Effects of sodium chloride on the gene expression profile of periodontal ligament fibroblasts during tensile strain

Salt (NaCl) consumption may influence orthodontic tooth movement and periodontal bone loss via modulation of extracellular matrix and bone metabolism. Excessive salt intake during orthodontic therapy may cause adverse effects regarding periodontal inflammation and bone resorption. Zusammenfassung: ZIEL: Während der kieferorthopädischen Zahnbewegung entwickeln sich Druck- und Zugzonen im Parodontalligament, und parodontale Ligamentfibroblasten (PDLF) werden mechanischer Belastung ausgesetzt. Es ist bekannt, dass erhöhte Salzkonzentrationen (NaCl) die Reaktionen von PDLF und Immunzellen auf verschiedene Stimuli wie mechanische Beanspruchung modulieren. Hier untersuchten wir den Einfluss von Dehnung auf das Genexpressionsprofil von PDLF unter Normal- (NS) und unter Hochsalzbedingungen (HS). Methoden: Nach 24 h Vorinkubation unter NS- bzw. HS-Bedingungen (+40 mM NaCl im Medium) wurden PDLF 48 h lang unter Verwendung von Silikonstempeln unter Verwendung eines etablierten und veröffentlichten Protokolls um 16 % gestreckt. Nach Bestimmung der Zellzahl und der Zytotoxizität analysierten wir durch RT-qPCR („quantitative real-time polymerase chain reaction“) die Expression von Genen, die an der Reorganisation der extrazellulären Matrix, der Angiogenese, dem Knochenumbau und der Entzündung beteiligt sind. Ergebnisse: Dehnung hatte keinen Einfluss auf die Expression von Genen, die an der Angiogenese oder der Reorganisation der extrazellulären Matrix durch PDLF beteiligt sind. In Reaktion auf statische Dehnung modulierten PDLF jedoch die Expression von Genen, die an Entzündungsreaktionen und am Knochenumbau beteiligt sind. Eine Behandlung mit Salz (NaCl) bewirkte während der Zugbelastung eine vermehrte Bildung von extrazellulärer Matrix sowie eine verstärkte Expression von Cyclooxygenase 2 und von Markern des Knochenmetabolismus durch PDLF. Schlussfolgerungen: Salzkonsum kann die kieferorthopädische Zahnbewegung und den parodontalen Knochenverlust durch Modulation der extrazellulären Matrix und des Knochenstoffwechsels beeinflussen. Eine übermäßige Salzaufnahme während der kieferorthopädischen Therapie könnte daher nachteilige Auswirkungen auf parodontale Entzündungen und die Knochenresorption haben.

After preincubation under NS or HS (+40 mM NaCl in medium) conditions for 24 h, PDLF were stretched 16% for 48 h using custom-made spherical cap silicone stamps using an established and published setup. After determination of cell number and cytotoxicity, we analyzed expression of genes involved in extracellular matrix reorganization, angiogenesis, bone remodeling, and inflammation by quantitative real-time polymerase chain reaction (RT-qPCR).

During orthodontic tooth movement, pressure and tension zones develop in the periodontal ligament, and periodontal ligament fibroblasts (PDLF) become exposed to mechanical strain. Enhanced salt (NaCl) concentrations are known to modulate responses of PDLF and immune cells to different stimuli like mechanical strain. Here, we investigated the impact of tensile strain on the gene expression profile of PDLF under normal (NS) and high salt (HS) conditions.

Tensile strain did not affect the expression of genes involved in angiogenesis or extracellular matrix reorganization by PDLF, which however modulate inflammatory responses and bone remodeling in reaction to 16% static tensile strain. Salt (NaCl) treatment triggered enhanced extracellular matrix formation, expression of cyclooxygenase 2 and bone metabolism in PDLF during tensile strain. Conclusions: Salt (NaCl) consumption may influence orthodontic tooth movement and periodontal bone loss via modulation of extracellular matrix and bone metabolism. Excessive salt intake during orthodontic therapy may cause adverse effects regarding periodontal inflammation and bone resorption. Zusammenfassung: ZIEL: Während der kieferorthopädischen Zahnbewegung entwickeln sich Druck- und Zugzonen im Parodontalligament, und parodontale Ligamentfibroblasten (PDLF) werden mechanischer Belastung ausgesetzt. Es ist bekannt, dass erhöhte Salzkonzentrationen (NaCl) die Reaktionen von PDLF und Immunzellen auf verschiedene Stimuli wie mechanische Beanspruchung modulieren. Hier untersuchten wir den Einfluss von Dehnung auf das Genexpressionsprofil von PDLF unter Normal- (NS) und unter Hochsalzbedingungen (HS). Methoden: Nach 24 h Vorinkubation unter NS- bzw. HS-Bedingungen (+40 mM NaCl im Medium) wurden PDLF 48 h lang unter Verwendung von Silikonstempeln unter Verwendung eines etablierten und veröffentlichten Protokolls um 16 % gestreckt. Nach Bestimmung der Zellzahl und der Zytotoxizität analysierten wir durch RT-qPCR („quantitative real-time polymerase chain reaction“) die Expression von Genen, die an der Reorganisation der extrazellulären Matrix, der Angiogenese, dem Knochenumbau und der Entzündung beteiligt sind. Ergebnisse: Dehnung hatte keinen Einfluss auf die Expression von Genen, die an der Angiogenese oder der Reorganisation der extrazellulären Matrix durch PDLF beteiligt sind. In Reaktion auf statische Dehnung modulierten PDLF jedoch die Expression von Genen, die an Entzündungsreaktionen und am Knochenumbau beteiligt sind. Eine Behandlung mit Salz (NaCl) bewirkte während der Zugbelastung eine vermehrte Bildung von extrazellulärer Matrix sowie eine verstärkte Expression von Cyclooxygenase 2 und von Markern des Knochenmetabolismus durch PDLF. Schlussfolgerungen: Salzkonsum kann die kieferorthopädische Zahnbewegung und den parodontalen Knochenverlust durch Modulation der extrazellulären Matrix und des Knochenstoffwechsels beeinflussen. Eine übermäßige Salzaufnahme während der kieferorthopädischen Therapie könnte daher nachteilige Auswirkungen auf parodontale Entzündungen und die Knochenresorption haben.