The Role of ULK1 in the Pathophysiology of Osteoarthritis

L'arthrose est la maladie musculo-squelettique la plus commune dans le monde. Elle est l'une des principales causes de douleur et d’incapacité chez les adultes, et elle représente un fardeau considérable sur le système de soins de santé. L'arthrose est une maladie de l’articulation entière, impliquant non seulement le cartilage articulaire, mais aussi la synoviale, les ligaments et l’os sous-chondral. L’arthrose est caractérisée par la dégénérescence progressive du cartilage articulaire, la formation d’ostéophytes, le remodelage de l'os sous-chondral, la détérioration des tendons et des ligaments et l'inflammation de la membrane synoviale. Les traitements actuels aident seulement à soulager les symptômes précoces de la maladie, c’est pour cette raison que l'arthrose est caractérisée par une progression presque inévitable vers la phase terminale de la maladie. La pathogénie exacte de l'arthrose est encore inconnue, mais on sait que l'événement clé est la dégradation du cartilage articulaire. Le cartilage articulaire est composé uniquement des chondrocytes; les cellules responsables de la synthèse de la matrice extracellulaire et du maintien de l'homéostasie du cartilage articulaire. Les chondrocytes maintiennent la matrice du cartilage en remplaçant les macromolécules dégradées et en répondant aux lésions du cartilage et aux dégénérescences focales en augmentant l'activité de synthèse locale. Les chondrocytes ont un taux faible de renouvellement, c’est pour cette raison qu’ils utilisent des mécanismes endogènes tels que l'autophagie (un processus de survie cellulaire et d’adaptation) pour enlever les organelles et les macromolécules endommagés et pour maintenir l'homéostasie du cartilage articulaire. i L'autophagie est une voie de dégradation lysosomale qui est essentielle pour la survie, la différenciation, le développement et l’homéostasie. Elle régule la maturation et favorise la survie des chondrocytes matures sous le stress et des conditions hypoxiques. Des études effectuées par nous et d'autres ont montré qu’un dérèglement de l’autophagie est associé à une diminution de la chondroprotection, à l'augmentation de la mort cellulaire et à la dégénérescence du cartilage articulaire. Carames et al ont montré que l'autophagie est constitutivement exprimée dans le cartilage articulaire humain normal. Toutefois, l'expression des inducteurs principaux de l'autophagie est réduite dans le vieux cartilage. Nos études précédentes ont également identifié des principaux gènes de l’autophagie qui sont exprimés à des niveaux plus faibles dans le cartilage humain atteint de l'arthrose. Les mêmes résultats ont été montrés dans le cartilage articulaire provenant des modèles de l’arthrose expérimentaux chez la souris et le chien. Plus précisément, nous avons remarqué que l'expression d’Unc-51 like kinase-1 (ULK1) est faible dans cartilage humain atteint de l'arthrose et des modèles expérimentaux de l’arthrose. ULK1 est la sérine / thréonine protéine kinase et elle est l’inducteur principal de l’autophagie. La perte de l’expression de ULK1 se traduit par un niveau d’autophagie faible. Etant donné qu’une signalisation adéquate de l'autophagie est nécessaire pour maintenir la chondroprotection ainsi que l'homéostasie du cartilage articulaire, nous avons proposé l’hypothèse suivante : une expression adéquate de ULK1 est requise pour l’induction de l’autophagie dans le cartilage articulaire et une perte de cette expression se traduira par une diminution de la chondroprotection, et une augmentation de la mort des chondrocytes ce qui conduit à la dégénérescence du cartilage articulaire. Le rôle exact de ULK1 dans la pathogénie de l'arthrose est inconnue, j’ai alors créé pour la première fois, des souris KO ULK1spécifiquement dans le cartilage en utilisant la technologie Cre-Lox et j’ai ensuite soumis ces souris à la déstabilisation du ménisque médial (DMM), un modèle de l'arthrose de la souris pour élucider le rôle spécifique in vivo de ULK1 dans pathogenèse de l'arthrose. Mes résultats montrent que ULK1 est essentielle pour le maintien de l'homéostasie du cartilage articulaire. Plus précisément, je montre que la perte de ULK1 dans le cartilage articulaire a causé un phénotype de l’arthrose accéléré, associé à la dégénérescence accélérée du cartilage, l’augmentation de la mort cellulaire des chondrocytes, et l’augmentation de l'expression des facteurs cataboliques. En utilisant des chondrocytes provenant des patients atteints de l’arthrose et qui ont été transfectées avec le plasmide d'expression ULK1, je montre qu’ULK1 est capable de réduire l’expression de la protéine mTOR (principal régulateur négatif de l’autophagie) et de diminuer l’expression des facteurs cataboliques comme MMP-13 et ADAMTS-5 et COX-2. Mes résultats jusqu'à présent indiquent que ULK1 est une cible thérapeutique potentielle pour maintenir l'homéostasie du cartilage articulaire.

Tratamiento del deslizamiento epifisiario capital femoral con fijación in situ versus luxación quirúrgica

Introducción: El Deslizamiento Epifisiario Capital Femoral es la enfermedad de la cadera más común en adolescentes entre los 9 y 16 años. Es de causa idiopática, más frecuente en hombres, se clasifica en 4 estadios según criterios clínicos y radiológicos. Se buscó evaluar la evolución de los deslizamientos moderados y severos tratados con una de las dos técnicas propuestas. Metodología Se realizó un estudio descriptivo con pacientes que fueron llevados a fijación in situ o luxación controlada entre 2008 y 2011. Resultados: Se incluyeron 26 pacientes, los cuales el 65.4% se les realizó luxación quirúrgica controlada y el 34.6% fijación in situ. El 70,6% de pacientes tenían DECF inestable y 70,5% tenían desplazamiento severo. La evaluación de la escala WOMAC para dolor, rigidez y capacidad funcional encontró mejores beneficios para el grupo de fijación in situ, estadísticamente significativos (p<0,05), no solo en términos de dolor, rigidez y capacidad funcional sino menor frecuencia de complicaciones. Las complicaciones más frecuentes en el grupo de luxación quirúrgica controlada fueron un caso de infección, 7 casos (41,2%) de necrosis avascular de cabeza femoral, 5 casos (29,4%) de condrolisis y 2 casos (11,8%) de pseudoartrosis; En el grupo de fijación in situ, solo 1 (11,1%) presentó Infección del Sitio Operatorio y 1 (11,1%) Condrolisis. Resultados significativos solo para necrosis avascular. Discusión: Los pacientes con deslizamientos moderados y severos manejados con fijación in situ tuvieron una mejor resultado con menor proporción de complicaciones.

Differing effects of exogenous and endogenous hydrogen sulphide in carrageenan-induced knee joint synovitis in the rat

Background and purpose: Recent findings suggest that the noxious gas H(2)S is produced endogenously, and that physiological concentrations of H(2)S are able to modulate pain and inflammation in rodents. This study was undertaken to evaluate the ability of endogenous and exogenous H(2)S to modulate carrageenan-induced synovitis in the rat knee. Experimental approach: Synovitis was induced in Wistar rats by intra-articular injection of carrageenan into the knee joint. Sixty minutes prior to carrageenan injection, the rats were pretreated with indomethacin, an inhibitor of H(2)S formation (dl-propargylglycine) or an H(2)S donor [Lawesson`s reagent (LR)]. Key results: Injection of carrageenan evoked knee inflammation, pain as characterized by impaired gait, secondary tactile allodynia of the ipsilateral hindpaw, joint swelling, histological changes, inflammatory cell infiltration, increased synovial myeloperoxidase, protein nitrotyrosine residues, inducible NOS (iNOS) activity and NO production. Pretreatment with LR or indomethacin significantly attenuated the pain responses, and all the inflammatory and biochemical changes, except for the increased iNOS activity, NO production and 3-NT. Propargylglycine pretreatment potentiated synovial iNOS activity (and NO production), and enhanced macrophage infiltration, but had no effect on other inflammatory parameters. Conclusions and implications: Whereas exogenous H(2)S delivered to the knee joint can produce a significant anti-inflammatory and anti-nociceptive effect, locally produced H(2)S exerts little immunomodulatory effect. These data further support the development and use of H(2)S donors as potential alternatives (or complementary therapies) to the available anti-inflammatory compounds used for treatment of joint inflammation or relief of its symptoms.

Effect of neuromuscular electrical stimulation and isotonic exercises in flexor and extensor muscles of knee of hemiplegic patients

Aim. To verify the muscular force and resistance to the movement of the flexor and extensor muscles of the knee of patients with spasticity after treatment with neuromuscular electrical stimulation (NMES) and isotonic exercises. Patients and methods. The patients this study were divided into group I (NMES) and group 2 (isotonic exercises). Their muscular torque and resistance to the movement of the flexor and extensor knee muscles were measured by the isokinetic dynamometer and the degree of spasticity by the modified Ashworth scale before and after ten sessions. Results. Alterations in the scores of the modified Ashworth scale were not observed. An increase in the flexor torque in group 1 (p = 0.041) and in group 2 (p = 0.001) was verified. In the passive mode, group 1 presented a reduction of resistance to the flexion movement (p = 0.026), while in group 2, a reduction of resistance to both the flexion (p = 0,029) and extension movements (p = 0.019) was verified. Conclusions. The two therapeutical resources had their efficiency proven only for the increase of the force of the flexor muscles. The resistance to movement, the isotonic exercises were more effective because they promoted a reduction in the resistance of the flexor and extensor knee muscles.

Electromyographic preactivation pattern of the gluteus medius during weight-bearing functional tasks in women with and without anterior knee pain

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Muscular coactivation (CA) around the knee reduces power production in elderly women

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Variations in dynamic knee valgus and gluteus medius onset timing in non-athletic females related to hormonal changes during the menstrual cycle

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Design of a fuzzy Takagi-Sugeno controller to vary the joint knee angle of paraplegic patients

The papers shows, through theoretical studies and simulations, that using the description of the plant by Takagi-Sugeno (T-S), it is possible to design a nonlinear controller to control the position of the leg of a paraplegic patient. The control system was designed to change the angle of the joint knee of 60 degrees. This is the first study that describes the application of Takagi-Sugeno (T-S) models in this kind of problem.

Electromyographic behaviour of the gastrocnemius muscle during knee extension and flexion performed on the leg press

The gastrocnemius was analysed in 10 male volunteers during knee flexion and extension with the foot in normal, plantar flexion and dorsal flexion positions. Hewlett-Packard surface electrodes, an electromyographic signal amplifier, a computer equipped with an AID conversion plaque (Model CAD 10/26), a software specially designed to record and analyse the signals, a horizontal leg press, and electrogoniometers were used. The gastrocnemius muscle showed strong potentials at the end of knee extension and beginning of knee flexion. The muscle presented a similar activity both in the zipper and lower platforms. As to bilateral action, the right gastrocnemius presented stronger potentials on the upper platforms, whereas the potentials were bilaterally similar on the lower platforms. As for foot position, the gastrocnemius presented strong potentials when the foot was in plantar flexion. The remaining positions had no effect on the work of the muscle.

Dynamic and isometric protocols of knee extension: Effect of fatigue on the EMG signal

The objective of this study was to analyze the electromyographic (EMG) signal behavior of rectus femoris (RF), vastus medialis (VM), vastus lateralis (VL) and biceps femoris (caput longum) (BFCL) from nine women during fatiguing dynamic and isometric knee extensions tests and to determine their EMGFT (Electromyographic Fatigue Threshold). Surface electrodes, biological signal acquisition module, analogical-digital converter board and specific software were used. The RMS (Root Mean Square) values obtained from concentric phase (80 to 30 degrees) of the dynamic knee extension andfrom isometric contraction were correlated with time on each load by linear regression analysis. The respective slopes were correlated with the correspondent load to determine the EMGFT. Force (Kgf) and median frequency - MF (Hz) obtained during MIVC (Maximal Isometric Voluntary Contraction) performed before and after the fatiguing tests were calculated in Matlab environment. The results demonstrated that the endurance time decreases with higher loads the EMG amplitude increase with time and was greater at higher loads, between muscles in dynamic exercise the RF and VL showed higher slopes, and in isometric exercise the VL showed the same behavior The EMGFT values were similar in both exercises; the force values predominantly decreased after fatiguing tests; however the MF only decreased after some loads. The protocols proposed allowed standardizing protocols at least to induce the fatigue process and to determine the EMGFT as an endurance indicative, which may be used to evaluate the effectiveness of rehabilitative or training interventions indicated to reduce muscle weakness and fatigue.

Abdominal muscle strength is related to the quality of life among older adults with lumbar osteoarthritis

The aim of the present study was to determine the association between abdominal muscle strength and quality of life among older adults with lumbar osteoarthritis. A blind, cross-sectional study was conducted involving 40 older adults: 20 with lumbar osteoarthritis (12 women and 8 men, mean age of 65.90 ± 4.80 years) and 20 controls (14 women and 6 men, mean age of 67.90 ± 4.60 years). The volunteers were submitted to an abdominal muscle strength test. Quality of life was evaluated using the SF-36 questionnaire. Both abdominal muscle strength and quality of life scores were significantly lower in the group with lumbar osteoarthritis in comparison to the controls (p < 0.05). Moreover, significant and positive associations were found between abdominal muscle strength and the subscales of the SF-36 questionnaire (p < 0.05, 0.421 ≥ rs ≤ 0.694). Based on the present findings, older adults with lumbar osteoarthritis with greater abdominal muscle strength have a better quality of life.

Moderate intensity and volume downhill run does not impair knee joint stability at early and late phases of quadriceps/hamstrings contraction

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Avaliação a longo prazo da técnica de avanço da tuberosidade tibial modificada em cães

Pós-graduação em Cirurgia Veterinária - FCAV