Μελέτη του κυτταρικού πολλαπλασιασμού κατά την εκφύλιση του μεσοσπονδύλιου δίσκου: ο ρόλος των αυτόκρινων και εξωγενών αυξητικών παραγόντων στη διέγερση του κυτταρικού πολλαπλασιασμού μέσω των μονοπατιών MEK ERK και PI3K AKT

Abstract

Objective. The intact intervertebral disc (IVD) is characterized by an extremely low rate of proliferation, which is accomplished by the autocrine cell-secreted growth factors. In contrast, IVD degeneration is accompanied by an overexpression of several growth factors and an increased cell proliferation, probably representing a tissue repair process. Our aim was to study the effect of exogenous and autocrine growth factors on the proliferation of human IVD cells and to investigate the signaling pathways involved. Methods. Primary cultures were developed from human biopsies and cell proliferation was assessed based on tritiated thymidine or 5-bromo-2?-deoxyuridine incorporation into cellular DNA. Intracellular signaling cascade activation was examined in cultured cells by immunoblotting and in tissue sections by immunohistochemistry using phospho-specific antibodies. Results. It was found that PDGF, bFGF and IGF-I stimulate DNA synthesis of human IVD cells, through the activation of the MEK/ERK and the PI-3K/Akt signal transduction pathways. These observations were reproduced similarly in both nucleus pulposus and annulus fibrosus cell cultures. Furthermore, medium conditioned by IVD cells induced DNA synthesis in the same cells, indicating the secretion of autocrine growth factors. This conditioned medium induced also the autocrine activation of the MEK/ERK and the PI-3K/Akt pathways. Immunohistochemical studies in human biopsies showed significant activation of both pathways, which was most prominent in the clusters of proliferating cells and was only rarely observed in single cells. Conclusion. Human IVD cells are able to proliferate in response to exogenous and autocrine growth factors via the activation of the MEK/ERK and the PI-3K/Akt pathways.

Εισαγωγή-Στόχος: Σε υγιείς μεσοσπονδυλίους δίσκους (ΜΔ) παρατηρείται εξαιρετικά χαμηλός ρυθμός κυτταρικού πολλαπλασιασμού, που ρυθμίζεται κυρίως με αυτοκρινείς αυξητικούς παράγοντες. Σε αντίθεση, κατά τη διάρκεια της εκφύλισης των ΜΔ διαπιστώνεται υπερέκφραση διαφόρων αυξητικών παραγόντων που προκαλούν αυξημένο κυτταρικό πολλαπλασιασμό, μηχανισμός που αποτελεί πιθανόν διεργασία ιστικής ανακατασκευής των ΜΔ. Σκοπός της μελέτης είναι η επίδραση εξωγενών και αυτοκρινών αυξητικών παραγόντων στον πολλαπλασιασμό των κυττάρων των ΜΔ και η διερεύνηση των μονοπατιών με τον οποίο επιτελείται η δράση τους. Μέθοδος: Πρωτογενείς καλλιέργειες κυττάρων αναπτύχθηκαν μετά από λήψη υλικού ΜΔ. Ο κυτταρικός πολλαπλασιασμός εκτιμήθηκε με τη μέθοδο ενσωμάτωσης της τριτιωμένης 5-βρωμο-2-δεοξυουριδίνης στο DNA των κυττάρων του ινώδους δακτυλίου (ΙΔ) και του πηκτοειδούς πυρήνα (ΠΠ). Η ενεργοποίηση των σηματοδοτικών μονοπατιών ΜΕΚ/ERK και PI3K/AKT μελετήθηκε μα ανοσοφθορισμό σε καλλιέργειες κυττάρων και με ανοσοϊστοχημεία σε τομές ιστού με τη βοήθεια ειδικών φωσφο-αντισωμάτων. Αποτελέσματα: Βρέθηκε ότι οι αυξητικού παράγοντες PDGF, bFGF και IGF-I διεγείρουν την σύνθεση DNA των κυττάρων ανθρώπινων ΜΔ, με ενεργοποίηση των σηματοδοτικών μονοπατιών MEK/ERK και PI-3K/Akt. Τα αποτελέσματα ήταν όμοια σε καλλιέργειες κυττάρων ΙΔ και ΠΠ. Επιπλέον εθισμένο υλικό καλλιέργειας των κυττάρων βρέθηκε να οδηγεί επίσης σε αυξημένη σύνθεση DNA στα ίδια κύτταρα, γεγονός που δηλώνει την αυτοκρινή έκκριση αυξητικών παραγόντων. Το ίδιο υλικό ενεργοποιεί επίσης και τα δυο προαναφερθέντα μονοπάτια με αντίστοιχο μηχανισμό. Ανοσοϊστοχημικές μελέτες στις τομές των ΜΔ έδειξαν σημαντική ενεργοποίηση και των δυο μονοπατιών, που ήταν μάλιστα πολύ πιο έντονη σε συγκεντρώσεις πολλαπλασιαζόμενων κυττάρων σε σχέση με μεμονωμένα κύτταρα. Συμπέρασμα: Τα κύτταρα ανθρώπινων ΜΔ υπόκεινται πολλαπλασιασμό ως ανταπόκριση σε αυτοκρινείς και εξωγενείς αυξητικούς παράγοντες, μέσω ενεργοποίησης των μεταγραφικών μονοπατιών MEK/ERK και PI-3K/Akt.