Научные статьи \ Математика. Естественные науки \ Биологические науки в целом \ Биология клетки и субклеточных частиц. Цитология

Участие глюкозы в ремоделировании суставного хряща

Участие глюкозы в ремоделировании суставного хряща

Автор: Самитова Алина Фаритовна, Крылов Павел Андреевич

Журнал: Природные системы и ресурсы @ns-jvolsu

Рубрика: Биология и биотехнология

Статья в выпуске: 3 т.9, 2019 года.

Бесплатный доступ

В настоящее время наблюдается значительный рост интереса к исследованиям глюкозы как сигнальной молекулы и регулятора метаболизма в хондроцитах. На данный момент мало экспериментальных данных о способности хондроцитов отвечать на изменения концентрации внеклеточной глюкозы, и, таким образом, избегать вредных эффектов, возникающих в результате недостатка или внутриклеточного накопления глюкозы. Данное исследование посвящено сбору и анализу информации о механизме влиянии глюкозы на хондроциты суставного хряща. Было выяснено, что хондроциты способны адаптироваться к высоким и низким концентрациям глюкозы, модулируя синтез и деградацию GluT1. Из этого следует, что глюкоза в разных концентрациях способна влиять на многие фундаментальные клеточные функции такие, как синтез и разрушение хрящевого матрикса, пролиферация и дифференцировка, и апоптоз.

Еще

Суставной хрящ, хондроциты, хрящевой матрикс, глюкоза, пролиферация

Короткий адрес: https://sciup.org/149131462

IDR: 149131462   |   УДК: 576   |   DOI: 10.15688/nsr.jvolsu.2019.3.1

Glucose involvement in articular cartilage remodeling

Currently, the interest in studying glucose as a signaling molecule and a regulator of chondrocyte metabolism is increasing significantly. There is little available data on chondrocytes’ ability to respond to extracellular glucose concentration changes that help them to avoid harmful effects resulting from the lack or accumulation of intracellular glucose. We have collected and analyzed the information about the mechanism of glucose influence on articular cartilage chondrocyte in this study. We have learned that chondrocytes adapt to both high and low glucose concentrations by modulating the synthesis and degradation of GluT1. Consequently, glucose in different concentrations affects many fundamental cellular functions such as the cartilage matrix synthesis and disruption, proliferation, differentiation, and apoptosis. To build a functional model of glucose participation in articular cartilage remodeling the exhaustive search and analysis of literature has been performed using open access resources. The scheme reflects key processes that have direct or indirect effects on the catabolic or anabolic function of chondrocytes. As a result, we have created a functional model that shows the effect of glucose on the suppression or expression of compounds that are actively involved in cartilage tissue remodeling. For example, these are compounds such as nitric oxide, aggrecans and type II collagen and others. Despite the role of glucose in energy metabolism in all cell types, including chondrocytes, high concentrations of glucose can also have a harmful effect. The advantage of this model is systematic data, which facilitates the perception of the results and their relevance.

Еще

Список литературы Участие глюкозы в ремоделировании суставного хряща

  • Морфология суставного хряща при экспериментальном остеоартрозе при коррекции состава синовиальной жидкости сурфактант-ассоцииро-ванными белками/ П.А. Крылов [и др.] // Клиническая и экспериментальная морфология. - 2017. -Т. 3, № 23. - С. 50-55.
  • Морфология тибиофеморального сустава крысы при экспериментальном остеоартрозе: 3D-реконструкция на основе техники высокоточного сошлифовывания / П.А. Крылов [и др.] // Журнал анатомии и гистопатологии. - 2017. - Т. 6, № 3. -С. 44-49.
  • Оценка эффективности лубриканта на основе легочного сурфактанта при экспериментальном остеоартрозе коленного сустава у крыс: анализ 3D-реконструкций / П.А. Крылов [и др.] // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. -2019. - Т. 168, № 9. - С. 343-346.
  • Articular Cartilage Proteoglycans as Boundary Lubricants: Structure and Frictional Interaction of Surface-Attached Hyaluronan and Hyaluronan-Aggrecan Complexes / J. Seror [et al.] // Biomacromolecules. - 2011. - Vol. 12, №> 10. - P. 34323443. - DOI: https://doi.org/10.1021/bm2004912.
  • Bhosale, A. M. Articular Cartilage: Structure, Injuries and Review of Management / A. M. Bhosale, J. B. Richardson // Brit. Med. Bull. - 2008. - Vol. 87. -P. 77-95. - DOI: https://doi.org/10.1093/bmb/ldn025.
  • Characterization of Diabetic Osteoarthritic Cartilage and Role of High Glucose Environment on Chondrocyte Activation: Toward Pathophysiological Delineation of Diabetes Mellitus-Related Osteoarthritis / M.C. Laiguillon [et al.] // Osteoarthritis Cartil. - 2015. - Vol. 23, №№ 9. - P. 1513-1522. - DOI: https://doi.org/10.1016/jjoca.2015.04.026.
  • Coates, E. E. Matrix Molecule Influence on Chondrocyte Phenotype and Proteoglycan 4 Expression by Alginate-Embedded Zonal Chondrocytes and Mesenchymal Stem Cells / E. E. Coates, C. N. Riggin, J. P. Fisher // J. Orthop. Res. - 2012. - Vol. 30, №№ 12. -P. 1886-1897. - DOI: https://doi.org/10.1002/jor.22166.
  • Defining the Roles of Inflammatory and Anabolic Cytokines in Cartilage Metabolism / M. B. Goldring [et al.] // Ann. Rheum. Dis. - 2008. -Vol. 67. - P. 75-82. - DOI: https://doi.org/10.1136/ ard.2008.098764.
  • Expression and Function of Visfatin (Nampt), an Adipokine-Enzyme Involved in Inflammatory Pathways of Osteoarthritis / M. C. Laiguillon [et al.] // Arthritis Res. Ther. - 2014. - Vol. 16, №№ 1. - P. 38. -DOI: https://doi.org/10.1186/ar4467.
  • Facilitative Glucose Transporters in Articular Chondrocytes. Expression, Distribution and Functional Regulation of GLUT Isoforms by Hypoxia, Hypoxia Mimetics, Growth Factors and Pro-inflammatory Cytokines / A. Mobasheri [et al.] // Adv. Anat. Embryol. Cell Biol. - 2008. - Vol. 200, №> 1. - P. 1-84.
  • Glucosamine Modulates Chondrocyte Proliferation, Matrix Synthesis, and Gene Expression / S. Varghese [et al.] // Osteoarthritis Cartil. - 2007. -Vol. 15, №> 1. - P. 59-68. - DOI: https://doi.org/10.1016/ j.joca.2006.06.008.
  • Glucose Transport and Metabolism in Chondrocytes: a Key to Understanding Chondrogenesis, Skeletal Development and Cartilage Degradation in Osteoarthritis / A. Mobasheri [et al.] // Histol. Histopathol. - 2002. - Vol. 17, №> 4. - P. 1239. -DOI: https://doi.org/10.14670/HH-17.1239.
  • Heywood, H. K. Rate of Oxygen Consumption by Isolated Articular Chondrocytes is Sensitive to Medium Glucose Concentration / H. K. Heywood, D. L. Bader, D. A. Lee // J. Cell Physiol. - 2006. - Vol. 206, №№ 2. - P. 402-410. - DOI: https://doi.org/10.1002/ jcp.20491.
  • High Doses of Glucosamine-HCl Have Detrimental Effects on Bovine Articular Cartilage Expiants Cultured in Vitro / M. de Mattei [et al.] // Osteoarthritis Cartil. -2006. - Vol. 10, № 10. - P. 816-825. - DOI: https:/ /doi.org/10.1053/joca.2002.0834.
  • Impaired Glucose Transporter-1 Degradation and Increased Glucose Transport and Oxidative Stress in Response to High Glucose in Chondrocytes from Osteoarthritic Versus Normal Human Cartilage / S. C. Rosa [et al.] // Arthritis Res. Ther. - 2009. - Vol. 11, № 3. - P. 80. - DOI: https:// doi.org/10.1186/ar2713.
  • Increased Accumulation of Superficial Zone Protein (SZP) in Articular Cartilage in Response to Bone Morphogenetic Protein-7 and Growth Factors / A. Khalafi [et al.] // J. Orthop. Res. - 2007. - Vol. 25, № 3. - P. 293-303. - DOI: https://doi.org/10.1002/ jor.20329.
  • Kartogenin, Transforming Growth Factor-B1 and Bone Morphogenetic Protein-7 Coordinately Enhance Lubricin Accumulation in Bone-Derived Mesenchymal Stem Cells / C. Liu [et al.] // Cell Biol. Int. - 2015. - Vol. 39, № 9. - P. 1026-1035. - DOI: https:/ /doi.org/10.1002/cbin. 10476.
  • Krylov, P. A. The Grouping of Chondrocyte Receptors According to Their Control Over Cartilage Tissue Remodeling / P. A. Krylov // Eur. J. Mol. Biotech. - 2014. - Vol. 3, № 1. - P. 4-10. - DOI: https://doi.org/ 10.13187/ejmb.2014.3.4.
  • Lubricin is Expressed in Chondrocytes Derived from Osteoarthritic Cartilage Encapsulated in Poly (Ethylene Glycol) Diacrylate Scaffold / G. Musumeci [et al.] // Eur. J. Histochem.: EJH. - 2011. - Vol. 55, № 3. - P. 31. - DOI: https://doi.org/10.4081/ ejh.2011.e31.
  • McNary, S. M .Transforming Growth Factor B-Induced Superficial Zone Protein Accumulation in the Surface Zone of Articular Cartilage is Dependent on the Cytoskeleton / S. M. McNary, K. A. Athanasiou, A. H. Reddi // Tissue Eng. Pt. A. - 2014. - Vol. 20, № 5-6. - P. 921-929. - DOI: https://doi.org/10.1089/ ten.TEA.2013.0043.
  • Mitochondrial Dysfunction Increases Inflammatory Responsiveness to Cytokines in Normal Human Chondrocytes / C. Vaamonde-Garcia [et al.] // Arthritis Rheum. - 2012. - Vol. 64, № 9. - P. 29272936. - DOI: https://doi.org/10.1002/art.34508.
  • Mobasheri, A. Glucose: an Energy Currency and Structural Precursor in Articular Cartilage and Bone with Emerging Roles as an Extracellular Signaling Molecule and Metabolic Regulator / A. Mobasheri // Front. Endocrinol (Lausanne). - 2012. - Vol. 3, № 153. - P. 153. - DOI: https://doi.org/10.3389/ fendo.2012.00153.
  • New Insights Into GluT1 Mechanics During Glucose Transfer / T. Galochkina [et al.] // Sci. Rep. - 2019. - Vol. 9, № 1. - P. 998. - DOI: https://doi.org/ 10.1038/s41598-018-37367-z.
  • Nutrient Utilization by Bovine Articular Chondrocytes: a Combined Experimental and Theoretical Approach / B. G. Sengers [et al.] // J. Biomech. Eng. - 2005. - Vol. 127, № 5. - P. 758-766. - DOI: https://doi.org/10.1115/1.1993664.
  • Physical Activity, Alignment and Knee Osteoarthritis: Data from MOST and the OAI / D.T. Felson [et al.] // Osteoarthritis Cartil. - 2013. -Vol. 21, № 6. - P. 789-795. - DOI: https://doi.org/ 10.1016/j .joca.2013.03.001.
  • Role of Lubricin and Boundary Lubrication in the Prevention of Chondrocyte Apoptosis / K. A. Waller [et al.] // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. -2013. - Vol. 110, № 15. - P. 5852-5857. - DOI: https:// doi.org/10.1073/pnas. 1219289110.
  • Rotenone Prevents Impact-Induced Chondrocyte Death / W. Goodwin [et al.] // J. Orthop. Res. - 2010. - Vol. 28, № 8. - P. 1057-1063. - DOI: https://doi.org/10.1002/jor.21091.
  • Sophia Fox, A. J. The Basic Science of Articular Cartilage: Structure, Composition, and Function / A. J. Sophia Fox, A. Bedi, S. A. Rodeo // Sports Health. - 2009. - Vol. 1, № 6. - P. 461-468. -DOI: https://doi.org/10.1177/1941738109350438.
  • Surface Zone Articular Chondrocytes Modulate the Bulk and Surface Mechanical Properties of the Tissue-Engineered Cartilage / G. Peng [et al.] // Tissue Eng. Pt. A. - 2014. - Vol. 20, № 23-24. - P. 33323341. - DOI: https://doi.org/10.1089/ten.tea.2014.0099.
  • Yunsup, L. Regulation of Lubricin for Functional Cartilage Tissue Regeneration: a Review / L. Yunsup, J. Choi, N. S. Hwang // Biomaterials Res. -2018. - Vol. 22, № 9. - P. 9. - DOI: https://doi.org/ 10.1186/s40824-018-0118-x.
Еще
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp