Differences in Mammalian Target of Rapamycin Gene Expression in the Peripheral Blood and Articular Cartilages of Osteoarthritic Patients and Disease Activity

Abstract

The gene expression of mTOR, autophagy-related ULK1, caspase 3, CDK-inhibitor p21, and TNF α was measured in the peripheral blood of osteoarthritic (OA) patients at different stages of the disease aiming to establish a gene expression profile that might indicate the activity of the disease and joint destruction. Whole blood of 65 OA outpatients, 27 end-stage OA patients, 27 healthy volunteers, and knee articular cartilages of 28 end-stage OA patients and 26 healthy subjects were examined. OA outpatients were subjected to clinical testing, ultrasonography, and radiographic and WOMAC scoring. Protein levels of p70-S6K, p21, and caspase 3 were quantified by ELISA. Gene expression was measured using real-time RT-PCR. Upregulation of mTOR gene expression was observed in PBMCs of 42 OA outpatients (“High mTOR expression subset”) and in PBMCs and articular cartilages of all end-stage OA patients. A positive correlation between mTOR gene expression in PBMCs and cartilage was observed in the end-stage OA patients. 23 OA outpatients in the “Low mTOR expression subset” exhibited significantly lower mTOR gene expression in PBMCs compared to healthy controls. These “Low mTOR” subset subjects experienced significantly more pain upon walking, and standing and increased total joint stiffness versus “High mTOR” subset, while the latter more often exhibited synovitis. The protein concentrations of p70-S6K, p21, and caspase 3 in PBMCs were significantly lower in the “Low” subset versus “High” subset and end-stage subjects. Increases in the expression of mTOR in PBMCs of OA patients are related to disease activity, being associated with synovitis more than with pain.

Molecular mechanisms of pain regulation in patients with osteoarthritis

“…Из собранных образцов цельной крови и хряща коленного сустава выделена общая РНК, которая переведена в кДНК посредством реакции обратной транскрипции (ОТ), как описано ранее [46].…”

“…Посредством количественной полимеразной цеп-ной реакции (ПЦР) в режиме реального времени в образ-цах периферической крови и хряща проведена оценка уровней экспрессии генов больных ОА по сравнению с нормальным контролем, как описано ранее [46]. Ис-пользовали готовые праймеры и зонды TaqMan (Applied Biosystems Int., США): mTOR (Hs00234522_m1), ТРФβ1 (Hs99999918_m1), СЭФР (Hs00173626_m1), ММП9 (Hs00174128_m1), ТИМП1 (Hs00171558_m1), катепсин К (Hs00166156_m1), ЦОГ2 (Hs00153133_m1), ИЛ1β (Hs00174097_m1), ФНОα (Hs00174128_m1).…”

“…І-Actin ис-пользовали в качестве гена домашнего хозяйства. Коли-чественную оценку уровней мРНК проводили на приборе 7300 (Applied Biosystems Int., США), как описано ранее [46]. В системе ПЦР в режиме реального времени относи-тельная экспрессия каждого гена рассчитывается по срав-нению с контролем, который равен 1.…”

“…Их можно разделить на подгруп-пы в соответствии с экспрессией гена mTOR -главного регулятора клеточного роста и пролиферации [46,47]. Низкая экспрессия (НЭ) этого гена в крови больных ОА ассоциировалась с более высокими показателями боли по сравнению с больными, имеющими высокую его экспрессию (ВЭ).…”

Clinical and pathogenetic interrelation between molecular regulation of apoptosis and cell differentiation in osteoarthritis

“…Изучение факторов роста и дифференци-ровки [например, трансформирующего фак-тора роста β 1 и mTOR (от англ. Mammalian Target Of Rapamycin -мишень для рапа-мицина у млекопитающих)] позволило установить их связь с провоспалительным статусом больных ОА, интенсивностью мо-лекулярных процессов деградации внекле-точного матрикса [8]. Было показано, что низкие уровни факторов роста связаны с высоким уровнем боли у больных ОА [9].…”