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Tipo: Tese
Título : Investigação da participação da via WNT no reparo ósseo em camundongos e a influência da Diabetes Mellitus tipo 1 no reparo e remodelação óssea
Autor : Dutra, Caio de Santiago
Tutor: Leitão, Renata Ferreira de Carvalho
Palabras clave : Cicatrização;Osso e Ossos;Via de Sinalização Wnt;Diabetes Mellitus Tipo 1;Crânio
Fecha de publicación : 28-may-2021
Citación : DUTRA, C. S. Investigação da participação da via WNT no reparo ósseo em camundongos e a influência da Diabetes Mellitus tipo 1 no reparo e remodelação óssea. 2021. 63 f. Tese (Doutorado em Ciências Morfofuncionais) - Faculdade de Medicina, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021.
Resumen en portugués brasileño: O tecido ósseo é um tecido dinâmico capaz de reparar espontaneamente após o estabelecimento de uma lesão ou defeito, devido à ação coordenada entre matriz e células ósseas, envolvendo a ativação de diversas vias de sinalização. Alguns fatores, como a diabetes, interferem nessa resposta biológica, o que resulta em um impacto negativo sobre o reparo e remodelação óssea. No entanto, os mecanismos envolvidos ainda não estão esclarecidos. O presente estudo tem como objetivo investigar a participação da via Wnt/ß-catenina no reparo ósseo em animais normais e diabéticos e estudar os efeitos da diabetes no processo de remodelação óssea. A primeira etapa do estudo objetivou avaliar o papel da via Wnt no reparo ósseo através da inibição da expressão de Dkk-1, uma proteína reguladora da via. Para isso foram utilizados camundongos C57BL/6 submetidos a dois tipos de deleção de Dkk-1: deleção global (Dkk-1fl/fl;Rosa26ERT2:Cre) ou deleção específica em osteócitos (Dkk-1fl/fl;Dmp1:Cre). Animais sem deleção foram usados como controles (Cre-negativos). Todos os animais foram submetidos ao defeito subcrítico de calvária de 1,8 mm de diâmetro. Os animais foram acompanhados por 4 semanas após o procedimento cirúrgico e então eutanasiados. As calvárias foram removidas para as análises microtomográfica, histológica e histométrica e para investigação da expressão de genes envolvidos com o metabolismo ósseo (Dkk-1; Runx2; OCN; OPG e RANKL). Amostras de sangue foram coletadas pouco antes da eutanásia para determinação dos níveis séricos de P1NP e CTx, marcadores bioquímicos da remodelação óssea. Observou-se uma aumento de 33% e 45% de osso neoformado nos grupos Dkk-1fl/fl;Rosa26ERT2:Cre e Dkk-1fl/fl;Dmp1, respectivamente, quando comparados aos respectivos controles Cre-. Entretanto, apenas na linhagem Dkk1fl/fl;Dmp1:Cre+ observou-se aumento de P1NP, marcador de formação óssea, e redução de CTx, marcador de reabsorção óssea. A deleção de Dkk-1 derivado de osteócitos aumentou significativamente a quantidade de superfície óssea mineralizada, as taxas de aposição mineral e de formação óssea, bem como o número de osteoblastos. Em relação à expressão gênica, na linhagem Dkk1fl/fl;Dmp1:Cre+ houve aumento de Runx2, OCN e OPG. Esses resultados sugerem que a via Wnt participa do processo de reparo ósseo, e o uso de animais com deleção específica de Dkk-1 derivado de osteócitos é uma ferramenta potencial de pesquisa para o estudo do envolvimento da via Wnt no metabolismo ósseo normal e 11 em várias condições patológicas associadas. Na segunda etapa do presente trabalho, camundongos C57BL/6 nocaute para Dkk-1 específica em osteócitos (Dkk1fl/fl;Dmp1:Cre) foram submetidos ao modelo de diabetes tipo 1 induzida por 5 injeções consecutivas de estreptozotocina (STZ) (40 mg/kg – i.p) objetivando avaliar o impacto da diabetes tipo 1 (T1DM) no processo de reparo e remodelação óssea. Os descendentes respectivos Cre-negativos foram usados como controles. Doze semanas depois, os animais foram submetidos ao modelo de defeito de calvária conforme descrito anteriormente. Após a eutanásia, 4 semanas após o procedimento cirúrgico, a calvária e o fêmur de cada animal foram coletados para as análises microtomográfica, histológica e histométrica. Amostras de sangue foram coletadas para determinação sérica de proteínas envolvidas com o metabolismo ósseo P1NP, Dkk-1, SOST, CTx, TRAP, além da dosagem de glicemia e teste de tolerância à glicose. O peso corporal e a quantidade de gordura perigonodal e subcutânea foram analisadas. A T1DM reduziu em 36% o volume de osso trabecular nos animais Cre-, enquanto que os animais nocaute para Dkk-1 perderam apenas 16%. A perda óssea cortical não foi observada em animais diabéticos nocaute para Dkk-1, ao contrário dos animais controle. Animais diabéticos, tanto Cre- quanto Cre+, apresentaram menor taxa de reparo ósseo e redução do número de osteoblastos e dos níveis séricos de P1NP. O número de osteoclastos e níveis séricos de TRAP se apresentaram aumentados apenas nos animais diabéticos controle (Cre-). Em suma, Dkk-1 derivado de osteócitos não influencia o desenvolvimento de T1DM, nem interfere no reparo óssea durante a T1DM, mas desempenha papel importante na perda óssea induzida por Dkk-1 osteocítico por regular o número de osteoclastos.
Abstract: Bone is a dynamic tissue able to repair spontaneously after an injury of establishment of a defect, due to the coordinated action of matrix and bone cells, mediated by the activation of several signaling pathways. Some factors, such as diabetes, interfere on this biological response, resulting in a negative impact over bone repair and remodeling. Nevertheless, the mechanism involved are yet to be clarified. The present study aimed to investigate the role of Wnt/ß-catenin on bone repair in animals either normal or diabetic and study the effects of diabetes on the remodeling process. First of all, the study aimed to evaluate the role of Wnt pathway through the inhibition of Dkk-1 expression, a regulatory protein of this pathway. For this, it was used C57BL/6 mice submitted to 2 types of Dkk-1 deletion: global deletion (Dkk-1fl/fl;Rosa26ERT2:Cre) or osteocyte-specific deletion (Dkk-1fl/fl;Dmp1:Cre). Animals without deletion were used as control (Cre-negative). All animals were submitted to subcritical calvaria defect of 1.8 mm diameter. The animals were followed for 4 weeks after the surgical procedure and then euthanized. Calvaria bones were collected for microtomographic, histological and histometric analyses. And for investigation of the expression of gene involved on bone metabolism (Dkk-1; Runx2; OCN; OPG e RANKL). Blood samples were collected before euthanasia in order to determine serum levels of P1NP and CTx, biochemical markers of bone remodeling. In both strains, it was observed greater bone repair when (Dkk1fl/fl;Rosa26ERT2:Cre=33%; Dkk-1fl/fl;Dmp1:Cre=45%) compared to its respective control Cre-. However, only in the animals Dkk-1fl/fl;Dmp1:Cre+ it was observed an increase of P1NP, a marker of bone formation and reduction of CTx, marker of bone resorption. Deletion of osteocyte-derived Dkk-1 significantly increased the amount of mineralized bone surface, mineral apposition rate and bone formation, as well as the number of osteoblasts. Considering the genetic expression, in Dkk-1fl/fl;Dmp1:Cre+ there was an increase of Runx2, OCN e OPG. Therefore, we can conclude that Wnt plays a role on bone repair and the use of animals with specific deletion of osteocytederived Dkk-1 is a potential research tool to study the involvement of Wnt pathway on bone metabolism, in several pathological conditions associated. On the second part of this study, C57BL/6 mice with specific deletion of Dkk-1 in osteocytes (Dkk1fl/fl;Dmp1:Cre) were subjected to the model of type 1 diabetes (T1DM) using 5 consecutive injections of streptozotocin (STZ) (40 mg/kg – i.p) aiming to evaluate the 13 impact of T1DM on bone repair. The respective offspring cre-negative animals were used as control. Twelve weeks later, the animals were subjected to the model of calvaria defect as described previously. After euthanasia, 4 weeks after the surgical procedure, calvaria and femur from each animal were collected for microtomographic, histological and histometric analyses. Blood samples were collected in order to determine serum levels of proteins involved with bone metabolism. Corporal weight and the amount of perigonodal and subcutaneous fats were analyzed. T1DM reduced by 46% the volume of trabecular bone in animals Cre- , while the Dkk-1 knockout animals lost only 16%. The cortical bone loss was completely protected in diabetic Dkk-1 knockout animals. T1DM suppressed the bone formation rate, number of osteoblast, the serum levels of P1NP and bone defect repair in either Cre- or Cre+ animals. The number of osteoclasts and the serum levels of TRAP were increased only in diabetic control animals. In summary, osteocyte-derived Dkk-1 does not interfere on the development of T1DM, and it does not mediate bone repair during T1DM, but it plays an important role on bone loss induced by osteocyte-derived Dkk-1 by regulation of osteoclasts.
URI : http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/59174
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