Role of chaperone-assisted selective autophagy (CASA) in mechanical stress protection of periodontal ligament cells.

Szczegóły
Abstrakt

Tytuł:: Role of chaperone-assisted selective autophagy (CASA) in mechanical stress protection of periodontal ligament cells.
Autorzy:: Salim C; Department of Orthodontics, University Hospital Bonn, Welschnonnenstr. 17, 53111, Bonn, Germany.
Muders H; Department of Orthodontics, University Hospital Bonn, Welschnonnenstr. 17, 53111, Bonn, Germany.
Jäger A; Department of Orthodontics, University Hospital Bonn, Welschnonnenstr. 17, 53111, Bonn, Germany.
Konermann A; Department of Orthodontics, University Hospital Bonn, Welschnonnenstr. 17, 53111, Bonn, Germany. .
Transliterated Title:: Die Rolle der Chaperon-assistierten selektiven Autophagie (CASA) bei der mechanischen Stressprotektion von Parodontalligamentzellen.
Źródło:: Journal of orofacial orthopedics = Fortschritte der Kieferorthopadie : Organ/official journal Deutsche Gesellschaft fur Kieferorthopadie [J Orofac Orthop] 2022 Jan; Vol. 83 (1), pp. 1-12. Date of Electronic Publication: 2021 Nov 04.
Typ publikacji:: Journal Article
Język:: English
Imprint Name(s):: Original Publication: München : Urban & Vogel, c1996-
MeSH Terms:: Autophagy*
Periodontal Ligament*/cytology
Tooth*
Cells, Cultured ; Humans ; Stress, Mechanical ; Tooth Movement Techniques ; Ubiquitin-Protein Ligases
References:: J Bone Miner Res. 2002 Feb;17(2):210-20. (PMID: 11811551)
Biol Chem. 2010 May;391(5):481-9. (PMID: 20302520)
Curr Biol. 2011 Nov 22;21(22):R916-8. (PMID: 22115457)
J Cell Sci. 2017 Sep 1;130(17):2781-2788. (PMID: 28808089)
Autophagy. 2019 Jul;15(7):1199-1213. (PMID: 30744518)
Ann Anat. 2020 Sep;231:151517. (PMID: 32229241)
Curr Biol. 2010 Jan 26;20(2):143-8. (PMID: 20060297)
Clin Oral Investig. 2021 Nov;25(11):6321-6333. (PMID: 33822289)
Nature. 2011 Sep 18;478(7368):260-3. (PMID: 21926999)
Nat Commun. 2014 Aug 14;5:4656. (PMID: 25120197)
Biochim Biophys Acta Mol Cell Res. 2017 Jan;1864(1):62-75. (PMID: 27756573)
J Family Med Prim Care. 2020 Aug 25;9(8):3872-3882. (PMID: 33110782)
Nature. 2011 Jul 20;475(7356):324-32. (PMID: 21776078)
J Orofac Orthop. 2020 Jan;81(1):10-21. (PMID: 31591651)
Bone. 2002 Apr;30(4):547-52. (PMID: 11934644)
Curr Biol. 2013 Mar 4;23(5):430-5. (PMID: 23434281)
Commun Integr Biol. 2013 Jul 1;6(4):e24925. (PMID: 23986815)
Arch Oral Biol. 2014 Feb;59(2):187-92. (PMID: 24370190)
Autophagy. 2015;11(3):538-46. (PMID: 25714469)
Nucleic Acids Res. 2001 May 1;29(9):e45. (PMID: 11328886)
Ann Anat. 2019 Jul;224:81-87. (PMID: 31022517)
Clin Oral Investig. 2014 Apr;18(3):901-8. (PMID: 23851938)
Contributed Indexing:: Keywords: Autophagosome; Chaperone–cochaperone complex; Immunohistochemistry; Orthodontic tooth movement; Proteostasis
Local Abstract: [Publisher, German] HINTERGRUND: Das Parodontalligament (PDL) ist unter physiologischen Bedingungen permanent mechanischen Kräften ausgesetzt, welche durch kieferorthopädische Zahnbewegung (OTM) nochmals potenziert werden. Ziel dieser Studie war die Untersuchung der Rolle von Chaperon-assistierter selektiver Autophagie (CASA) bei der Mechanosensation und der kraftinduzierten Stressadaptation von PDL-Zellen. [Publisher, German] Humane PDL-Zellen wurden in vitro einer statischen Dehnung von 2,5, 5 und 10 % für 24 h ausgesetzt. Nichtstimulierte Zellen dienten als Kontrolle. Analysiert wurde die Genexpression der CASA-Moleküle HSPA8, HSPB8, BAG3, STUB1, SYNPO2 via RT-qPCR sowie die Proteinexpression dieser Moleküle und diejenige von Filamin A mittels Western-Blot. In-vivo-Analysen der CASA wurden mit immunohistochemischen Verfahren an Zähnen mit sowie ohne OTM durchgeführt. [Publisher, German] Alle untersuchten CASA-Moleküle wurden ubiquitär von PDL-Zellen exprimiert und unter mechanischer Belastung hochreguliert. Die Proteinanalysen bestätigten diese Ergebnisse, obwohl eine Modulation bei der Kraftaufwendung für einige Moleküle und Belastungsintensitäten auch einen Rückgang zeigte. Die in vivo Ergebnisse waren deckungsgleich mit den Genanalysen und zeigten eine einheitliche Hochregulation von HSPA8, HSPB8, BAG3, STUB1, SYNPO2 und Filamin A bei Zähnen mit OTM verglichen mit unbehandelten Kontrollzähnen. Die Experimente zeigten im Allgemeinen eine ausgeprägte Variabilität in der Expression zwischen den Spendern sowohl auf Gen- als auch auf Proteinebene. [Publisher, German] Unsere Studie ist die erste wissenschaftliche Arbeit, die sowohl die CASA-Moleküle als auch deren funktionelle Relevanz im PDL nachweist. Die Daten zeigen, dass CASA höchstwahrscheinlich eine zentrale Rolle spielt für die adäquate Adaptation an OTM-induzierte Krafteinwirkungen und als protektiver Faktor für Zellen bei mechanischem Stress. Genauere Kenntnisse des CASA-Signalweges werden es ermöglichen, Prädispositionsfaktoren für unerwünschte Wirkungen beim Einsatz mechanischer Belastung künftig besser einzuschätzen.
Substance Nomenclature:: EC 2.3.2.27 (Ubiquitin-Protein Ligases)
Entry Date(s):: Date Created: 20211104 Date Completed: 20220120 Latest Revision: 20220531
Update Code:: 20240105
PubMed Central ID:: PMC8766363
DOI:: 10.1007/s00056-021-00358-3
PMID:: 34735580
: Czasopismo naukowe

Objective: The periodontal ligament (PDL) is exposed to constant mechanical forces potentiated by orthodontic tooth movement (OTM). The aim of our study was to investigate the involvement of chaperone-assisted selective autophagy (CASA) in mechanosensing and cellular adaption to forces in the PDL.
Materials and Methods: Human PDL cells were loaded with 2.5, 5, and 10% of static mechanical strain for 24 h in vitro. Untreated cells served as controls. Gene expression of HSPA8, HSPB8, BAG3, STUB1, SYNPO2 was investigated via RT-qPCR (Quantitative reverse transcription PCR). Western blot evidenced protein expression of these molecules and of Filamin A. In vivo analyses of CASA were performed via immunohistochemistry on teeth with and without OTM.
Results: CASA machinery genes were inherently expressed in PDL cells and exhibited transcriptional induction upon mechanical strain. Protein analyses underlined these findings, even though modulation upon force exertion also demonstrated a decrease for some molecules and loading strengths. In vivo results evidenced again the uniform upregulation of HSPA8, HSPB8, BAG3, STUB1, SYNPO2 and Filamin A in teeth with OTM compared to controls. Experiments generally evidenced a pronounced variability in the expression between donors both on the gene and protein level.
Conclusions: Our study is the first to identify both the expression and functional relevance of CASA in the PDL. The data reflect its probable central role in adequate adaption to forces exerted by OTM and in mechanical stress protection of cells. Deeper knowledge of the CASA pathway will allow better assessment of predisposing factors regarding side effects during mechanical force application that can be used in orthodontic practice.
(© 2021. The Author(s).)

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