Activation of autophagy by FOXO3 regulates redox homeostasis during osteogenic differentiation

Abstract: Bone remodeling is a continuous physiological process that requires constant generation of new osteoblasts from mesenchymal stem cells (MSCs). Differentiation of MSCs to osteoblast requires a metabolic switch from glycolysis to increased mitochondrial respiration to ensure the sufficient e...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor Principal: Gómez Puerto, María Catalina; Verhagen, L. P.; Braat, A. K.; Lam, E. W.; Coffer, Paul J.; Lorenowicz M. J.
Formato: Artículo (Article)
Lenguaje:Desconocido (Unknown)
Publicado: Autophagy; Vol. 12, No. 10 2016
Materias:
Acceso en línea:http://babel.banrepcultural.org/cdm/ref/collection/p17054coll23/id/748
id ir-p17054coll23-748
recordtype dspace
institution Biblioteca Virtual Banco de la República - Colecciones digitales
collection Custom
language Desconocido (Unknown)
topic FOXO3; Autophagy; Human mesenchymal stem cells (HMSCs); Mitogen-activated protein kinase 8 (MAPK8/JNK); Osteoblasts; Reactive oxygen species (ROS); FOXO3; Autofagia; Células madres mesenquimales (CMM); JNK; Osteoblasto; Especies reactivas del oxígeno (ERO)
Ciencias naturales y matemáticas; Ciencias naturales y matemáticas / Ciencias de la vida Biología; Tecnología; Tecnología / Ciencias médicas Medicina
spellingShingle FOXO3; Autophagy; Human mesenchymal stem cells (HMSCs); Mitogen-activated protein kinase 8 (MAPK8/JNK); Osteoblasts; Reactive oxygen species (ROS); FOXO3; Autofagia; Células madres mesenquimales (CMM); JNK; Osteoblasto; Especies reactivas del oxígeno (ERO)
Ciencias naturales y matemáticas; Ciencias naturales y matemáticas / Ciencias de la vida Biología; Tecnología; Tecnología / Ciencias médicas Medicina
Gómez Puerto, María Catalina; Verhagen, L. P.; Braat, A. K.; Lam, E. W.; Coffer, Paul J.; Lorenowicz M. J.
Activation of autophagy by FOXO3 regulates redox homeostasis during osteogenic differentiation
description Abstract: Bone remodeling is a continuous physiological process that requires constant generation of new osteoblasts from mesenchymal stem cells (MSCs). Differentiation of MSCs to osteoblast requires a metabolic switch from glycolysis to increased mitochondrial respiration to ensure the sufficient energy supply to complete this process. As a consequence of this increased mitochondrial metabolism, the levels of endogenous reactive oxygen species (ROS) rise. In the current study we analyzed the role of forkhead box O3 (FOXO3) in the control of ROS levels in human MSCs (hMSCs) during osteogenic differentiation. Treatment of hMSCs with H2O2 induced FOXO3 phosphorylation at Ser294 and nuclear translocation. This ROS-mediated activation of FOXO3 was dependent on mitogen-activated protein kinase 8 (MAPK8/JNK) activity. Upon FOXO3 downregulation, osteoblastic differentiation was impaired and hMSCs lost their ability to control elevated ROS levels. Our results also demonstrate that in response to elevated ROS levels, FOXO3 induces autophagy in hMSCs. In line with this, impairment of autophagy by autophagy-related 7 (ATG7) knockdown resulted in a reduced capacity of hMSCs to regulate elevated ROS levels, together with a reduced osteoblast differentiation. Taken together our findings are consistent with a model where in hMSCs, FOXO3 is required to induce autophagy and thereby reduce elevated ROS levels resulting from the increased mitochondrial respiration during osteoblast differentiation. These new molecular insights provide an important contribution to our better understanding of bone physiology. Resumen: La remodelación ósea es un proceso fisiológico continuo que demanda la generación constante de nuevos osteoblastos a partir de células madre mesenquimales (CMMs). La diferenciación de las CMMs a osteoblastos requiere un cambio de glicólisis a respiración mitocondrial para así asegurar la obtención de suficiente energía. Como consecuencia, los niveles endógenos de especies reactivas del oxígeno (ERO) se elevan siendo perjudiciales para la integridad celular. En el presente estudio hemos analizado el papel de FOXO3 en el control de ERO en las CMMs durante la diferenciación osteogénica. El tratamiento de las CMMs con H2O2 induce la fosforilacion de FOXO3 en la serina 294 resultando en la translocación de FOXO3 al núcleo. Dicha activación mediada por el aumento de ERO es dependiente de la actividad de JNK. Al disminuir los niveles de FOXO3, la diferenciación osteoblástica se deteriora y las CMMs pierden su capacidad para controlar los niveles de ERO. Adicionalmente, nuestros resultados demuestran que en presencia de ERO, FOXO3 induce la autofagia en CMMs. En este orden de ideas, la disminución en los niveles de ATG7 da lugar a una reducción de la capacidad de las CMMs para regular los niveles elevados de ERO, junto con una reducción de la diferenciación de osteoblastos. Tomados en conjunto, nuestros resultados son consistentes con un modelo en el que FOXO3 es necesario para inducir la autofagia y por lo tanto reducir los niveles elevados de ERO que resultan del aumento de la respiración mitocondrial durante la diferenciación de osteoblastos. Estos nuevos conocimientos moleculares son importantes para una mejor comprensión de la fisiología ósea.
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