Impact of phosphorylation of heat shock protein 27 on the expression profile of periodontal ligament fibroblasts during mechanical strain

Phosphorylation of HSP27 may therefore be involved in the regulation of orthodontic tooth movement by impairment of the sterile inflammation response and osteoclastogenesis. Zusammenfassung: HINTERGRUND: Die kieferorthopädische Zahnbewegung ist ein komplexer Prozess, der den Umbau der extrazellulären Matrix und des Knochens sowie entzündliche Prozesse umfasst. Während der kieferorthopädischen Behandlung begünstigen sterile Entzündungen und mechanische Belastungen die Produktion von RANKL („receptor activator of NF-κB ligand“). Gleichzeitig wird die Expression von OPG (Osteoprotegerin) gehemmt. Dies stimuliert die Knochenresorption auf der Druckseite. Kürzlich wurde gezeigt, dass das Hitzeschockprotein 27 (HSP27) im parodontalen Ligament nach Krafteinwirkung exprimiert wird und in die Entzündungsprozesse eingreift. Methoden: Wir untersuchten die Auswirkungen von phosphoryliertem HSP27 auf die Kollagensynthese (COL1A2 mRNA), die Entzündung (IL1B mRNA, IL6 mRNA, PTGS2-Protein) und den Knochenumbau (RANKL-Protein, OPG-Protein) in humanen parodontalen Ligamentfibroblasten (PDLF) mittels RT-qPCR („real-time quantitative polymerase chain reaction“) Western Blot und ELISAs („enzyme-linked immunosorbent assays“), ohne und mit Transfektion eines Plasmids, das die permanente Phosphorylierung von HSP27 nachahmt. Darüber hinaus untersuchten wir die durch PDLF induzierte Osteoklastogenese nach Druckbelastung in einem Kokulturmodell mit humanen Makrophagen. Ergebnisse: Das phosphorylierte HSP27 erhöhte die Genexpression von COL1A2 und die Proteinexpression von PTGS2, während die IL6-mRNA-Spiegel reduziert wurden. Außerdem beobachteten wir eine steigernde Wirkung auf das RANKL/OPG-Verhältnis und die durch PDLF vermittelte Osteoklastogenese. Schlussfolgerung: Die Phosphorylierung von HSP27 könnte daher an der Regulierung der kieferorthopädischen Zahnbewegung durch Beeinträchtigung der sterilen Entzündungsreaktion und der Osteoklastogenese beteiligt sein.

We investigated the effects of phosphorylated HSP27 on collagen synthesis (COL1A2 mRNA), inflammation (IL1B mRNA, IL6 mRNA, PTGS2 protein) and bone remodeling (RANKL protein, OPG protein) in human periodontal ligament fibroblasts (PDLF) without and with transfection of a plasmid mimicking permanent phosphorylation of HSP27 using real-time quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR), western blot and enzyme-linked immunosorbent assays (ELISAs). Furthermore, we investigated PDLF-induced osteoclastogenesis after compressive strain in a co-culture model with human macrophages.

Orthodontic tooth movement is a complex process involving the remodeling of extracellular matrix and bone as well as inflammatory processes. During orthodontic treatment, sterile inflammation and mechanical loading favor the production of receptor activator of NF-κB ligand (RANKL). Simultaneously, expression of osteoprotegerin (OPG) is inhibited. This stimulates bone resorption on the pressure side. Recently, heat shock protein 27 (HSP27) was shown to be expressed in the periodontal ligament after force application and to interfere with inflammatory processes.

In particular, phosphorylated HSP27 increased gene expression of COL1A2 and protein expression of PTGS2, while IL6 mRNA levels were reduced. Furthermore, we observed an increasing effect on the RANKL/OPG ratio and osteoclastogenesis mediated by PDLF.