Efectos de HDAC4 en la Expresión de Metaloproteinasas de Matriz Inducida por IL-1b Regulada Parcialmente a Través de la Vía WNT3A/b-Catenina
La osteoartritis (OA) es uno de los trastornos degenerativos de las articulaciones más comunes, caracterizado por la degeneración del cartílago articular y la pérdida de la función de la articulación. La articulación temporomandibular (ATM), una articulación sinovial crucial para el crecimiento y la función craneofacial, también es susceptible a la OA. El mantenimiento de la homeostasis del cartílago es esencial para su integridad estructural, y el equilibrio entre la destrucción y la reparación de la matriz está regulado por las actividades catabólicas y anabólicas de los condrocitos. Aunque los mecanismos específicos de la OA siguen sin estar claros, la evidencia creciente sugiere que las alteraciones catabólicas y la inflamación desempeñan roles críticos en su desarrollo. Las citocinas proinflamatorias como la interleucina-1 beta (IL-1b) son mediadores clave en la fisiopatología de la OA, lo que lleva a la apoptosis de los condrocitos y la degradación de la matriz extracelular (MEC). Específicamente, IL-1b regula al alza las metaloproteinasas de matriz (MMPs), incluyendo MMP3 y MMP13, que degradan el colágeno tipo II y la agrecana, los principales componentes de la matriz del cartílago. Por lo tanto, inhibir el metabolismo catabólico y las respuestas inflamatorias inducidas por IL-1b podría retrasar la progresión de la OA.
Las alteraciones epigenéticas, particularmente las que involucran a las histonas deacetilasas (HDACs), han sido implicadas en la patogénesis de la OA. HDAC4, una HDAC de clase II, desempeña un papel crucial en la hipertrofia de los condrocitos y la formación ósea. Los ratones nulos para HDAC4 exhiben hipertrofia aberrante de los condrocitos y osificación prematura, mientras que la sobreexpresión de HDAC4 reprime la hipertrofia de los condrocitos in vitro. Dado que los condrocitos hipertróficos expresan niveles altos de MMP3 y MMP13, se planteó la hipótesis de que HDAC4 podría influir en la expresión de MMP inducida por IL-1b. Además, la vía de señalización WNT/b-catenina, que regula la homeostasis del cartílago, ha sido vinculada a la OA. WNT3A, un activador principal de la señalización canónica WNT/b-catenina, y b-catenina están regulados al alza en modelos de OA. IL-1b puede activar la señalización WNT/b-catenina en los condrocitos, pero la relación entre la señalización WNT y HDAC4 en la OA de la ATM sigue sin estar clara. Este estudio tuvo como objetivo explorar los efectos de HDAC4 en la degradación de la MEC inducida por IL-1b y su regulación a través de la vía WNT3A/b-catenina.
Los condrocitos primarios (CC) se aislaron de los cóndilos de la ATM de ratas Wistar de 4 semanas de edad, y las células de condrosarcoma humano (SW1353) se cultivaron in vitro. Para establecer un modelo de OA, las células se trataron con IL-1b, y los niveles de HDAC4 se analizaron mediante Western blot. La expresión de HDAC4 en las células SW1353 se silenció utilizando ARN de interferencia pequeño (siRNA) para investigar su efecto en los niveles de MMP3 y MMP13. HDAC4 también se sobreexpresó en las células SW1353 mediante transfección con plásmido, y se midieron los niveles de MMP3 y MMP13. La activación de la vía WNT3A/b-catenina se evaluó observando la translocación de b-catenina al núcleo mediante tinción de inmunofluorescencia. Además, se evaluaron los efectos de WNT3A y la glucógeno sintasa quinasa 3 beta (GSK3b) en los niveles de HDAC4.
El tratamiento con IL-1b reguló a la baja los niveles de HDAC4 tanto en los condrocitos primarios como en las células SW1353 de manera dependiente del tiempo y la dosis. Correspondientemente, los niveles de MMP3 y MMP13 aumentaron con el tratamiento con IL-1b. La eliminación de HDAC4 en las células SW1353 elevó aún más los niveles de MMP3 y MMP13, lo que indica que el silenciamiento de HDAC4 mejora la degradación de la MEC inducida por IL-1b. Por el contrario, la sobreexpresión de HDAC4 inhibió los aumentos inducidos por IL-1b en los niveles de MMP3 y MMP13, lo que sugiere un papel protector de HDAC4 en la homeostasis del cartílago. Estos hallazgos demuestran que HDAC4 ejerce un efecto inhibitorio sobre la degradación de la MEC inducida por IL-1b.
La vía WNT3A/b-catenina fue activada por IL-1b, como lo evidencia la regulación al alza de WNT3A y la translocación de b-catenina al núcleo. El tratamiento con WNT3A reguló a la baja los niveles de HDAC4 en las células SW1353 de manera dependiente del tiempo y la dosis, mientras que también aumentó la expresión de MMP3 y MMP13. La sobreexpresión de GSK3b, un inhibidor de la vía WNT/b-catenina, rescató la regulación a la baja de HDAC4 inducida por IL-1b, confirmando aún más la participación de la vía WNT3A/b-catenina en la regulación de la expresión de HDAC4.
Estos resultados sugieren que HDAC4 desempeña un papel protector en la degradación de la MEC inducida por IL-1b al inhibir la expresión de MMP3 y MMP13. La vía WNT3A/b-catenina regula parcialmente a HDAC4, ya que WNT3A regula a la baja los niveles de HDAC4, mientras que la sobreexpresión de GSK3b los restaura. Este estudio proporciona información sobre los mecanismos moleculares subyacentes a la patogénesis de la OA y destaca el valor terapéutico potencial de dirigirse a HDAC4 y la vía WNT3A/b-catenina en el tratamiento de la OA.
En resumen, HDAC4 inhibe la degradación de la MEC inducida por IL-1b al regular a la baja la expresión de MMP3 y MMP13, y este efecto está parcialmente mediado por la vía WNT3A/b-catenina. Estudios futuros deberían investigar más a fondo el papel de HDAC4 en la progresión de la OA y explorar sus interacciones con otras vías de señalización. Se necesitan experimentos en animales para confirmar estos hallazgos y evaluar el potencial terapéutico de modular la señalización de HDAC4 y WNT3A/b-catenina en la OA.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000001470