dose-dependent, by stimulating expression of IGF-I, IGFBP-3, IGF-IR, GHR and COMP, whereas it inhibited expression of SOX9, COL2A1 and aggrecan. GH alone had a variable effect, which did not reach statistical significance. VitD opposed IGF-I and GHR expression inhibition produced by Dx whereas it did not limit IGFBP-3 inhibition. The combination of VitD with GH not only completely opposed inhibition by Dx of GHR and IGF-I expression, but stimulated it. Conclusions: VitD up-regulated IGF-I, IGFBP-3, GHR and IGF-IR and COMP gene expression in human foetal epiphyseal chondrocytes. Addition of VitD to GH resulted in the highest increase in IGF-I expression. In the presence of pharmacological GC concentrations, VitD rescued IGF-I & GHR gene expression inhibition, although not IGFBP-3. Addition of VitD to GH resulted in significant stimulation of IGF-I expression, even in the presence of GC at high concentrations. "