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Particle-induced SIRT1 downregulation promotes osteoclastogenesis and osteolysis through ER stress regulation - 11/06/18

Doi : 10.1016/j.biopha.2018.05.030 
Liang Zhang, Dongmei Bao, Peng Li, Zhidong Lu, Long Pang, Zhirong Chen, Haohui Guo, Zhihui Gao, Qunhua Jin
 Department of Orthopedics, General Hospital of Ningxia Medical University, Yinchuan 750004, Ningxia, China 

Corresponding author at: Department of Orthopedics, General Hospital of Ningxia Medical University, No. 84 South Shengli Street, Xingqing District, Yinchuan, 750004, China.Department of OrthopedicsGeneral Hospital of Ningxia Medical UniversityNo. 84 South Shengli StreetXingqing DistrictYinchuan750004China

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Highlights

PE induced SIRT1 downregulation and enhanced ER stress both in vitro and in vivo.
PE induced osteoclast was suppressed with SIRT1 activation or inhibition.
SIRT1 activation led to reduced PE particles induced ER stress.
MAPKs, NFATc1, c-Fos, and NF-κB involved in ER stress induced osteoclastogenesis.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abstract

Background

Sirtuin 1 (SIRT1) downregulation has been found to be induced by wear particles in aseptic prosthesis loosening (APL). Osteoclastogenesis and osteoclast activation are the main pathological factors associated with APL. However, whether SIRT1 downregulation contributes to the formation and activation of osteoclasts through the induction of endoplasmic reticulum (ER) stress is unclear.

Methods

To address this, an osteolysis mouse model was used in which animals were treated with the SIRT1 activator, resveratrol (RES), or an ER stress inhibitor, 4-PBA, for two weeks. Osteolysis, osteoclastogenesis, and morphologic alteration of calvariae were observed by toluidine blue, TRAP, and H&E staining. SIRT1 expression and ER stress were evaluated by western blot analysis. In vitro, mouse macrophage RAW 264.7 cells were treated with polyethylene (PE) particles alone or combined with either RES or 4-PBA, and SIRT1 expression and ER stress were measured using western blot assays. Osteoclast differentiation was determined through TRAP staining. Osteoclast activation was evaluated by culturing osteoclast cells on bone slices followed by toluidine blue staining. Mechanistically, osteoclastogenesis-related MAPK activation, NFATc1 and c-Fos expression, and NF-κB translocation were determined.

Results

Both in vivo and in vitro experimental results indicated that PE particles induced SIRT1 downregulation and enhanced ER stress. SIRT1 activator RES and ER stress inhibitor 4-PBA significantly suppressed PE particle-induced osteoclast differentiation and osteolysis. In vitro experimental results showed that 4-PBA suppressed PE particle-induced ERK1/2, p38, and JNK activation, NFATc1 and c-Fos upregulation, as well as NF-κB p65 nucleus translocation.

Conclusions

PE particle-induced downregulation of SIRT1 enhances ER stress and promotes osteoclast proliferation and bone resorption through regulation of c-Fos, NFATc1, and the MAPK and NF-κB signaling pathways.

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Keywords : Aseptic loosening, Polyethylene (PE) particles, Osteoclast


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Vol 104

P. 300-306 - août 2018 Retour au numéro
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