Role of basic calcium phosphate crystals in osteoarthritis

L'arthrose est une maladie dégénérative des articulations due à une dégradation progressive du cartilage. La calcification de l'articulation (essentiellement due à des dépôts de cristaux de phosphate de calcium basique -cristaux BCP-) est une caractéristique de cette maladie. Cependant, le rôle des cristaux BCP reste à déterminer. Nous avons tout d'abord déterminé en utilisant des cultures primaires de chondrocytes que les cristaux de BCP induisaient la production de la cytokine IL-6, via une signalisation intracellulaire implicant les kinase Syk, PI3 et Jak et Stat3. Les cristaux de BCP induisent également la perte de protéoglycanes et l'expression de IL-6 dans des explants de cartlage humain et ces deux effets peuvent être bloqués par un inhibiteur de IL-6, le Tocilizumab. Par ailleurs, nous avons trouvé que l'IL-6 ajouté à des chondrocytes, favorisait la formation de cristax de BCP et augmentait l'expression de gènes impliqués dans le processus de minéralisation : Ank (codant pour un transporteur de pyrophooshate), Annexin5 (codant pour un canal calcique) et Pit-1 (codant pour un transporteur de phoshate). In vivo, les cristaux de BCP injectés dans l'articulation de souris induisent une érosion du cartilage. Dans un modèle murin d'arthrose du genou induit par ménisectomie, nous avons observé la formation progressive de cristaux de BCP. Fait intéressant, la présence de ces cristaux dans l'articulation précédait la destruction du cartilage. Un agent susceptible de bloquer les calcifications tel que le sodium thiosulfate (STS), administré à des souris ménisectomisées, inhibait le dépôt intra-articulaire de ces cristaux ainsi que l'érosion du cartilage. Nous avons identifié ainsi un cercle vicieux dans l'arthrose, les cristaux induisant l'interleukine-6 et l'interleukine-6 induisant la formation de ces cristaux. Nous avons étudié si on pouvait bloquer cette boucle cristaux de BCP-IL6 soit par des agents décalcifiants, soit par des inhibiteurs d'IL-6. In vitro, des anticorps anti IL- 6 ou des inhibiteurs de signalisation, inhibaient significativement IL-6 et la minéralisation induite par IL-6. De même le STS inhibait la formation de ces cristaux et la production de l'IL-6. Tout récemment, nous avons trouvé que des inhibiteurs de la xanthine oxidoréductase étaient aussi capables d'inhiber à la fois la production d'IL-6 et la minéralization des chondrocytes. Finalement, nous avons pu exclure un rôle du système IL-1 dans le modèle d'arthrose induite par ménisectomie, les souris déficientes pour IL-1a/ß, MyD88 et l'inflammasome NLRP3 n'étant pas protégées dans ce modèle d'arthrose. L'ensemble de nos résultats montre que les cristaux BCP sont pathogéniques dans l'arthrose et qu'un inhibiteur de minéralisation tel que le STS ou un inhibiteur de l'interleukine-6 constitueraient des nouvelles thérapies pour l'arthrose. -- Osteoarthritis (OA), the most common degenerative disorder of the joints, results from an imbalance between the breakdown and repair of the cartilage and surrounding articular structures. Joint calcification (essentially due to basic calcium phosphate (BCP) crystal deposition) is a characteristic feature of OA. However, the role of BCP crystal deposition in the pathogenesis of OA remains unclear[1][1]. We first demonstrated that in primary murine chondrocytes exogenous BCP crystals led to IL-6 up-modulation and that BCP crystal signaling pathways involved Syk and PI3 kinases, and also gp130 associated molecules, Jak2 and Stat3. BCP crystals also induced proteoglycan loss and IL-6 expression in human cartilage expiants, (which were significantly reduced by an IL-6 inhibitor). In addition, we found that in chondrocytes exogenous IL-6 promoted calcium-containing crystal formation and up- regulation of genes codifying for proteins involved in the calcification process: the inorganic pyrophosphate transport channel Ank, the calcium channel Annexinö and the sodium/phosphate cotransporter Piti. In vivo, BCP crystals injected into murine knee joints induced cartilage erosion. In the menisectomy model, increasing deposits, identified as BCP crystals, were progressively observed around the joint before cartilage erosion. These deposits strongly correlated with cartilage degradation and IL-6 expression. These results demonstrated that BCP crystals deposition and IL-6 production are mutually reinforcing in the osteoarthritic pathogenic process. We then investigated if we could block the BCP-IL6 loop by either targeting IL-6 production or BCP crystal deposits. Treatment of chondrocytes with anti-IL-6 antibodies or inhibitors of IL-6- signaling pathway significantly inhibited IL-6-induced crystal formation. Similarly, sodium thiosulfate (STS), a well-known systemic calcification inhibitor, decreased crystal deposition as well as HA-induced IL-6 secretion in chondrocytes and, in vivo, it decreased crystal deposits size and cartilage erosion in menisectomized knees. Interestingly, we also found that xanthine-oxidoreductase (XO) inhibitors inhibited both IL-6 production and calcium crystal depositis in chondrocytes. We began to unravel the mechanisms involved in this coordinate modulation of IL-6 and mineralization. STS inhibited Reactive Oxygen Species (ROS) generation and we are currently investigating whether XO represents a major source of ROS in chondrocyte mineralization. Finally, we ruled out that IL-1 activation/signaling plays a role in the murine model of OA induced by menisectomy, as IL-1a/ß, the IL-1 R associated molecule MyD88 and NLRP3 inflammasome deficient mice were not protected in this model of OA. Moreover TLR-1, -2, -4,-6 deficient mice had a phenotype similar to that of wild-type mice. Altogether our results demonstrated a self-amplification loop between BCP crystals deposition and IL-6 production, which represents an aggravating process in OA pathogenesis. As currently prescribed OA drugs are addressing OA symptoms,our results highlight a potential novel treatment strategy whereby inhibitors of calcium- containing crystal formation and IL-6 could be combined to form the basis of a disease modifying treatment and alter the course of OA.

La collaboration interprofessionnelle à l'interface des institutions socio-éducative et psychiatrique. Jeux et enjeux de l'intervention auprès de personnes en situation de handicap mental et de troubles psychiques

La prise en charge et le suivi de personnes en situation de handicap mental souffrant de troubles psychiques et se trouvant donc à l'interface des domaines socio:éducatif et psychiatrique, constituent des défis complexes en matière de collaboration interprofessionnelle. Dans le canton de Vaud, les acteurs concernés par ce problème s'efforcent depuis de nombreuses années de créer des réseaux pluridisciplinaires visant un meilleur échange entre professionnels et le développement de compétences et de connaissances permettant d'améliorer le bien:être des bénéficiaires. Ce travail se propose ainsi d'étudier et de questionner ces modalités de travail dans une perspective socioculturelle (Vygotski, 1934/1997), afin d'en comprendre le fonctionnement, d'en éclairer les mécanismes et de fournir des pistes de réflexion aux professionnels. Il repose sur un travail de terrain mené auprès des membres du Dispositif de Collaboration Psychiatrie Handicap Mental (DCPHM) du Département de psychiatrie du CHUV, dont la mission principale est de faciliter la collaboration entre les institutions socio:éducatives et psychiatriques spécialisées dans le suivi des personnes en situation de handicap mental et souffrant de troubles psychiques. Le travail empirique est basé sur une approche qualitative et compréhensive des interactions sociales, et procède par une étude de terrain approfondie. Les données recueillies sont variées : notes de terrain et récolte de documentation, enregistrement de réunions d'équipe au sein du DCPHM et de réunions de réseau, et entretiens de différents types. L'analyse montre que le travail de collaboration qui incombe à l'équipe est constitué d'obstacles qui sont autant d'occasions de développement professionnel et de construction identitaire. Les résultats mettent en lumière des mécanismes discursifs de catégorisation concourant à la fois à la construction des patients comme objets d'activité, et à la construction d'une place qui légitime les interventions de l'équipe dans le paysage socio:éducatif et psychiatrique vaudois et la met au centre de l'arène professionnelle. -- Care and follow:up for people with mental disabilities suffering from psychological disorders : therefore at the interface between the socio:educational and psychiatric fields : represent complex challenges in terms of interprofessional collaboration. In the canton of Vaud, the caregivers involved in this issue have been trying for years to build multidisciplinary networks in order to better exchange between professionals and develop skills and knowledge to improve the recipients' well:being. This work thus proposes to study and question these working methods in a sociocultural perspective (Vygotski, 1934/1997) so as to understand how they operate, highlight inherent mechanisms and provide actionable insights to the professionals. It is based on fieldwork conducted among members of the Dispositif de Collaboration Psychiatrie Handicap Mental (DCPHM), of the Psychiatry Department at the CHUV University Hospital in Lausanne, whose main mission is to facilitate collaboration between the socio:educational and psychiatric institutions specialising in monitoring people presenting with both mental handicap and psychiatric disorder. The empirical work is based on a qualitative and comprehensive approach to social interactions, and conducted based on an in:depth field study. The data collected are varied - field notes and documentation collection, recordings of team meetings within the DCPHM and network meetings, and various types of interviews. The analysis shows that the collaborative work that befalls the team consists of obstacles, all of which provide opportunities for professional development and identity construction. The results highlight discursive strategies of categorisation which contribute both to the construction of the patients as objects of activity and to building a position that legitimates the team's interventions in the socio: educational and psychiatric landscape of canton Vaud and puts it in the centre of the professional arena.

Sex- and melanism-specific variations in the oxidative status of adult tawny owls in response to manipulated reproductive effort.

Oxidative stress, determined by the balance between the production of damaging reactive oxygen species (ROS) and antioxidant defences, is hypothesized to play an important role in shaping the cost of reproduction and life history trade-offs. To test this hypothesis, we manipulated reproductive effort in 94 breeding pairs of tawny owls (Strix aluco) to investigate the sex- and melanism-specific effects on markers of oxidative stress in red blood cells (RBCs). This colour polymorphic bird species shows sex-specific division of labour and melanism-specific history strategies. Brood sizes at hatching were experimentally enlarged or reduced to increase or decrease reproductive effort, respectively. We obtained an integrative measure of the oxidative balance by measuring ROS production by RBCs, intracellular antioxidant glutathione levels and membrane resistance to ROS. We found that light melanic males (the sex undertaking offspring food provisioning) produced more ROS than darker conspecifics, but only when rearing an enlarged brood. In both sexes, light melanic individuals had also a larger pool of intracellular antioxidant glutathione than darker owls under relaxed reproductive conditions (i.e. reduced brood), but not when investing substantial effort in current reproduction (enlarged brood). Finally, resistance to oxidative stress was differently affected by the brood size manipulation experiment in males and females independently of their plumage coloration. Altogether, our results support the hypothesis that reproductive effort can alter the oxidative balance in a sex- and colour-specific way. This further emphasizes the close link between melanin-based coloration and life history strategies.

Auto Poisoning of the Respiratory Chain by a Quorum-Sensing-Regulated Molecule Favors Biofilm Formation and Antibiotic Tolerance.

Bacterial programmed cell death and quorum sensing are direct examples of prokaryote group behaviors, wherein cells coordinate their actions to function cooperatively like one organism for the benefit of the whole culture. We demonstrate here that 2-n-heptyl-4-hydroxyquinoline-N-oxide (HQNO), a Pseudomonas aeruginosa quorum-sensing-regulated low-molecular-weight excreted molecule, triggers autolysis by self-perturbing the electron transfer reactions of the cytochrome bc1 complex. HQNO induces specific self-poisoning by disrupting the flow of electrons through the respiratory chain at the cytochrome bc1 complex, causing a leak of reducing equivalents to O2 whereby electrons that would normally be passed to cytochrome c are donated directly to O2. The subsequent mass production of reactive oxygen species (ROS) reduces membrane potential and disrupts membrane integrity, causing bacterial cell autolysis and DNA release. DNA subsequently promotes biofilm formation and increases antibiotic tolerance to beta-lactams, suggesting that HQNO-dependent cell autolysis is advantageous to the bacterial populations. These data identify both a new programmed cell death system and a novel role for HQNO as a critical inducer of biofilm formation and antibiotic tolerance. This newly identified pathway suggests intriguing mechanistic similarities with the initial mitochondrial-mediated steps of eukaryotic apoptosis.

Individual differences in gene expression : insights from transcriptional control of the CSL gene and from human population studies

CSL is a key transcription factor, mostly acting as a repressor, which has been shown to have a highly context-dependent function. While known as the main effector of Notch signaling, it can also exert Notch-independent functions. The downstream effects of the Notch/CSL signaling pathway and its involvement in several biological processes have been intensively studied. We recently showed that CSL is important to maintain skin homeostasis, as its specific deletion in mouse dermal fibroblasts -or downmodulation in human stromal fibroblasts- creates an inducing environment for squamous cell carcinoma (SCC) development, possibly due to the conversion of stromal fibroblasts into cancer associated fibroblasts (CAFs). Despite the wide interest in CSL as a transcriptional regulator, the mechanism of its own regulation has so far been neglected. We show here that CSL expression levels differ between individuals, and correlate among others with genes involved in DNA damage response. Starting from this finding we show that in dermal fibroblasts CSL is under transcriptional control of stress inducers such as UVA irradiation and Reactive Oxygen Species (ROS) induction, and that a main player in CSL transcriptional regulation is the transcription factor p53. In a separate line of work, we focused on individual variability, studying the differences in gene expression between human populations in various cancer types, particularly focusing on the Caucasian and African populations. It is indeed widely known that these populations have different incidences and mortalities for various cancers, and response to cancer treatment may also vary between them. We show here several genes that are differentially expressed and could be of interest in the study of population differences in cancer. -- CSL est un facteur de transcription agissant essentiellement comme répresseur, et qui a une fonction hautement dépendant du contexte. C'est l'effecteur principal de la voie de signalisation de Notch, mais il peut également exercer ses fonctions dans une façon Notch- indépendante. Nous avons récemment montré que CSL est important pour maintenir l'homéostasie de la peau. Sa suppression spécifique dans les fibroblastes dermiques de la souris ou dans les fibroblastes stromales humaines crée un environnement favorable pour le développement du carcinome épidermoïde (SCC), probablement en raison de la conversion des fibroblastes en fibroblastes associé au cancer (CAF). Malgré le grand intérêt de CSL comme régulateur transcriptionnel, le mécanisme de sa propre régulation a été jusqu'ici négligée. Nous montrons ici que dans les fibroblastes dermiques CSL est sous le contrôle transcriptionnel de facteurs de stress tels que l'irradiation UVA et l'induction des ROS dont p53 est l'acteur principal de cette régulation. Nous montrons aussi que les niveaux d'expression de CSL varient selon les individus, en corrélation avec d'autres gènes impliqués dans la réponse aux dommages de l'ADN. Dans une autre axe de recherche, concernant la variabilité individuelle, nous avons étudié les différences dans l'expression des gènes dans différents types de cancer entre les populations humaines, en se concentrant particulièrement sur les populations africaines et caucasiennes. Il est en effet bien connu que ces populations montrent des variations dans l'incidence des cancers, la mortalité, ainsi que pour les réponses au traitement. Nous montrons ici plusieurs gènes qui sont exprimés différemment et pourraient être digne d'intérêt dans l'étude du cancer au sein de différentes populations.