Doctoral thesis (Dissertations and theses)
Lack of osteomodulin is associated with skeletal development abnormalities and osteoarthritis
Zappia, Jérémie
2023
 

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Keywords :
Osteomodulin; SLRP; Osteoarthritis; Subchondral bone; Cartilage; Bone remodeling; Animal models
Abstract :
[en] Purpose: To investigate the roles of osteomodulin (OMD), a small proteoglycan known for controlling collagen fibrils organization in bone, in the development of osteoarthritis (OA) associated with subchondral bone sclerosis. Methods: Loss of function and overexpressing mice for Omd aged 4, 8, and 16 months were used to study Omd roles in bone and cartilage metabolism and answer whether mice develop spontaneous OA. Surgical destabilization of the medial meniscus (DMM) model was performed to investigate its role in mechanically-induced OA. Additionally, we used omd overexpression as well as a mutant deficiency for omd in the zebrafish model to study omd effects on skeletal metabolism and cartilage development. Finally, in vitro models were used to further study OMD in osteoclastogenesis. Results: Omd regulated bone and cartilage microarchitectures. Knock-out mice showed thinner calcified cartilage in the medial tibial plateau, and their growth plate was thicker at 16 months compared to WT. Both trabecular and cortical bone volume/total volume ratios were increased in the Omd knock-out mice and they showed a reduced percentage of porosity. The trabecular number of the knock-out mice was increased while their trabecular total volume was decreased. Further, their cortical bone showed increased thickness, and a higher whole bone strength. Knock-out mice were more prone to develop cartilage lesions spontaneously. Interestingly, Omd knock-out mice developed subchondral bone sclerosis spontaneously while overexpressing mice showed less subchondral bone sclerosis in the DMM OA model. At 16 months, Omd-overexpressing mice had the less trabecular number and a greater structure-model index for their trabecular bone geometry. The zebrafish model showed that the ectopic overexpression of omd induced developmental defects with abnormal cartilage structures. Further, we studied the development of OA in zebrafish, an animal model that develop OA features in the synovial jaw joint during aging and which is an excellent genetic model to study OA. We showed that adult zebrafish lacking omd were more prone to articular cartilage degeneration. Furthermore, mutant zebrafish showed increased mature osteoclasts generation and increased TRAP staining revealing a higher osteoclast activity. Impaired osteoclastogenesis might be involved in the defects involved during scale regeneration. Our zebrafish results are supported by our in vitro experiments where we demonstrated that OMD bound to RANKL and inhibited osteoclastogenesis. Conclusions: OMD is a key factor in subchondral bone sclerosis associated with OA. This small proteoglycan participates in bone and cartilage homeostasis notably by acting on the regulation of osteoclastogenesis.
[fr] Objectif: Étudier les rôles de l'ostéomoduline (OMD), un petit protéoglycane connu pour contrôler l'organisation des fibrilles de collagène dans l'os, dans le développement de l'arthrose associée à la sclérose osseuse sous-chondrale. Méthodes: La perte de fonction et la surexpression d’Omd chez des souris âgées de 4, 8 et 16 mois ont été utilisées pour étudier les rôles d'Omd dans le métabolisme osseux et cartilagineux et déterminer si les souris développaient une arthrose spontanée. La déstabilisation chirurgicale du modèle de ménisque médial (DMM) a été réalisée pour étudier son rôle dans l’arthrose induite mécaniquement. De plus, nous avons utilisé la surexpression d'omd ainsi qu'un mutant déficient pour omd dans le modèle de poisson zèbre pour étudier les effets d'omd sur le métabolisme squelettique et le développement du cartilage. Enfin, des modèles in vitro ont été utilisés pour étudier OMD dans l'ostéoclastogenèse. Résultats: Nous avons démontré qu’Omd régulait les microarchitectures osseuses et cartilagineuses. Les souris knock-out présentaient un cartilage calcifié plus mince dans le plateau tibial médian, et leur plaque de croissance était plus épaisse à 16 mois par rapport aux souris sauvages WT. Les rapports du volume d’os/volume total pour l’os trabéculaire et cortical étaient augmentés chez les souris Omd knock-out et leur porosité osseuse diminuée. Le nombre de trabécules des souris knock-out était plus élevé tandis que leur volume total trabéculaire était diminué. De plus, leur os cortical était plus épais et la resistance de leur os tibial accrue. Les souris knock-out étaient plus susceptibles de développer des lésions cartilagineuses spontanément. Les souris knock-out développaient spontanément une sclérose osseuse sous-chondrale, tandis que les souris surexprimant Omd ont montré moins de sclérose osseuse sous-chondrale dans le modèle DMM. À 16 mois, les souris surexprimant Omd avaient le plus petit nombre de trabécules et un indice de modèle de structure plus élevé pour leur géométrie osseuse trabéculaire. Le modèle de poisson zèbre a montré que la surexpression ectopique d'omd induit des défauts de développement avec des structures cartilagineuses anormales. En outre, nous avons étudié le développement de l’arthrose chez le poisson zèbre, un modèle qui développe des signe d’arthrose dans l'articulation synoviale de la mâchoire au cours du vieillissement. Nous avons montré que les poissons zèbres adultes dépourvus d'omd étaient plus sujets à la dégénérescence du cartilage articulaire. En outre, le poisson zèbre mutant a montré une génération accrue d'ostéoclastes matures et une augmentation de la coloration TRAP révélant une activité ostéoclastique plus élevée. Une ostéoclastogenèse altérée pourrait être impliquée dans les défauts observés lors de la régénération des écailles. Nos résultats sur le poisson zèbre sont étayés par nos expériences in vitro où nous avons démontré que l'OMD se liait à RANKL et inhibait l'ostéoclastogenèse. Conclusions: L'OMD est un facteur clé de la sclérose osseuse sous-chondrale associée à l’arthrose. Ce petit protéoglycane participe à l'homéostasie osseuse et cartilagineuse notamment en agissant sur la régulation de l'ostéoclastogenèse.
Disciplines :
Rheumatology
Biochemistry, biophysics & molecular biology
Anatomy (cytology, histology, embryology...) & physiology
Author, co-author :
Zappia, Jérémie ;  Université de Liège - ULiège > Unités de recherche interfacultaires > Centre Interdisciplinaire de Recherche sur le Médicament (CIRM)
Language :
English
Title :
Lack of osteomodulin is associated with skeletal development abnormalities and osteoarthritis
Alternative titles :
[fr] L’absence d’ostéomoduline est associée à des anomalies du développement squelettique et à l’arthrose
Defense date :
28 June 2023
Institution :
ULiège - Université de Liège [Médecine], Liège, Belgium
Degree :
Docteur en sciences biomédicales et pharmaceutiques
Promotor :
Henrotin, Yves  ;  Université de Liège - ULiège > Département des sciences de la motricité > Pathologie générale et physiopathologie - Techniques particulières de kinésithérapie ; Université de Liège - ULiège > Département des sciences de la motricité > musculoSkeletal Innovative research Lab (mSKIL) ; Université de Liège - ULiège > Unités de recherche interfacultaires > Centre Interdisciplinaire de Recherche sur le Médicament (CIRM)
Sanchez, Christelle  ;  Université de Liège - ULiège > Département des sciences de la motricité > musculoSkeletal Innovative research Lab (mSKIL)
President :
Bellahcene, Akeila  ;  Université de Liège - ULiège > Département des sciences biomédicales et précliniques ; Université de Liège - ULiège > GIGA > GIGA Cancer - Metastases Research Laboratory
Secretary :
de Seny, Dominique ;  Centre Hospitalier Universitaire de Liège - CHU > > Service de rhumatologie ; Université de Liège - ULiège > Département des sciences biomédicales et précliniques
Jury member :
Muller, Marc  ;  Université de Liège - ULiège > Département des sciences de la vie ; Université de Liège - ULiège > GIGA > GIGA I3 - Laboratory for Organogenesis and Regeneration
Drion, Pierre ;  Université de Liège - ULiège > GIGA > GIGA Research (AFT) ; Université de Liège - ULiège > Département des sciences biomédicales et précliniques > Méthodes expérimentales des animaux de laboratoire et éthique en expérimentation animale
Lambert, France ;  Université de Liège - ULiège > Département des sciences dentaires > Chirurgie bucco-dentaire et parodontologie ; Centre Hospitalier Universitaire de Liège - CHU > > Service de parodontologie, chirurgie bucco-dentaire et chirurgie implantaire ; Université de Liège - ULiège > Département des sciences dentaires > Biomatériaux dentaires
Wittoek, Ruth;  UZ Gent - Ghent University Hospital [BE] > Department of Rheumatology
Cohen-Solal, Martine;  INSERM U1132 and Université Paris-Cité, Reference Centre for Rare Bone Diseases, Hospital Lariboisière, Paris, France.
Funders :
F.R.S.-FNRS - Fund for Scientific Research [BE]
EOS - The Excellence Of Science Program [BE]
Funding number :
30480119
Funding text :
“EOS: The Excellence of Science -Join-t-against-Osteoarthritis”
Available on ORBi :
since 30 June 2023

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