actabiomedicaActa Biomedica ScientificaActa Biomedica Scientifica2541-94202587-9596Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems10.29413/ABS.2020-5.6.13actabiomedica-2503Research ArticleМОРФОЛОГИЯ, ФИЗИОЛОГИЯ И ПАТОФИЗИОЛОГИЯMORPHOLOGY, PHYSIOLOGY AND PATHOPHYSIOLOGYАктивность генов рецепторов к паратиреоидному гормону в биоптатах Ligamentum flavum пациентов со стенозирующими процессами позвоночного канала и дурального мешка на поясничном уровнеActivity of Parathyroid Hormone Receptor Genes in Ligamentum Flavum Biopsies of Patients with Spinal Canal and Dural Sac Stenosis at the Lumbar Levelhttps://orcid.org/0000-0002-5080-9225РодионоваЛ. В.RodionovaL. V.

кандидат биологических наук, заведующая лабораторией клеточной патофизиологии и биохимии; ассистент кафедры клинической лабораторной диагностики

664003, г. Иркутск, ул. Борцов Революции, 1, Россия

664049, г. Иркутск, Юбилейный, 100, Россия

Cand. Sc. (Biol.), Head of the Laboratory of Cell Pathophysiology and Biochemistry; Teaching Assistant at the Department of Clinical Laboratory Medicine

Bortsov Revolyutsii str. 1, Irkutsk 664003, Russian Federation

Yubileyniy 100, Irkutsk 664049, Russian Federation

greidmacho@yandex.ruСамойловаЛ. Г.SamoilovaL. G.

младший научный сотрудник лаборатории клеточной патофизиологии и биохимии

664003, г. Иркутск, ул. Борцов Революции, 1, Россия

Bortsov Revolyutsii str. 1, Irkutsk 664003, Russian Federation

 

popovalg@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9008-6383СороковиковВ. А.SorokovikovV. A.

доктор медицинских наук, профессор, директор; заведующий кафедрой травматологии, ортопедии и нейрохирургии

664003, г. Иркутск, ул. Борцов Революции, 1, Россия

664049, г. Иркутск, Юбилейный, 100, Россия

Dr. Sc. (Med.), Professor, Director; Head of the Department of Traumatology, Orthopedy and Neurosurgery

Bortsov Revolyutsii str. 1, Irkutsk 664003, Russian Federation Yubileyniy 100, Irkutsk 664049, Russian Federation

vasorokovikov@mail.ruФГБНУ «Иркутский научный центр хирургии и травматологии»; Иркутская государственная медицинская академия последипломного образования – филиал ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования» Минздрава РоссииIrkutsk Scientific Centre of Surgery and Traumatology; Irkutsk State Medical Academy of Postgraduate Education – Branch Campus of the Russian Medical Academy of Continuing Professional EducationФГБНУ «Иркутский научный центр хирургии и травматологии»Irkutsk Scientific Centre of Surgery and TraumatologyФГБНУ «Иркутский научный центр хирургии и травматологии»; Иркутская государственная медицинская академия последипломного образования – филиал ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования» Минздрава РоссииIrkutsk Scientific Centre of Surgery and Traumatology; Irkutsk State Medical Academy of Postgraduate Education – Branch Campus of the Russian Medical Academy of Continuing Professional Education20201401202156113123Copyright © Родионова Л.В., Самойлова Л.Г., Сороковиков В.А., 20212021Родионова Л.В., Самойлова Л.Г., Сороковиков В.А.Rodionova L.V., Samoilova L.G., Sorokovikov V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.actabiomedica.ru/jour/article/view/2503

Рецепторы к паратиреоидному гормону PTH1R и PTH2R мало изучены при патологии позвоночника и могут быть вовлечены в процессы как эктопической оссификации связок позвоночника, так и фиброзного разрастания внеклеточного матрикса, а также в другие, ещё не известные, процессы, протекающие в патологическом очаге.

Цель работы

Цель работы. В интраоперационных образцах Ligamentum flavum пациентов со  стенозирующими процессами позвоночного канала и дурального мешка поясничного  отдела позвоночника исследовать экспрессию генов, кодирующих рецепторы к  паратиреоидному гормону, и оценить взаимосопряжённость с экспрессией других генов, активных в соединительной ткани в условиях развивающейся патологии.

Материалы и методы

Материалы и методы. Исследования жёлтой связки проведены у 33 пациентов (17  женщин, 16 мужчин) со стенозирующими процессами позвоночного канала и дурального мешка поясничного отдела позвоночника. Выделенная из биоматериала РНК (реагенты Qiagen, Германия), подвергалась обратной транскрипции, ставили полимеразную цепную реакцию с кДНК (реагенты Promega, США) с использованием термоциклера CFX96 (Biorad, США) со специально подобранными специфичными праймерами.

Результаты

Результаты. В интраоперационных образцах Ligamentum flavum пациентов со  стенозирующими процессами позвоночного канала и дурального мешка впервые  обнаружена и оценена экспрессия генов, кодирующих рецепторы к паратиреоидному  гормону PTH1R и PTH2R, и выявлена их взаимосвязь с активностью генов, кодирующих рецепторы к эстрадиолу (ESR1 и ESR2) и FGFR3. Впервые обнаружены общие  особенности экспрессии генов PTH1R и PTH2R, а также их различия. Доказано, что  интенсивность экспрессии рецепторов к паратиреоидному гормону в интраоперационных биоптатах Ligamentum flavum не зависит от возраста, половой принадлежности, а также от наличия костно-хрящевых узлов по результатам МРТ. Выявлена взаимообусловленность дифференциальных изменений экспрессии генов  рецепторного аппарата, принимающих участие в метаболизме тканей Ligamentum flavum.

Parathyroid hormone receptors PTH1R and PTH2R are poorly studied in the pathology of the vertebral column and may be involved in both ectopic ossification of the vertebral ligaments and fibrous growth of the extracellular matrix, as well as in other unknown processes occurring in the pathological focus.

Aim

Aim. To study the expression of genes encoding parathyroid hormone receptors in intraoperative Ligamentum flavum samples of patients with stenosis of the spinal canal and the lumbar dural sac of the spine and to assess the correlation with the expression of other genes active in connective tissue in conditions of developing pathology.

Materials and methods

Materials and methods. Studies of the Ligamentum flavum were performed in 33 patients (17 women, 16 men) with stenotic processes of the spinal canal and dural sac of the lumbar spine. RNA was isolated from the biopsies using Qiagen reagents (Germany). Then reverse transcription was performed. cDNA was used for setting up a polymerase chain reaction (Promega Reagents, USA) using a CFX96 thermal cycler (Biorad, USA) with specially selected specific primers.

Results

Results. The expression of genes encoding parathyroid hormone receptors PTH1R and PTH2R was detected and evaluated for the first time in intraoperative Ligamentum flavum samples of patients with spinal canal and dural sac stenosis, and their relationship with the activity of genes encoding estradiol receptors (ESR1 and ESR2) and FGFR3 was revealed. For the first time, common features of PTH1R and PTH2R gene expression, as well as their differences, were revealed. It is proved that the intensity of expression of parathyroid hormone receptors in intraoperative Ligamentum flavum biopsies does not depend on age, gender, or the presence of bone and cartilage nodes according to MRI results. The interdependence of differential changes in the expression of genes of the receptor apparatus involved in the metabolism of Ligamentum flavum tissues was  revealed.

стеноз позвоночного каналадегенеративно-дистрофические заболевания позвоночникаэкспрессия геновжелтая связкаPTH1RPTH2Rstenosis of the spinal canaldegenerative spine disordersgene expressionLigamentum flavumTH1RPTH2RReferencesLan X, Gao J, Xu JZ, Liu XM. Treatment of ossification of Ligamentum flavum complicated with lumbar spinal stenosis. Zhongguo Gu Shang. 2017; 30(2): 175-178. doi: 10.3969/j.issn.1003-0034.2017.02.016Lan X, Gao J, Xu JZ, Liu XM. Treatment of ossification of Ligamentum flavum complicated with lumbar spinal stenosis. Zhongguo Gu Shang. 2017; 30(2): 175-178. doi: 10.3969/j.issn.1003-0034.2017.02.016Ye S, Kwon WK, Bae T, Kim S, Lee JB, Cho TH, et al. CCN5 reduces Ligamentum flavum hypertrophy by modulating the TGF-β pathway. J Orthop Res. 2019; 37(12): 2634-2644. doi: 10.1002/jor.24425Ye S, Kwon WK, Bae T, Kim S, Lee JB, Cho TH, et al. CCN5 reduces Ligamentum flavum hypertrophy by modulating the TGF-β pathway. J Orthop Res. 2019; 37(12): 2634-2644. doi: 10.1002/jor.24425Haig AJ, Adewole A, Yamakawa KSJ, Kelemen B, Aagesen AL. The Ligamentum flavum at L4-5: relationship with anthropomorphic factors and clinical findings in older persons with and without spinal disorders. PMR. 2012; 4(1): 23-29.Haig AJ, Adewole A, Yamakawa KSJ, Kelemen B, Aagesen AL. The Ligamentum flavum at L4-5: relationship with anthropomorphic factors and clinical findings in older persons with and without spinal disorders. PMR. 2012; 4(1): 23-29.Rahimizadeh A, Soufiani H, Amirzadeh M, Rahimizadeh Sh. Ossification of the Ligamentum flavum of the lumbar spine in Caucasians: case series. J Spine Neurosurg. 2017; 6(5). doi: 10.4172/2325-9701.1000283Rahimizadeh A, Soufiani H, Amirzadeh M, Rahimizadeh Sh. Ossification of the Ligamentum flavum of the lumbar spine in Caucasians: case series. J Spine Neurosurg. 2017; 6(5). doi: 10.4172/2325-9701.1000283Mori T, Sakai Y, Kayano M, Matsuda A, Oboki K, Matsumoto K. MicroRNA transcriptome analysis on hypertrophy of Ligamentum flavum in patients with lumbar spinal stenosis. Spine Surg Relat Res. 2017; 1(4): 211-217. doi: 10.22603/ssrr.1.2017-0023Mori T, Sakai Y, Kayano M, Matsuda A, Oboki K, Matsumoto K. MicroRNA transcriptome analysis on hypertrophy of Ligamentum flavum in patients with lumbar spinal stenosis. Spine Surg Relat Res. 2017; 1(4): 211-217. doi: 10.22603/ssrr.1.2017-0023Qu X, Chen Z, Fan D, Sun C, Zeng Y, Hou X, et al. Notch signaling pathways in human thoracic ossification of the Ligamentum flavum. J Orthop Res. 2016; 34(8): 1481-1491. doi: 10.1002/jor.23303Qu X, Chen Z, Fan D, Sun C, Zeng Y, Hou X, et al. Notch signaling pathways in human thoracic ossification of the Ligamentum flavum. J Orthop Res. 2016; 34(8): 1481-1491. doi: 10.1002/jor.23303Le Maitre CL, Richardson SM, Baird P, Freemont AJ, Hoyland JA. Expression of receptors for putative anabolic growth factors in human intervertebral disc: implications for repair and regeneration of the disc. J Pathol. 2005; 207(4): 445-452. doi: 10.1002/path.1862Le Maitre CL, Richardson SM, Baird P, Freemont AJ, Hoyland JA. Expression of receptors for putative anabolic growth factors in human intervertebral disc: implications for repair and regeneration of the disc. J Pathol. 2005; 207(4): 445-452. doi: 10.1002/path.1862Guo W, Zhang B, Li Y, Duan HQ, Sun C, Xu YQ, et al. Gene expression profile identifies potential biomarkers for human intervertebral disc degeneration. Mol Med Rep. 2017; 16(6): 8665-8672. doi: 10.3892/mmr.2017.7741Guo W, Zhang B, Li Y, Duan HQ, Sun C, Xu YQ, et al. Gene expression profile identifies potential biomarkers for human intervertebral disc degeneration. Mol Med Rep. 2017; 16(6): 8665-8672. doi: 10.3892/mmr.2017.7741Hong J, Yan J, Chen J, Li S, Huang Y, Huang Z, et al. Identification of key potential targets for TNF-α/TNFR1-related intervertebral disc degeneration by bioinformatics analysis. Connect Tissue Res. 2020; 26: 1-11. doi: 10.1080/03008207.2020.1797709Hong J, Yan J, Chen J, Li S, Huang Y, Huang Z, et al. Identification of key potential targets for TNF-α/TNFR1-related intervertebral disc degeneration by bioinformatics analysis. Connect Tissue Res. 2020; 26: 1-11. doi: 10.1080/03008207.2020.1797709Северин Е.С. (ред.). Биохимия: учебник. М.: ГЭОТАРМЕД; 2003.Severin ES (ed.). Biochemistry: textbook. Moscow: GEOTAR-MED; 2003. (In Russ.)Bringhurst FR. PTH receptors and apoptosis in osteocytes. J Musculoskelet Neuronal Interact. 2002; 2(3): 245-251.Bringhurst FR. PTH receptors and apoptosis in osteocytes. J Musculoskelet Neuronal Interact. 2002; 2(3): 245-251.Åkesson K, Tenne M, Gerdhem P, Luthman H, McGuigan FE. Variation in the PTH2R gene is associated with age-related degenerative changes in the lumbar spine. J Bone Miner Metab. 2015; 33(1): 9-15. doi: 10.1007/s00774-013-0550-xÅkesson K, Tenne M, Gerdhem P, Luthman H, McGuigan FE. Variation in the PTH2R gene is associated with age-related degenerative changes in the lumbar spine. J Bone Miner Metab. 2015; 33(1): 9-15. doi: 10.1007/s00774-013-0550-xGalloway TS, Fletcher T, Thomas OJ, Lee BP, Pilling LC, Harries LW. PFOA and PFOS are associated with reduced expression of the parathyroid hormone 2 receptor (PTH2R) gene in women. Chemosphere. 2015; 120: 555-562. doi: 10.1016/j.chemosphere.2014.09.066Galloway TS, Fletcher T, Thomas OJ, Lee BP, Pilling LC, Harries LW. PFOA and PFOS are associated with reduced expression of the parathyroid hormone 2 receptor (PTH2R) gene in women. Chemosphere. 2015; 120: 555-562. doi: 10.1016/j.chemosphere.2014.09.066Bisello A, Manen D, Pierroz DD, Usdin TB, Rizzoli R, Ferrari SL. Agonist-specific regulation of parathyroid hormone (PTH) receptor type 2 activity: structural and functional analysis of PTHand tuberoinfundibular peptide (TIP) 39-stimulated desensitization and internalization. Mol Endocrinol. 2004; 18(6): 1486-1498. doi: 10.1210/me.2003-0487Bisello A, Manen D, Pierroz DD, Usdin TB, Rizzoli R, Ferrari SL. Agonist-specific regulation of parathyroid hormone (PTH) receptor type 2 activity: structural and functional analysis of PTHand tuberoinfundibular peptide (TIP) 39-stimulated desensitization and internalization. Mol Endocrinol. 2004; 18(6): 1486-1498. doi: 10.1210/me.2003-0487Sato E, Zhang LJ, Dorschner RA, Adase CA, Choudhury BP, Gallo RL. Activation of parathyroid hormone 2 receptor induces decorin expression and promotes wound repair. J Invest Dermatol. 2017; 137(8): 1774-1783. doi: 10.1016/j.jid.2017.03.034Sato E, Zhang LJ, Dorschner RA, Adase CA, Choudhury BP, Gallo RL. Activation of parathyroid hormone 2 receptor induces decorin expression and promotes wound repair. J Invest Dermatol. 2017; 137(8): 1774-1783. doi: 10.1016/j.jid.2017.03.034Dimitrov EL, Petrus E, Usdin TB. Tuberoinfundibular peptide of 39 residues (TIP39) signaling modulates acute and tonic nociception. Exp Neurol. 2010; 226(1): 68-83. doi: 10.1016/j.expneurol.2010.08.004Dimitrov EL, Petrus E, Usdin TB. Tuberoinfundibular peptide of 39 residues (TIP39) signaling modulates acute and tonic nociception. Exp Neurol. 2010; 226(1): 68-83. doi: 10.1016/j.expneurol.2010.08.004Tsuda MC, Yeung HM, Kuo J, Usdin TB. Incubation of fear is regulated by TIP39 peptide signaling in the medial nucleus of the amygdala. J Neurosci. 2015; 35(35): 12152-12161. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1736-15.2015Tsuda MC, Yeung HM, Kuo J, Usdin TB. Incubation of fear is regulated by TIP39 peptide signaling in the medial nucleus of the amygdala. J Neurosci. 2015; 35(35): 12152-12161. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1736-15.2015Dobolyi A, Palkovits M, Usdin TB. The TIP39-PTH2 receptor system: unique peptidergic cell groups in the brainstem and their interactions with central regulatory mechanisms. Prog Neurobiol. 2010; 90(1): 29-59. doi: 10.1016/j.pneurobio.2009.10.017Dobolyi A, Palkovits M, Usdin TB. The TIP39-PTH2 receptor system: unique peptidergic cell groups in the brainstem and their interactions with central regulatory mechanisms. Prog Neurobiol. 2010; 90(1): 29-59. doi: 10.1016/j.pneurobio.2009.10.017Panda D, Goltzman D, Jüppner H, Karaplis AC. TIP39/parathyroid hormone type 2 receptor signaling is a potent inhibitor of chondrocyte proliferation and differentiation. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2009; 297(5): E1125-E1136. doi: 10.1152/ajpendo.00254.2009Panda D, Goltzman D, Jüppner H, Karaplis AC. TIP39/parathyroid hormone type 2 receptor signaling is a potent inhibitor of chondrocyte proliferation and differentiation. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2009; 297(5): E1125-E1136. doi: 10.1152/ajpendo.00254.2009Bagó AG, Dimitrov E, Saunders R, Seress L, Palkovits M, Usdin TB, et al. Parathyroid hormone 2 receptor and its endogenous ligand tuberoinfundibular peptide of 39 residues are concentrated in endocrine, viscerosensory and auditory brain regions in macaque and human. Neuroscience. 2009; 162(1): 128-147. doi: 10.1016/j.neuroscience.2009.04.054Bagó AG, Dimitrov E, Saunders R, Seress L, Palkovits M, Usdin TB, et al. Parathyroid hormone 2 receptor and its endogenous ligand tuberoinfundibular peptide of 39 residues are concentrated in endocrine, viscerosensory and auditory brain regions in macaque and human. Neuroscience. 2009; 162(1): 128-147. doi: 10.1016/j.neuroscience.2009.04.054Dimitrov EL, Kuo J, Kohno K, Usdin TB. Neuropathic and inflammatory pain are modulated by tuberoinfundibular peptide of 39 residues. Proc Natl Acad Sci USA. 2013; 110(32): 13156-13161. doi: 10.1073/pnas.1306342110Dimitrov EL, Kuo J, Kohno K, Usdin TB. Neuropathic and inflammatory pain are modulated by tuberoinfundibular peptide of 39 residues. Proc Natl Acad Sci USA. 2013; 110(32): 13156-13161. doi: 10.1073/pnas.1306342110Родионова Л.В., Самойлова Л.Г., Шурыгина И.А., Скляренко О.В., Животенко А.П., Кошкарева З.В., и др. Особенности реакций ацетилирования у больных со стенозирующим процессом позвоночного канала и дурального мешка поясничного отдела позвоночника в зависимости от выраженности оссификации Ligamentum flavum. Патогенез. 2020; 13(3): 45-52. doi: 10.25557/2310-0435.2020.03.45-52Rodionova LV, Samoilova LG, Shurygina IA, Sklyarenko OV, Zhivotenko A., Koshkareva ZV, et al. Peculiarities of acetylation reactions in patients with stenosis of spinal canal and dural sac of the lumbar spine, depending on the severity of ossification of the Ligamentum flavum. Pathogenesis.2020; 13(3): 45-52. doi: 10.25557/2310-0435.2020.03.45-52. (In Russ.)Bai M, Yin H, Zhao J, Li Y, Wu Y. miR-182-5p overexpression inhibits chondrogenesis by down-regulating PTHLH. Cell Biol Int. 2019; 43(3): 222-232. doi: 10.1002/cbin.11047Bai M, Yin H, Zhao J, Li Y, Wu Y. miR-182-5p overexpression inhibits chondrogenesis by down-regulating PTHLH. Cell Biol Int. 2019; 43(3): 222-232. doi: 10.1002/cbin.11047

The authors declare that there are no conflicts of interest present.