Resolution Phase Agonists and Bone Remodeling: Suppressor of Cytokine Signaling-3 (SOCS-3) regulates alveolar bone loss in experimental periodontitis and the anti-inflammatory actions of Resolvin E1 (RvE1)
Creators: name: Παπαθανασίου, Ευάγγελος Σ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Inflammation
Periodontitis
Cytokines
Resolution of Inflammation
Φλεγμονή
Περιοδοντίτιδα
Κυτταροκίνες
Αναστροφή φλεγμονής

description: Periodontitis is the 6th most prevalent disease in the world and the primary cause for tooth loss in adults. The host immune response plays a key role in bacteria-induced alveolar bone resorption. Endogenous control of the magnitude and duration of inflammatory signaling is considered an important determinant of the extent of periodontal pathology. Suppressor of cytokine signaling (SOCS) proteins are inhibitors of cytokine signaling pathways and may play a role in controlling periodontal inflammation. SOCS proteins are also considered crucial intracellular mediators of the anti-inflammatory actions of lipid mediator agonists including resolvins such as RvE1. We hypothesized that SOCS-3 regulates inflammatory cytokine signaling and alveolar bone loss in experimental periodontitis and that the anti-inflammatory actions of RvE1 are SOCS-3 dependent. Periodontal bone loss was induced in myeloid-specific SOCS-3-knockout (KO) and SOCS-3-wild-type (WT) C57Bl6-B.129 mice by oral inoculation with 1×109 colony-forming units (CFU) P. gingivalis A7436 using an oral gavage model for periodontitis. Sham controls for both types of mice received vehicle without bacteria. The mice were euthanized 6 weeks after the last oral inoculation. Morphometric, histomorphometric, and µCT analyses were performed to assess alveolar bone loss. Peritoneal macrophages were elicited with 4% thioglycolate broth and isolated from myeloid SOCS-3-KO and SOCS-3-WT mice by differential centrifugation. Macrophages were cultured at a concentration of 1.5×106 cells/ml in 6-well plates. After 2 hours, non-adherent cells were discarded and the remaining adherent cells were treated with either culture medium alone (control) or with 100 ng/ml P. gingivalis A7436 LPS or with culture medium and 100nM RvE1 or with 100 ng/ml P. gingivalis A7436 LPS and RvE1 100nM (n≥3 wells per group). Supernatants and cells were collected after 12 hours. Cytokine levels were assessed using Luminex multiplex bead immunoassay and RNA was extracted by Trizol and processed for qRT-PCR. Increased bone loss was demonstrated in P. gingivalis-infected SOCS-3- KO mice compared to P. gingivalis-infected WT mice by direct morphological measurements, µCT analyses and quantitative histology. Loss of SOCS-3 function resulted in increased number of alveolar bone osteoclasts and increased RANKL expression after P. gingivalis infection. SOCS-3 deficiency in myeloid cells also promoted a higher P. gingivalis LPS-induced inflammatory response by inducing a higher secretion of IL-1β, IL-6, TNF-α and KC (IL-8) by peritoneal macrophages from SOCS-3-KO mice. 100nM RvE1 resulted in a significant decrease in P. gingivalis LPS-induced secretion of IL-6, TNF-α and IL-8 by increasing mRNA expression of SOCS-3 and ERV1 in macrophages from SOCS-3-WT mice compared to macrophages from myeloid SOCS-3-KO ones. Our data implicate SOCS-3 as a critical negative regulator of alveolar bone loss in experimental periodontitis and P. gingivalis LPS-induced inflammatory response. SOCS-3 regulates the anti-inflammatory actions of RvE1 on P. gingivalis LPS-induced inflammatory cytokines in macrophages. Understanding further the role of SOCS proteins in regulating periodontal inflammation may provide novel pathways of host susceptibility to periodontitis and new therapeutic targets for modulating the immune response to achieve successful resolution of periodontal inflammation.
description: Η περιοδοντίτιδα είναι η 6η πιο συχνή ασθένεια στο κόσμο και η πρώτη αιτία απώλειας δοντιών στους ενήλικες. Η ανοσολογική αντίδραση του ξενιστή πάιζει κυρίαρχο ρόλο στην απώλεια φατνιακού οστού που προκαλείται από βακτήρια. Ο ενδογενής έλεγχος του μεγέθους και της διάρκειας της μετάδοσης της φλεγμονής θεωρείται καθοριστικός παράγοντας της έκτασης της περιοδοντικής καταστροφής. Οι καταστολείς της μετάδοσης των κυτταροκινών (SOCS) αποτελούν αναστολείς των οδών μετάδοσης των κυτταροκινών και μπορεί να συμβάλλουν στον έλεγχο της περιοδοντικής φλεγμονής. Οι SOCS πρωτεΐνες θεωρούνται επίσης σημαντικοί ενδοκυτταρικοί μεσολαβητές των αντι-φλεγμονωδών δράσεων αγωνιστών λιπιδιακών μεσολαβητών όπως η ρεσολβίνη Ε1 (RvE1). Υποθέσαμε ότι η SOCS-3 πρωτεΐνη ρυθμίζει τη μετάδοση των μεσολαβητών φλεγμονής και την απώλεια φατνιακού οστού σε πειραματική περιοδοντίτιδα και ότι οι αντιφλεγμονώδεις δράσεις της RvE1 εξαρτώνται από τη SOCS-3 πρωτεΐνη. Απώλεια φατνιακού οστού προκλήθηκε σε C57Bl6-B.129 ποντικούς με έλλειψη της SOCS-3 πρωτεΐνης (SOCS-3-knockout (KO) ) σε μυελώδη κύτταρα και σε C57Bl6-B.129 ποντικούς με παρουσία της SOCS-3 πρωτεΐνης (SOCS-3-wild-type (WT) ) σε μυελώδη κύτταρα αντίστοιχα χρησιμοποιώντας ένα πειραματικό μοντέλο περιοδοντίτιδας με τοπική εναπόθεση του βακτηρίου P. gingivalis A7436 στη στοματική κοιλότητα των ποντικών. Χρησιμοποιήθηκαν επίσης ποντίκια ελέγχου χωρίς τοπική εναπόθεση βακτηρίων και στα 2 είδη ποντικών. Ακολούθησε ευθανασία των ποντικών 6 εβδομάδες μετά την τελευταία τοπική επάλειψη. Μορφομετρικές, ιστομορφομετρικές και μικρο-αξονικές (μCT) αναλύσεις ακολούθησαν για να αξιολογηθεί και συγκριθεί η απώλεια φατνιακού οστού ανάμεσα στις διαφορετικές ομάδες ποντικών. Μακροφάγα από τη περιτοναϊκή κοιλότητα προκλήθηκαν με τοπική έγχυση ζωμού 4% θειογλυκολικού οξέος και απομονώθηκαν από SOCS-3-KO και SOCS-3-WT ποντικούς μετά από φυγοκέντρηση. Τα μακροφάγα καλλιεργήθηκανε σε συγκέντρωση 1.5×106 κύτταρα/ml σε τριβλία 6-δισκίων. Μετά από 2 ώρες, μη-προσκολλώμενα κύτταρα απομακρυνθήκανε, ενώ στα υπόλοιπα προσκολλώμενα κύτταρα προστέθηκε είτε μόνο διάμεσο υγρό καλλιέργειας (κύτταρα ελέγχου) είτε 100 ng/ml P. gingivalis A7436 LPS είτε διάμεσο υγρό καλλιέργειας και 100nM RvE1 είτε 100 ng/ml P. gingivalis A7436 LPS και RvE1 100nM (n≥3 δισκία ανά ομάδα). Διάμεσα υγρά και κύτταρα συλλέχθησαν μετά από 12 ώρες. Επίπεδα κυτταροκινών μετρήθηκανε με Luminex multiplex bead immunoassay και RNA εξήχθη από τα κύτταρα με Trizol το οποίο χρησιμοποιήθηκε για qRT-PCR. Αυξημένη απώλεια φατνιακού οστού αναδείχθηκε στους P. gingivalis-εκτειθέμμενους SOCS-3- KO ποντικούς σε σύγκριση με P. gingivalis-εκτειθέμμενους SOCS-3-WT ποντικούς μετά από απ’ευθείας μορφολογικές μετρήσεις, µCT και ιστολογικές αναλύσεις. Η έλλειψη της SOCS-3 πρωτεΐνης είχε ως αποτέλεσμα τον αυξημένο αριθμό οστεοκλαστών και αυξημένη έκφραση RANKL μετά από τοπική εναπόθεση P. gingivalis. Η έλλειψη της SOCS-3 πρωτεΐνης σε μυελώδη κύτταρα προώθησε μία μεγαλύτερη φλεγμονώδη αντίδραση στο P. gingivalis LPS προκαλώντας μια μεγαλύτερη έκκριση της IL-1β, IL-6, TNF-α and KC (IL-8) από περιτοναΐκα μακροφάγα από SOCS-3-KO ποντικούς. Η προσθήκη 100nM RvE1 οδήγησε σε στατιστικώς σημαντική μείωση της έκκρισης IL-6, TNF-α and IL-8 αυξάνοντας την έκφραση του mRNA από τα γονίδια των SOCS-3 και ERV1 σε μακροφάγα από SOCS-3-WT ποντικούς σε σύγκριση με μακροφάγα από SOCS-3-KO ποντικούς. Τα αποτελέσματά μας αναδεικνύουν τη SOCS-3 πρωτεΐνη ως σημαντικό ρυθμιστή της απώλειας φατνιακού οστού σε πειραματική περιοδοντίτιδα και της φλεγμονώδους αντίδρασης στο P. gingivalis LPS. Η SOCS-3 πρωτεΐνη ρυθμίζει επίσης τις αντιφλεγμονώδεις δράσεις της RvE1 στην έκκριση κυτταροκινών προκαλούμενη από P. gingivalis LPS σε μακροφάγα. Ερευνώντας βαθύτερα το ρόλο των SOCS-3 πρωτεϊνών στη ρύθμιση της περιοδοντικής φλεγμονής μπορεί να οδηγήσει στην ανακάλυψη νέων οδών ευαισθησίας του ξενιστή και νέους θεραπευτικούς στόχους τροποποίησης της ανοσολογικής αντίδρασης για να επιτευχθεί επιτυχημένη αναστροφή της περιοδοντικής φλεγμονής.