Laboratoire de Biologie AFEM 2004, Paris, Novembre 2004 Apport de la biologie cellulaire dans la compréhension du métabolisme osseux MH Lafage-Proust Laboratoire de Biologie du Tissu osseux INSERM 366 Saint-Etienne, France

-KO de l’Ostéoprotégérine Leptine 2 modèles animaux qui apportent une meilleure connaissance du métabolisme osseux -KO de l’Ostéoprotégérine Leptine In animal models there ar two situations in which osteoporosis is associated with vascular calcification and it s hyperlipidemia and te osteoprotegerin KO

Le système OPG/RANK/RANKL RANK transmembranaire porté pas les cellules préostéoclastiques, Famille des recepteurs du TNF Pré OC RANK Receptor Activator of NFKB transmembranaire porté pas les cellules préostéoclastiques, Famille des recepteurs du TNF Pré OC RANK transmembranaire porté pas les cellules préostéoclastiques, Famille des recepteurs du TNF Pré OC OPG /OCIF soluble synthétisée par les cellules stromales/ostéoblastes Famille des récepteurs du TNF RANKL/ODF/TRANCE/OPGL Receptor Activator of NFKB Ligand trans-membranaire porté pas les cellules stromales Famille des TNFs associés à la membrane Cellule stromale OB

OSTEOPROTEGERINE OPG RANKL RANK

Knock Out d’OPG : ostéoporose -/- +/+ OPG RANK RANKL OPG OPG +/+ +/- -/- Mizuno et coll. BBRC, 247, 1998

Hyperexpression d’OPG RANKL RANK Niveau d’expression croissant du trangène Min et al, J Exp Med, 192:463, 2000

Hyperexpression Degré d’expression d’OPG Knock-Out Masse osseuse

Les taux sériques d’OPG corrèlent avec la sévérité de l’ostéoporose Yano et al, JBMR, 1999,14:518-527 2001, n = 250 post menopausal women OPG concentrations are higher in patients with low bone mass. Serum OPG concentrations were also significantly increased in those postmenopausal women with a high rate of bone turnover. The results suggested that circulating OPG levels are that the increased serum concentration may reflect a compensative response to enhanced osteoclastic bone resorption and the resultant bone loss rather than a cause of osteoporosis. In a population of in a prospective study of a cohort of 500 women, at least 65 yr of age. Browner et al. found that OPG levels, were associated with all-cause mortality and cardiovascular mortality. OPG levels were not associated with baseline bone mineral density or with subsequent strokes or fractures. These data raises the possibility that OPG may be a link or a marker for vascular calcification.

Effets des oestrogènes sur l’expression et la synthèse d’OPG par des cellules OB humaines Hofbauer et al. Endocrinology, 1999

RANKL RANKL OPG RANK

RANKL ou TRANCE ou ODF 315 AA TRAP positive cells Clivable Membrane Os, gg, thymus, poumon MCSF + + + + RANKL - - + + OPG - - - + TRAP positive cells Shevde, PNAS, 2000 Clivable Wong et al J Exp Med , 97 Anderson et al., Nature, 97 Lacey et al., Cell , 98 Yasuda et al, PNAS, 98

Total area resorbed/oc RANKL stimule l’activation et la résorption d’ostéoclastes matures Number of OC Total area resorbed/oc area resorbe bone Osteoclastes matures de rat Tests de résorption in vitro Burgess et al., J Cell Biol, 145, 1999

wt ko KO de RANKL: Ostéopétrose Kong et al. Nature, 397, 1999, OPG RANKL Kong et al. Nature, 397, 1999, Kim et coll., PNAS, 97: 1566: 2000 RANK

KO de RANKL : Absence d’ostéoclastes actifs Oc TRAP+ RANKL+/+ RANKL-/- Kim et coll., PNAS, 97: 1566: 2000

Yasuda, PNAS, 1998

La Leptine contrôle l’appétit et exerce des effets complexes sur la masse osseuse Souris Ob/ob déficientes en leptine: obèses, diabétiques, présentent un hypercorticisme et une faible fertilité

Les souris ob/ob ont une masse osseuse élevée du fait d’une la formation osseuse accrue (Ducy et al., Cell 2000)

L’injection intra-cerebro-ventriculaire de leptine chez les ob/ob induit une perte osseuse par diminution de la formation osseuse (Ducy et al., Cell 2000) -Les effets centraux de la leptine sur la masse osseuse passent par la voie beta adrénergique (Takeda et al., Cell 2002)

L’administration périphérique de leptine prévient la perte osseuse induite par l’immobilisation Masse osseuse trabéculaire DMO Tibia 30 ** * 10 5 -5 -10 -15 % / baseline 20 % 10 * p<0.05 - ** p<0.01 Vehicle Controls Leptin Controls Vehicle unload Leptin unload La leptine prévient partiellement la perte osseuse chez des rates OVX (Burguera, Endocrinology 2001). Etudes transversales chez l’humain montrent une correlation positive entre leptine et DMO chez les femmes (Thomas et al, Bone 2001) même après ajustement pour la masse grasse (Pasco et al, JCEM 2001) or no relationship (Rauch et al, CTI 1998; Odabasi et al, Eur J Endoc 2000; Ruhl , JBMR 2002).

Les bêta bloquants préviennent la perte osseuse chez la souris OVX Takeda et al. Cell, 2004,

Les bêta bloquants réduisent de 20 à 30% les risques de fracture M. Schlienger R et al. JAMA, 2004

Résumé -Le remodelage osseux est sous les contrôle de facteurs locaux et hormonaux dont un bon nombre passe par le système OPG/RANK /RANKL -Le tissu osseux est richement innervé et vascularisé et l’étude d’un bon nombre de molécules agissant sur le nerf et le vaisseau dans l’os ouvrent des perspectives thérapeutiques intéressantes dans la prise en charge de l’ostéoporose In concusion There is a link between uremic bone disease and CV disorders in CKD - BONE REMODELING Calcium-Phosphorus / PTH metabolism Common factors control VSMC transdiferentation and bone cell behavior BONE LOSS Lipids OPG/RANK/RANKL Inflammation Lack of epidemiolgical studies : bone/ vessel relationship Promising tools for identification of patients at risk Treatments active on both vascular calfication and either UBD component: need to be investigated