Advances in Clinical and Experimental Medicine
2012, vol. 21, nr 1, January-February, p. 19–26
Publication type: original article
Language: English
Lectin Receptor Sites During Postnatal Osteogenesis in Guinea Pigs
Receptory lektyn w postnatalnej osteogenezie świnek morskich
1 Department of Histology and Embryology, Lviv National Medical University, Lviv, Ukraine
Abstract
Background. Osteoporosis and its complications have become widespread, affecting large portions of the world’s population. More advanced information is needed on these pathologies to expand the possibilities for pathogenetic therapy.
Objectives. Lectin histochemistry methods offer new insights into the structure of tissue carbohydrates and their rearrangement under physiological and pathological conditions. The aim of the present investigation was to use a set of lectins with different carbohydrate affinities to study postnatal remodelling of cartilage and bone in relation to the age and sex of experimental animals.
Material and Methods. A panel of five conventional lectins – Con A, PNA, RCA, WGA, SNA, supplemented with an original fucose-specific lectin from Laburnum anagyroides bark (LABA) – was used to investigate the femoral bones of female and male guinea pigs aged 3 months, 1 year and 3 years. Tissue samples were fixed in 4% formaline, decalcified in 7% HNO3 and embedded in paraplast. The sections were subjected to a routine lectin-peroxidasediaminobenzidine visualization technique.
Results. A pronounced labeling of growth plate chondromucoid was found with Con A, PNA and SNA. Articular cartilage showed much fainter labeling with these same lectins. Capsules of isogenic groups of chondrocytes expressed a strong affinity for SNA and WGA, encompassing a predominance of Neu5Ac/2-6Gal, DGlcNAc and NeuNAc determinants. Osseomucoid showed faint reactivity with all the lectins used, while SNA distinctly marked the line of ossification. Glycoconjugates within lacunas and osseous canaliculi, as well as cytoplasmic glycoconjugates of bone and cartilage cellular elements, expressed strong labeling with RCA and SNA. Osteoclasts reacted selectively with PNA. A comparison of lectin labeling between the experimental groups indicated that the tissue reactivity of males exceeded that of females, and that aging caused a decrease in the lectin reactivity of both genders.
Conclusion. The data extend current knowledge regarding the selective lectin labeling of osseous tissue constituents, and demonstrate the applicability of lectin histochemistry methods in osteoporosis studies.
Streszczenie
Wprowadzenie. Wzrost osteoporozy w aspekcie wiekowym stał się przyczyną przeprowadzenia bardziej dokładnych badań patogenezy tej choroby wraz z rozszerzeniem zakresu metod badania tkanki kostnej.
Cel pracy. Przeprowadzenie eksperymentalnych badań ekspresji receptorów lektyn o różnej specyfice węglowodanowej w komponentach strukturalnych tkanki kostnej świnek morskich w aspekcie wiekowym, biorąc pod uwagę dymorfizm płciowy.
Materiał i metody. Zestaw, który stanowi 5 standardowych lektyn (Соn А, PNA, RCA, WGA, SNA), uzupełniony oryginalnym fukozo-specyficznym lektynowym preparatem kory Laburnum anagyroides (LAВA), został wykorzystany podczas przeprowadzenia badań ekspresji glikokoniugatów podczas postnatalnego remodelowania chrząstki i kości, uwzględniając płeć i wiek zwierząt doświadczalnych. Kości udowe świnek morskich, płci męskiej i żeńskiej, w wieku 3 miesięcy, 1 i 3 lat, odpowiednio zostały utrwalone w 4% neutralnej formalinie, odwapnione w 7% НNO3, a również zatopione w paraplaście. Skrawki zostały potraktowane koniugatami lektyn-peroksydazy chrzanowej, a wizualizacja receptorów została wykonana w systemie DAB – Н2О2.
Wyniki. Badania ujawniły znaczną ekspresję receptorów lektyny Соn А, PNA oraz SNA w składzie chondromukoidu nasadowych płytek wzrostu, w porównaniu ze słabszym wiązaniem tych lektyn z chrząstka powierzchni stawowej. Otoczki izogenicznych grup chondrocytów wykazywały dużą przynależność do lektyny SNA i WGA, co świadczy o zwiększonej ekspresji w ich składzie Neu5Ac/2-6Gаl, DG1cNAc i NeuNAc determinantę. Oseomukoid wykazał słabą reaktywność ze wszystkimi wykorzystanymi lektynami, podczas gdy lektyna SNA konturowała linie kostnienia. Glikokoniugaty zatok i kanalików kostnych, jak również cytoplazmatyczne glikokoniugaty elementów komórkowych chrząstki oraz kości, demonstrowały znaczną przynależność do lektyny RCA i SNA. Osteoklasty sporadycznie reagowały z lektyną PNA. Porównywanie wiązania lektyn między grupami zwierząt doświadczalnych ujawniło, że reaktywność komponentów tkankowych samców była wyższa niż u samic, biorąc pod uwagę te same struktury. W starszych grupach wiekowych reaktywność tkanek u obu płci była ograniczona.
Wnioski. Otrzymane wyniki pozwalają poszerzyć wiadomości o możliwościach wykorzystania lektyn jako selektywnych markerów komórek oraz ich subpopulacji, jak również można je wykorzystać jako podstawę badań dotyczących patologicznych zmian węglowodanów w tkance kostnej.
Key words
bone, cartilage, postnatal osteogenesis, sex-related dimorphism, lectin histochemistry
Słowa kluczowe
kość, chrząstka, postnatalna osteogeneza, płciowo uwarunkowany dymorfizm, histochemia lektyn
References (17)
- Davidson M, De Simone ME: Osteoporosis update. Clin Rev 2002, 12, 75–82.
- Karsh J: Diagnostic challenges in osteoporosis. Indication for bone densitometry and establishing secondary causes. Can Fam Physician 2001, 47, 1244–1250.
- Farnum CE: Binding of lectin-fluorescein conjugates to intracellular compartments of growth-plate chondrocytes in situ. Am J Anat 1985, 174, 419–435.
- Lyons TJ, Stoddart RW, McClure SF, McClure J: The tidemark of the chondro-osseous junction of the normal human knee joint. J Mol Hist 2005, 36, 207–215.
- Zschabitz A, Gabius H, Krahn V, Michiels I, Schmidt W, Koepp H, Stofft E: Distribution patterns of neoglycoproteinbinding sites (endogenous lectins) and lectin-reactive glycoconjugates during cartilage and bone formation in human finger. Acta Anat (Basel) 1995, 154, 272–282.
- Izbicka E, Dunstan C, Horn D, Adams R: Mitogenic lectin concanavalin A induces calvarial bone formation in vivo via indomethacin-sensitive pathway. Calcif Tissue Int 1997, 60, 204–209.
- Wlodarski K, Ostrowski K, Chlopkiewicz B, Koziorowska I: Correlation between the agglutinability of living cells by concanavalin A and their ability to induce cartilage and bone formation. Calcif Tissue Int 1974, 16, 251–255.
- Lutsyk AD, Yashchenko AM, Detiuk ES, Lutsyk MD: Lectin receptors in salivary glands of a rat during postnatal development. Arch Anat Histol Embryol (Leningrad) 1986, 91, 27–35 (in Russian).
- Ganong WF: Review of medical physiology. McGraw-Hill, New-York 2001, 20th ed., 351– 362.
- Kagayama M, Sasano Y, Akita H: Lectin binding in bone matrix of adult rats with special referense to cement lines. Tohoku J Exp Med 1993, 170, 81–91.
- Nakamura M, Akita H, Mizoguchi I, Kagayama M: A histochemical localization on Maclura pomifera lectin during osteogenesis. Histochemistry 1989, 92, 225–230.
- Zschabitz A, Krahn V, Gabius H, Weiser H, Khaw A, Biesalski H, Stofft E: Glycoconjugate expression of chondrocytes and perichondrium during hyaline cartilage development in the rat. J Anat 1995, 187, 67–83.
- Bilyy RO, Antonyuk VO, Stoika RS: Cytochemical study of role of α-D-mannose and β-D-galactose-containing glycoproteins in apoptosis. J Mol Histol 2004, 35, 829–838.
- Farnum CE, Wilsman NJ: Lectin-binding histochemistry of non-decalcified growth plate cartilage: a postembedment method for light microscopy of epon-embedded tissue. J Histochem Cytochem 1984, 32, 593–607.
- Lyons TJ, Stoddart RW, McClure SF, McClure J: Lectin and other histochemical studies of the articular cartilage and the chondro-osseous junction of the normal human knee joint. J Mol Hist 2007, 38, 13–23.
- Cormack DH: Ham’s histology. Lippincott, Philadelphia 1987, 9-th ed., 279–307.
- Howard DR, Batsakis JG: Peanut agglutinin: a new marker for tissue histiocytes. Am J Clin Path 1982, 77, 401–408.