Small molecules regulated bone resorption and enzyme activity in osseous cells

par Zhongyuan Ren

Thèse de doctorat en Biochimie

Sous la direction de René Buchet, Saïda Mebarek et de Yuqing Wu.

Soutenue le 05-12-2014

à Lyon 1 en cotutelle avec Jilin University (Changchun, Chine) , dans le cadre de École Doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé. (Villeurbanne) , en partenariat avec ICBMS - Institut de Chimie et Biochimie Moléculaires et Supramoléculaires (Villeurbanne, Rhône) (équipe de recherche) et de Institut de Chimie et Biochimie Moléculaires et Supramoléculaires (laboratoire) .

Le président du jury était Pierre Jurdic.

Le jury était composé de Joanna Bandorowicz-Pikula, Fang Xuexun, Li Hong-Wei.

Les rapporteurs étaient Joanna Bandorowicz-Pikula, Jean-Marie Ruysschaert, Xiao Zha.

  • Titre traduit

    Petites molécules régulant la résorption osseuse et l’activité enzymatique dans les cellules osseuses


  • Résumé

    La Cathepsine K est parmi la plus efficace des collagénases de mammifère pour cliver la triple hélice de collagène de type-1. Nous avons développé une série d'azanitriles, (CKI-8 and CKI-13) inhibiteurs de cathepsine K. CKI-8 (un isomère de CKI-13) et CKI-13 ne sont pas toxiques sur les osteoblastes Saos-2 et les cellules RAW 264.7 jusqu' à une concentration de 1000 nM, tandis qu'ils ne le sont pas jusqu'à une concentration de 100 nM sur les osteoclastes. CKI-8 n'affecte pas l'activité de la phosphatase alkaline ainsi que la minéralisation induite par les Saos-2 et par les osteoblastes primaires. CKI-13 diminue de 35 % la minéralisation induite par les Saos-2 tandis qu'il n'affecte pas la minéralisation induite par les osteoblastes primaires. L'addition de CKI-13 diminue l'activité de la phosphatase alkaline d'environ 20% (Saos-2) et de 40 % (osteoblastes primaires). La résorption osseuse sur des tranches d'os d'origine bovine est diminuée avec 10 nM de CKI-13, 100 nM de CKI- 8 et 100 nM d'inhibiteur commercial E64. CKI-8 et CKI-13 diminuent la mobilité des osteoclastes. Nous avons développé un dosage d'hydrolyse de PPi par la phosphatase alkaline au moyen de l'IR, ayant l'avantage de fonctionner sur des vésicules matricielles et des cellules avec des substrats naturels à un pH physiologique. La bande de PPi localisée à 1107 cm-1 (∑= 2158 ± 211 M-1.cm-1) et celles de Pi localisées à 1076 cm-1 (∑= 1346 ± 116 M-1.cm- 1) et à 991 cm-1 (∑= 493 ± 49 M-1.cm-1) ont servis à mesurer les concentrations du substrat et du produit


  • Résumé

    Cathepsin K is among the most potent mammalian collagenase, capable of cleaving the triple helix in type-I collagen. We developed a series of azanitriles (CKI-8 and CKI-13) which are inhibitors of cathepsin K. CKI-8 (an isomer of CKI-13) and CKI-13 did not induce significant toxicity on osteoblasts Saos-2 and RAW 264.7 cells up to 1000 nM, while they were not toxic on mature osteoclasts up to 100 nM. Commercial E64 inhibitor was not toxic in primary osteoclast cells up to 1000 nM. CKI-8 did not affect alkaline phosphatase activity as well the mineralization induced by Saos-2 cells and by primary osteoblasts. CKI-13 decreased by 35% the mineralization induced by Saos-2 cells while it did not on mineralization induced by primary osteoblasts. Addition of CKI-13 decreased alkaline phosphatase activity by around 20% (Saos-2 cells) and 45% (primary osteoblasts). Bone resorption on bovine slices decreased significantly with 10 nM of CKI-13, with 100 nM of CKI-8 and commercial inhibitor E64. Our findings indicated that CKI-8 and CKI-13 inhibited bone resorption and affected the mobility of osteoclast. To monitor directly the PPi hydrolytic activity by alkaline phosphatase, we developed an infrared (IR) assay taking the advantage to use natural substrate under physiological pH in matrix vesicles and in living cells. PPi band located at 1107 cm-1 (∑= 2158 ± 211 M-1.cm-1) and Pi bands located at 1076 cm-1 (∑= 1346 ± 116 M-1.cm-1) and at 991 cm-1 (∑= 493 ± 49 M-1.cm-1) served to measure the substrate and the product concentrations


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