Titelaufnahme

Titel
Bone metabolism in HLA-B27 transgenic rats, an animal model for spondyloarthropathies / submitted by Danilea Stupphann
VerfasserStupphann, Daniela
Begutachter / BegutachterinPietschmann, Peter
Erschienen2008
Umfang135 Bl. : Ill.
HochschulschriftWien, Med. Univ., Diss., 2008
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Spondyloarthropathien / Morbus Bechterew / HLA-B27 transgene Ratte / Osteoporose / RANKL / OPG / BMP / TNFa
Schlagwörter (EN)Spondyloarthropathies / Ankylosing Spondylitis / HLA-B27 transgenic rat / Osteoporosis / RANKL / OPG / BMP / TNFa
URNurn:nbn:at:at-ubmuw:1-8672 Persistent Identifier (URN)
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Bone metabolism in HLA-B27 transgenic rats, an animal model for spondyloarthropathies [3.73 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die Spondyloarthropathien (SpA) sind eine Gruppe von chronisch-entzündlichen Erkrankungen mit Befall von axialen und peripheren Gelenken, Entheseopathien, sowie einer Vielzahl von extraartikulären Manifestationen. Neben Knochenneubildungen, die zu Ankylosierungen und Syndesmophyten führen, wie speziell beim Prototyp der SpA, der ankylosierendene Spondylitis (Morbus Bechterew), stellt auch die Osteoporose eine weitere Komplikation dar. Die Prävalenz dieser rheumatischen Erkankung korreliert sehr stark mit der Prävalenz des MHC-Klasse I Moleküls HLA-B27, wobei der Morbus Bechterew die höchste Assoziation aufweist.

Eines der am besten charakterisierten Tiermodelle für SpA ist die HLA-B27 transgene (tg) Ratte, die sämtliche Symptome des Krankheitsbildes widerspiegelt. Interessanterweise wurde der Knochenmetabolismus in diesem Rattenmodell noch nicht erforscht. Somit untersuchten wir in dieser Arbeit den Knochenstoffwechsel der kranken HLA-B27 tg Ratte im Vergleich zu gesunden HLA-B7 tg Ratten und Wildtypkontrollen. Die am Femur, Tibia und dem vierten lumbalen Wirbelkörper durchgeführte Knochenhistomorphometrie ergab einen signifikanten Verlust an Knochenmasse in den HLA-B27 tg Ratten im Vergleich zu den Kontrollen. Weiters war die trabekuläre Struktur signifikant verschlechtert, wobei die Zahl an Osteoblasten und Osteoklasten jedoch nicht verändert war. Die Serum-CTX Werte sowie RANKL und OPG zeigten keine Veränderungen. Jedoch waren der Knochenformationsmarker Serum-ALP und die Expression von BMP-2 und TGF-[beta] im Knochen der HLA-B27 tg Ratten signifikant erhöht. Ebenso war die Expression von TNF-[alpha] im Knochen der HLA-B27 tg Ratten erhöht, was den Entzündungsstatus der Tiere widerspiegelt. Zusammenfassend stellt die HLA-B27 tg Ratte ein geeignetes Modell zur Untersuchung des Knochenstoffwechsels bei SpA dar, da es sowohl den Knochenverlust als auch eine gesteigerte Knochenformation widerspiegelt.

Neben den Experimenten mit den Ratten untersuchten wir die Knochendichte, verschiedene biochemische Knochenmarker, sowie die Expression von RANKL und IL-17 in peripheren T-Lymphozyten von Patienten mit diagnostiziertem Morbus Bechterew. Diese Untersuchungen zeigten eine signifikant erhöhte Expression von intrazellulärem RANKL, wobei die Expression von membrangebundenem RANKL im Vergleich zu den gesunden Kontrollen signifikant erniedrigt war. Die Expression von IL-17 war bei den Patienten tedenziell erhöht. Diese Ergebnisse zeigen, dass RANKL und IL-17 möglicherweise eine Rolle in der Pathogenese der ankylosierenden Spondylitis spielen könnten. Dennoch sind weitere Studien notwendig, um die Verfügbarkeit von RANKL an der Zellmembran, sowie den Mechanismus des sogenannten „membran shedding“ von RANKL zu untersuchen.

Zusammenfassung (Englisch)

Spondyloarthritis (SpA) is a common variety of chronic inflammatory disease characterized by the predominance of axial joints involvement, peripheral arthritis and enthesitis, but also extra-articular features. Besides the formation of new bone leading to syndesmophytes and ankylosis, which is a major characteristic of ankylosing spondylitis (AS), the prototypical form of SpA, osteoporosis is an often reported feature as well.

SpA is strongly associated with the major histocompatibility complex class I molecule HLA-B27. The introduction of the HLA-B27 and human beta2-microglobulin transgenes into rats leads to the spontaneous development of a multisystemic disease, similar to human SpA. Therfore we studied cellular and molecular alterations in the bone tissue of HLA-B27 transgenic rats to assess its suitability as a model for bone-related changes seen in SpA. Femura, tibiae and the fourth lumbar vertebral bodies of disease-prone HLA-B27 transgenic (tg), healthy HLA-B7 tg and non tg control rats were used for bone histomorphometric analysis. Moreover, serum levels of alkaline phosphatase (ALP) and CTX as well as receptor activator of NF[kappa]B ligand (RANKL) and osteoprotegerin (OPG) were measured. Further, RNA was isolated from the bone tissue of the femur to analyze the gene expression of RANKL, OPG, osteocalcin, BMP-2, TGF-[beta] and TNF-[alpha]. Our bone structural analysis indicated a significant decrease in bone volume as well as trabecular number and thickness in the HLA-B27 rats, compared to healthy controls, although we could not find alterations of the number of osteoclasts or osteoblasts. However, the reduced bone mass was neither reflected by serum levels of CTX nor by RANKL and OPG protein and mRNA levels. Furthermore, serum ALP was increased in the HLA-B27 rats as was the mRNA expression of TGF-[beta] and BMP-2 in bone. As a marker of inflammation, TNF-[alpha] mRNA levels were significantly increased in the diseased rats. Because HLA-B27 transgenic rats showed a reduced bone mass despite locally increased bone formation markers, this model seems to be suitable for studying bone metabolism in SpA.

Next to our investigations with the animals, we studied bone mineral density, biochemical markers for bone metabolism and the expression of RANKL and IL-17, as potent inducers of osteoclastogenesis, in peripheral blood T lymphocytes from patients with ankylosing spondylitis.

Expression of icRANKL was significantly increased in patients with AS compared to healthy volunteers, whereas expression of mbRANKL was significantly lower in the AS group. IL17 production tended to be increased in T cells from patients with AS.

This result suggests a possible involvement of RANKL and IL-17 in AS. Further studies are needed to investigate potential mechanisms regulating the availability of RANKL on the membrane such as the membrane shedding and/or intracellular degradation of this cytokine.