iNOS expression and osteocyte apoptosis in idiopathic, non- traumatic osteonecrosis

Background and purpose Non-traumatic osteonecrosis is a progressive disease with multiple etiologies. It affects younger individuals more and more, often leading to total hip arthroplasty. We investigated whether there is a correlation between inducible nitric oxide synthase (iNOS) expression and osteocyte apoptosis in non-traumatic osteonecrosis. Patients and methods We collected and studied 20 human idiopathic, non-traumatic osteonecrosis femoral heads. Subchondral bone samples in the non-sclerotic region (n = 30), collected from osteoarthritis patients, were used as controls. Spontaneously hypertensive rats were used as a model for osteonecrosis in the study. We used scanning electron microscopy, TUNEL assay, and immunohistochemical staining to study osteocyte changes and apoptosis. Results The morphology of osteocytes in the areas close to the necrotic region changed and the number of apoptotic osteocytes increased in comparison with the same region in control groups. The expression of iNOS and cytochrome C in osteocytes increased while Bax expression was not detectable in osteonecrosis samples. Using spontaneously hypertensive rats, we found a positive correlation between iNOS expression and osteocyte apoptosis in the osteonecrotic region. iNOS inhibitor (aminoguanidine) added to the drinking water for 5 weeks reduced the production of iNOS and osteonecrosis compared to a control group without aminoguanidine. Interpretation Our findings show that increased iNOS expression can lead to osteocyte apopotosis in idiopathic, non-traumatic osteonecrosis and that an iNOS inhibitor may prevent the progression of the disease.

Evaluation of a multi-functional nanocarrier for targeted breast cancer iNOS gene therapy.

The present study determines whether the novel designer biomimetic vector (DBV) can condense anddeliver the cytotoxic iNOS gene to breast cancer cells to achieve a therapeutic effect. We have previouslyshown the benefits of iNOS for cancer gene therapy but the stumbling block to future development hasbeen the delivery system.The DBV was expressed, purified and complexed with the iNOS gene. The particle size and chargewere determined via dynamic light scattering techniques. The toxicity of the DBV/iNOS nanoparticleswas quantified using the cell toxicity and clonogenic assays. Over expression of iNOS was confirmed viaWestern blotting and Griess test.The DBV delivery system fully condensed the iNOS gene with nanoparticles less than 100 nm. Transfectionwith the DBV/iNOS nanoparticles resulted in a maximum of 62% cell killing and less than 20%clonogenicity. INOS overexpression was confirmed and total nitrite levels were in the range of 18M.We report for the first time that the DBV can successfully deliver iNOS and achieve a therapeuticeffect. There is significant cytotoxicity coupled with evidence of a bystander effect. We concludethat the success of the DBV fusion protein in the delivery of iNOS in vitro is worthy of future in vivo experiments.

Rôle de l’acétylation/déacétylation des histones dans la régulation de l’expression des gènes de la COX-2, iNOS et mPGES-1 dans les tissus articulaires.

L’arthrose ou ostéoarthrose (OA) est l’affection rhumatologique la plus fréquente au monde. Elle est caractérisée principalement par une perte du cartilage articulaire et l’inflammation de la membrane synoviale. L’interleukine (IL)-1ß, une cytokine pro-inflammatoire, joue un rôle très important dans la pathogenèse de l’OA. Elle exerce son action en induisant l’expression des enzymes cyclo-oxygénase 2 (COX-2), prostaglandine E synthétase microsomale 1 (mPGES-1) et l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) ainsi que la production de la prostaglandine E2 (PGE2) et de l’oxyde nitrique (NO). Ces derniers (PGE2 et NO) contribuent à la synovite et la destruction du cartilage articulaire par leurs effets pro-inflammatoires, pro-cataboliques, anti-anaboliques, pro-angiogéniques et pro-apoptotiques. Les modifications épigénétiques, telles que la méthylation de l’ADN, et l’acétylation et la méthylation des histones, jouent un rôle crucial dans la régulation de l’expression des gènes. Parmi ces modifications, l’acétylation des histones est la plus documentée. Ce processus est contrôlé par deux types d’enzymes : les histones acétyltransférases (HAT) qui favorisent la transcription et les histones déacétylases (HDAC) qui l’inhibent. L’objectif de ce travail est d’examiner le rôle des enzymes HDAC dans la régulation de l’expression de la COX-2, mPGES-1 et iNOS. Nous avons montré qu’au niveau des chondrocytes, les inhibiteurs des HDAC (iHDAC), trichostatine A (TSA) et butyrate de sodium (NaBu), suppriment l’expression de la COX-2 et iNOS au niveau de l’ARNm et protéique, ainsi que la production de la PGE2 et du NO, induites par l’IL-1ß. L’effet inhibiteur à lieu sans affecter l’activité de liaison à l’ADN du facteur de transcription NF-κB (nuclear factor κ B). La TSA et le NaBu inhibent également la dégradation induite par l’IL-1ß des protéoglycanes au niveau du cartilage. Nous avons également montré, qu’au niveau des fibroblastes synoviaux, les iHDAC, TSA, NaBu et acide valproïque (VA), suppriment l’expression de la mPGES-1 ainsi que la production de la PGE2 induites par l’IL-1ß. En utilisant diverses approches expérimentales, nous avons montré que HDAC4 est impliquée dans l’induction de l’expression de la mPGES-1 par l’IL-1ß. HDAC4 exerce son action, via son activité déacétylase, en augmentant l’activité transcriptionnelle de Egr-1 (early growth factor 1), facteur de transcription principal de l’expression de la mPGES-1. L’ensemble de ces résultats suggère que les inhibiteurs des HDAC pourraient être utilisés dans le traitement de l’OA.

L’impact de l’inhibition de la iNOS et de la kininase I dans les effets délétères du récepteur B1 des kinines dans le diabète de type 2

Les kinines sont des peptides vasoactifs et des neuromédiateurs centraux impliqués dans un bon nombre de processus biologiques et inflammatoires. Elles agissent sur deux types de récepteurs (R) couplés aux protéines G, le RB2 constitutif et le RB1 qui est induit par le stress oxydatif et les cytokines pro-inflammatoires via le facteur de transcription nucléaire, le NF-kB. Le RB1 est un puissant activateur de la iNOS et il augmente son expression chez le rat insulino-résistant. Dans ce modèle de rats soumis à une diète riche en D-glucose, un traitement d’une semaine avec un antagoniste non peptidique du RB1, le SSR240612, renverse la plupart des complications diabétiques. Ces travaux nous mènent à émettre l’hypothèse que la iNOS contribue aux effets délétères du RB1 chez le rat insulino-résistant. Nous avons donc évalué les effets d’un traitement prolongé d’une semaine soit avec le 1400W (1 mg/kg x 2 fois/jour), un inhibiteur sélectif de la iNOS, ou avec le Mergetpa (1mg/kg x 2 fois/jour), un inhibiteur non sélectif de la carboxypeptidase M (CPM) qui supprime la formation d’agonistes du RB1. Ces deux traitements devraient reproduire les effets bénéfiques de l’antagoniste du RB1 (SSR240612). En effet, le 1400W et le Mergetpa corrigent l’hyperglycémie, la résistance à l’insuline (l’indice HOMA), l’allodynie au froid et l’expression de plusieurs marqueurs de l’inflammation (Cox-2, iNOS, RB1, IL-1, anion superoxyde). Ces résultats confirment la contribution de la iNOS dans les effets délétères du RB1 chez le rat insulino-résistant. Dans un autre volet, ce mémoire vise à mieux comprendre l’impact de l’inhibition du RB1 par le SSR240612 (10 μg/g/jour) combiné ou pas avec le Pioglitazone (1.6 mg/g/jour) (un anti-diabétique de la famille des thiazolidinediones, le TZD) dans un modèle de diabète de type 2 associé à l’obésité chez la souris C57BL/6J soumise à une diète riche vi en gras pendant vingt semaines. Un traitement pendant deux semaines avec le TZD corrige l’intolérance au glucose et réduit les taux plasmatiques d’insuline alors que le SSR n’a pas d’effet. Les traitements combinés du TZD avec le SSR corrigent davantage la perte de la sensibilité à l’insuline et réduisent les taux plasmatiques de leptine. Les résultats obtenus suggèrent que le SSR n’apporte pas l’effet bénéfique souhaité, dans ce modèle avancé de diabète de type 2, contrairement au modèle des rats insulino-résistants (pré-diabétiques).

Role of histone methylation in the regulation of COX-2, iNOS, and mPGES-1 gene expression in human chondrocytes: Implication for Osteoarthritis

L'arthrose (OA) est une maladie articulaire dégénérative, classée comme la forme la plus fréquente au monde. Elle est caractérisée par la dégénérescence du cartilage articulaire, l’inflammation de la membrane synoviale, et le remodelage de l’os sous-chondral. Ces changements structurels et fonctionnels sont dues à de nombreux facteurs. Les cytokines, les prostaglandines (PG), et les espèces réactives de l'oxygène sont les principaux médiateurs impliqués dans la pathophysiologie de l'OA. L'interleukine-1β (IL-1β) est une cytokine pro-inflammatoire majeure qui joue un rôle crucial dans l'OA. L'IL-1β induit l'expression de la cyclooxygénase-2 (COX-2), la microsomale prostaglandine E synthase-1 (mPGES-1), la synthase inductible de l'oxyde nitrique (iNOS), ainsi que leurs produits la prostaglandine E2 (PGE2) et l'oxyde nitrique (NO). Ce sont des médiateurs essentiels de la réponse inflammatoire au cours de l'OA qui contribuent aux mécanismes des douleurs, de gonflement, et de destruction des tissus articulaires. Les modifications épigénétiques jouent un rôle très important dans la régulation de l’expression de ces gènes pro-inflammatoires. Parmi ces modifications, la méthylation/ déméthylation des histones joue un rôle critique dans la régulation des gènes. La méthylation/ déméthylation des histones est médiée par deux types d'enzymes: les histones méthyltransférases (HMT) et les histones déméthylases (HDM) qui favorisent l’activation et/ou la répression de la transcription. Il est donc nécessaire de comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent l’expression des gènes de la COX-2, la mPGES-1, et l’iNOS. L'objectif de cette étude est de déterminer si la méthylation/déméthylation des histones contribute à la régulation de l’expression des gènes COX-2, mPGES-1, et iNOS dans des chondrocytes OA humains induits par l'IL-1β. Nous avons montré que la méthylation de la lysine K4 de l'histone H3 (H3K4) par SET-1A contribue à l’activation des gènes COX-2 et iNOS dans les chondrocytes humains OA induite par l'IL-1β. Nous avons également montré que la lysine K9 de l’histone H3 (H3K9) est déméthylée par LSD1, et que cette déméthylation contribue à l’expression de la mPGES-1 induite par IL-1β dans les chondrocytes humains OA. Nous avons aussi trouvé que les niveaux d'expression des enzymes SET-1A et LSD1 sont élevés au niveau du cartilage OA. Nos résultats montrent, pour la première fois, l'implication de la méthylation/ déméthylation des histones dans la régulation de l’expression des gènes COX-2, mPGES-1, et iNOS. Ces données suggèrent que ces mécanismes pourraient être une cible potentielle pour une intervention pharmacologique dans le traitement de la physiopathologie de l'OA.

Insulin suppresses LPS-induced iNOS and COX-2 expression and NF-kappa B activation in alveolar macrophages

The development of septic shock is a common and frequently lethal consequence of gram-negative infection. Mediators released by lung macrophages activated by bacterial products such as lipopolysaccharide (LPS) contribute to shock symptoms. We have shown that insulin downregulates LPS-induced TNF production by alveolar macrophages (AMs). In the present study, we investigated the effect of insulin on the LPS-induced production of nitric oxide (NO) and prostaglandin (PG)-E(2), on the expression of inducible nitric oxide synthase ( iNOS) and cyclooxygenase (COX)-2, and on nuclear factor kappa B (NF-kappa B) activation in AMs. Resident AMs from male Wistar rats were stimulated with LPS (100 ng/mL) for 30 minutes. Insulin (1 mU/mL) was added 10 min before LPS. Enzymes expression, NF-kappa B p65 activation and inhibitor of kappa B (I-kappa B) a phosphorylation were assessed by immunobloting; NO by Griess reaction and PGE(2) by enzyme immunoassay (EIA). LPS induced in AMs the expression of iNOS and COX-2 proteins and production of NO and PGE(2), and, in parallel, NF-kappa B p65 activation and cytoplasmic I-kappa B alpha phosphorylation. Administration of insulin before LPS suppressed the expression of iNOS and COX-2, of NO and PGE(2) production and Nuclear NF-kappa B p65 activation. Insulin also prevented cytoplasmic I-kappa Ba phosphorylation. These results show that in AMs stimulated by LPS, insulin prevents nuclear translocation of NF-kappa B, possibly by blocking I-kappa Ba degradation, and supresses the production of NO and PGE(2), two molecules that contribute to septic shock. Copyright (C) 2008 S. Karger AG, Basel.