Knockout of hyaluronidase Spam1 reduces age-related bone and cartilage changes in mouse knee - 15/09/20

Le knockout de la hyaluronidase Spam1 réduit la dégradation ostéo-cartilagineuse liée à l’âge dans le genou de souris

Doi : 10.1016/j.morpho.2020.03.001

S. Lafont ^a,^⁎ , Y. Achouri ^b, M. Cardinal ^a, T. Roels ^a, C. de Ville de Goyet ^a, C. Behets ^a, D. Manicourt ^c
^a Pole of Morphology–Institut de recherche expérimentale et Clinique - Université Catholique de Louvain, Brussels, Belgium
^b Institut de Duve, Université catholique de Louvain, Brussels, Belgium
^c Pole of Systemic and Inflammatory Rheumatic Diseases–Institut de recherche expérimentale et Clinique - Université Catholique de Louvain, Brussels, Belgium

^⁎Corresponding author.

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Highlights

•	Spam1^-/- mice express a tibial subchondral bone mineral density significantly lower compared to WT mice. The WT mice BMD was from 980 to 1010 mg HAP/cm³ from 10 to 52 weeks of age compared to Spam1^-/- mice BMD that was from 940 to 880 mg HAP/cm³ from 10 to 52 weeks of age. These differences became significant from 14 weeks of age.
•	At 52 weeks of age, the modified Mankin score was significantly lower in Spam1^-/- than WT mice. Only in WT mice, the medial subchondral bone appeared somewhat more abundant at 52 weeks. No ectopic calcification or osteophyte formation was visible in the frontal sections of both groups.
•	As highlighted by qPCR, the chondrocytes of Spam1^-/- mice expressed significantly less Hyal2 than WT chondrocytes at 10, 30 and 52 weeks of age. Through all the experiment, the Hyal1 expression of Spam1^-/- chondrocytes remained approximatively the same compared to WT mice that express significantly more Hyal1 at 52 weeks than 10 weeks of age. At 52 weeks, WT chondrocytes expressed significantly more Mmp-13 than Spam1^-/- chondrocytes and WT chondrocytes at 10 weeks of age. The expression of Adamts-5, type 2 collagen and has2 did not appear different between both groups and did not change from 10 to 52 weeks.

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Summary

Objective

To investigate the role of Spam1 hyaluronidase in age-related bone and cartilage changes in the mouse knee.

Design

Spam1^-/- and WT mice were euthanised at different ages from 10 to 52 weeks. The right hindlimbs were dissected, scanned with peripheral Quantitative Computed Tomography (pQCT) and then decalcified for histological analysis (modified Mankin score). In other mice, cartilages of both tibiae were sampled at 10, 30 and 52 weeks of age for RNA extraction and qPCR analysis. We assessed the expression of hyaluronidases Hyal1 and Hyal2, hyaluronan synthase HAS2, extracellular matrix proteases Mmp13 and Adamts-5, and type 2 collagen.

Results

Spam1^-/- mice did not exhibit specific morphological characters up to 52 weeks of age. From 20 weeks, the proximal tibia of Spam1^-/- mice had a significantly lower bone mineral density than WT mice. At 52 weeks, the modified Mankin score was significantly lower in Spam1^-/- than WT mice. Spam1^-/- chondrocytes expressed significantly less Hyal2 than WT ones at all ages and less Mmp13 at 52 weeks. Through all the experiment, the Hyal1 expression of Spam1^-/- chondrocytes remained similar as that of WT chondrocytes.

Conclusion

Spam1 knockout reduced significantly cartilage degradation in mouse knee whereas the chondrocyte expression of Hyal 1, Hyal 2 and Mmp13 was modified, suggesting a role of this hyaluronidase in cartilage metabolism.

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Résumé

But de l’étude

Étudier le rôle de la hyaluronidase Spam1 dans la dégradation ostéo-cartilagineuse liée à l’âge dans le genou de souris.

Matériel et méthodes

Des souris Spam1^-/- et WT ont été euthanasiées à différents âges allant de 10 à 52 semaines. Les membres postérieurs droits ont été disséqués, scannés (pQCT) puis décalcifiés pour analyse histologique. Chez d’autres souris, les cartilages des deux tibias ont été prélevés à l’âge de 10, 30 et 52 semaines pour l’extraction de l’ARN et l’analyse par qPCR. Nous avons évalué l’expression de différentes enzymes comme Hyal1, Hyal2, HAS2, Mmp-13, Adamts-5, et le collagène de type 2.

Résultats

Les souris Spam1^-/- n’ont pas présenté de caractères morphologiques spécifiques jusqu’à l’âge du sacrifice à 52 semaines. À partir de 20 semaines, le tibia proximal des souris Spam1^-/- présentait une densité minérale osseuse significativement inférieure à celle des souris WT. À 52 semaines, le score modifié de Mankin était significativement plus faible chez les souris Spam1^-/- que chez les souris WT. Les chondrocytes Spam1^-/- expriment significativement moins Hyal2 que les chondrocytes WT à tous les âges et moins de Mmp13 à 52 semaines. Pendant toute l’expérience, l’expression de Hyal1 par les chondrocytes Spam1^-/- est restée similaire à celle des chondrocytes WT.

Conclusion

Le knockout de Spam1 a réduit significativement la dégradation du cartilage dans le genou des souris. De plus, l’expression de Hyal1, Hyal2 et Mmp13 a été modifiée au sein des chondrocytes, suggérant un rôle de cette hyaluronidase dans le métabolisme du cartilage.

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Keywords : Ageing, Cartilage, Spam1, Hyaluronidase