Effet de l’absence du CFTR sur la réponse à l’hormone parathyroïdienne (PTH) de cellules stromales mésenchymateuses osseuses et d’ostéoblastes murins

Abstract

La maladie osseuse liée à la fibrose kystique (MOLFK) est une comorbidité qui se caractérise par une faible densité osseuse découlant d’une diminution de la formation osseuse et d’une augmentation de la résorption osseuse. Les ostéoblastes (Ob), les cellules responsables de la formation osseuse, sont principalement affectées par la MOLFK. Le Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR), dont le gène est muté chez les patients FK, est exprimé par les Ob. Des études réalisées sur des modèles murins FK ont démontré que l’expression du gène Cftr est importante pour la différenciation des cellules souches mésenchymateuses (CSM) en Ob matures et pour la fonction des Ob. Nous avons également montré que l’absence du CFTR affecte les cellules mâles et femelles de façon distincte. Or, les mécanismes par lesquels l’absence du CFTR entraine ces perturbations restent méconnus. Afin d’expliquer ces perturbations, nous avons ciblé l’hormone parathyroïdienne (PTH) dont la liaison à son récepteur PTHR1 active des voies de signalisation impliquées dans la régulation de la différenciation des Ob. Nous proposons que l'absence du CFTR mènera à une altération sexe spécifique de la réponse à la PTH des CSM et des Ob. En utilisant des cellules issues de souris mâles et femelles Cftr+/+ et Cftr-/- traitées ou non à la PTH, nous avons investigué: 1) les niveaux d’expression génique et protéique de PTHR1; 2) l’activation de l’une des voies de signalisation PTH/PTHR1 (ERK1/2); 3) les niveaux d’expression des gènes cibles ostéoblastiques (receptor activator of nuclear factor-κB ligand (RANKL), ostéoprotégérine (OPG), Runx2, phosphatase alcaline (ALP), ostéocalcine) et ostéocytaires (Matrix Extracellular Phosphoglycoprotein (MEPE) et sclérostine) et; 4) la fonction ostéoblastique (activité de l’ALP). Nos résultats montrent que les niveaux d’expression génique de PTHR1 sont similaires entre les cellules Cftr+/+ et Cftr-/- traitées ou non à la PTH mais que l’expression protéique basale de PTHR1 est abaissée chez les cellules Cftr-/- femelles. La PTH induit la phosphorylation de ERK1/2 dans les cellules Cftr+/+ (mâles et femelles) et Cftr-/- mâles alors que cet effet est absent chez les cellules Cftr-/- femelles. La PTH augmente le ratio RANKL/OPG et diminue l’expression des gènes ostéoblastiques et ostéocytaires des cellules Cftr+/+ alors que les cellules Cftr-/- femelles démontrent une absence complète de réponse à la PTH. L’activité de l’ALP ne diffère pas entre les cellules Cftr+/+ et Cftr-/- traitées ou non à la PTH. Ces résultats suggèrent que l’absence du CFTR est associée à des altérations de la réponse à la PTH des CSM et Ob murins plus marquées chez les femelles. Une meilleure compréhension de la physiopathologie de la MOLFK et de l’influence du sexe biologique, pourrait mener à une personnalisation des thérapies de la MOLFK.

Cystic fibrosis bone-related disease (CFBD) is a comorbidity characterized by the presence of low bone mass resulting from a decrease in bone formation and an increase in bone resorption. Osteoblasts (Ob), the cells responsible for bone formation, are primarily affected by CFBD. The Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR), the mutated gene in cystic fibrosis (CF), is expressed by Ob. Using CF mouse models, we and other have shown that the presence of Cftr is important for the differentiation of murine mesenchymal stem cells (MSCs) into mature Ob and for Ob function. Interestingly, we found that the loss of CFTR affected cells coming from males and females differently. However, the mechanisms by which the CFTR causes these alterations are poorly understood. In order to explain these alterations, we focused on the parathyroid hormone (PTH)-PTHR1 signaling pathways, which are involved in the regulation of Ob differentiation. We propose that the absence of CFTR leads to gender-specific alterations in the response of MSCs and Ob to PTH. Using cells isolated from Cftr+/+ and Cftr-/- males and females and treated or not with PTH, we investigated the : 1) gene and protein expression levels of PTHR1; 2) activation of one of the PTH-PTHR1 signaling pathways (ERK1/2); 3) expression levels of Ob (receptor activator of nuclear factor-κB ligand (RANKL), osteoprotegerin (OPG), Runx2, alkaline phosphatase (ALP), osteocalcin) and osteocyte target genes (Matrix Extracellular Phosphoglycoprotein (MEPE) and sclerostin) and; 4) osteoblast function (ALP activity). Our data show that gene expression levels of PTHR1 are similar between Cftr+/+ and Cftr-/- treated or not with PTH; however basal protein expression of PTHR1 is decreased in Cftr-/- female cells. PTH induces ERK1/2 phosphorylation in Cftr+/+ (males and females) and Cftr-/- (males), but this effect is absent in cells coming from Cftr-/- females. PTH increases the RANKL/OPG ratio and decreases the expression of Ob and osteocyte genes in Cftr+/+ cells. PTH fails to modulate the expression of these genes in Cftr-/- female cells. ALP activity is similar between Cftr+/+ and Cftr-/- cells treated or not with PTH. These results suggest that the absence of CFTR is associated with alterations in the response to PTH of murine MSCs and Ob that are more pronounced in cells coming from females. A better understanding of the pathophysiology of CFBD, and the influence of biological sex, may lead to better tailored therapies for CFBD.