Effects of fluoride on expression of bone-specific genes in developing Xenopus laevis larvae.

FLUORIDES; GENE expression; XENOPUS laevis; LARVAE; OXIDATIVE stress; BONE growth; SPINE; OSTEOCLASTS

The effect of fluoride treatment on the expression of a panel of osteogenic and stress markers in Stage 55 premetamorphic Xenopus larvae was examined at the precise onset of replacement of the larval cartilaginous skeleton with bone. A dosing regimen of 10 mmol/L sodium fluoride over 8 days was followed, during which time larvae developed to Stage 58, when the process of progressive ossification takes place in the vertebral column and membranous bones of the skull, pelvic, and pectoral girdles and portions of the appendicular skeleton. Markers of bone formation, including COL1A1, the transcription factors Osterix, RUNX2-II, and matrix metalloproteinases MMP1 and MMP13, decreased relative to age-matched controls, though the osteoblast marker BGLAP was not significantly altered. Expression of the pro-osteoclastogenic factor RANKL decreased, whereas expression of the anti-osteoclastogenic factor osteoprotegerin increased. Altered expression of oxidative stress markers, with the exception of superoxide dismutase, was generally not observed. These data demonstrate the potent effects of fluoride on the expression of factors required for osteoblast and osteoclast differentiation, as well as on the expression of osteoblast products, including MMP1 and collagen. Importantly, these effects were observed in the absence of significant changes in the expression of oxidative stress markers. The results provide the first molecular insights into the mechanisms underlying skeletal fluorosis in a whole organism developmental model. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

L'effet d'un traitement au fluorure sur l'expression d'une série de marqueurs ostéogéniques et de marqueurs de stress a été déterminé au moment précis de l'amorce de la transition du squelette cartilagineux vers un squelette osseux chez la larve prémétamorphique de Xenopus au stade 55. Une dose de 10 mmol/L de fluorure de sodium a été administrée pendant 8 jours, période pendant laquelle la larve s'est développée vers le stade 58, lorsque le processus d'ossification progressive prend place dans la colonne vertébrale et dans les os membranaires du crane, des ceintures pelvienne et pectorale et dans certaines portions du squelette des membres. Les marqueurs de formation osseuse, notamment COL1A1, les facteurs de transcription Osterix et RUNX2-II, les métalloprotéases de la matrice MMP1 et MMP13, diminuaient comparativement aux contrôles appariés en fonction de l'âge, alors que le marqueur d'ostéoblaste BGLAP n'était pas significativement affecté. L'expression du facteur pro-ostéoclastogénique RANKL était diminuée alors que celle de l'ostéoprotégérine, un marqueur anti-ostéoclastogénique était élevée. Une modification de l'expression des marqueurs de stress oxydatif n'était généralement pas observée, exception faite de la superoxyde dismutase. Ces données démontrent un effet puissant du fluorure sur l'expression de facteurs requis à la différenciation des ostéoblastes et des ostéoclastes, ainsi que sur l'expression de produits des ostéoblastes, dont la MMP1 et le collagène. Fait important, ces effets ont été observés en absence de changement significatif de l'expression de marqueurs de stress oxydatif. Ces résultats fournissent un premier aperçu au niveau moléculaire des mécanismes qui sous-tendent la fluorose du squelette dans un modèle développemental d'un organisme entier. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

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