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A standardized extract of Butea monosperma (Lam.) flowers suppresses the IL-1β-induced expression of IL-6 and matrix-metalloproteases by activating autophagy in human osteoarthritis chondrocytes - 15/12/17

Doi : 10.1016/j.biopha.2017.09.140 
Mohammad Y. Ansari, Nazir M. Khan, Tariq M. Haqqi
 Department of Anatomy and Neurobiology, Northeast Ohio Medical University, Rootstown, OH, 44272, USA 

Corresponding author at: Department of Anatomy and Neurobiology, North East Ohio Medical University, 4209 State Route 44, Rootstown, Ohio, 44272, USA.Department of Anatomy and NeurobiologyNorth East Ohio Medical University4209 State Route 44RootstownOhio44272USA

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Abstract

Background/Objective

Osteoarthritis (OA) is a leading cause of joint dysfunction, disability and poor quality of life in the affected population. The underlying mechanism of joint dysfunction involves increased oxidative stress, inflammation, high levels of cartilage extracellular matrix degrading proteases and decline in autophagy-a mechanism of cellular defense. There is no disease modifying therapies currently available for OA. Different parts of the Butea monosperma (Lam.) plant have widely been used in the traditional Indian Ayurvedic medicine system for the treatment of various human diseases including inflammatory conditions. Here we studied the chondroprotective effect of hydromethanolic extract of Butea monosperma (Lam.) flowers (BME) standardized to the concentration of Butein on human OA chondrocytes stimulated with IL-1β.

Methods

The hydromethanolic extract of Butea monosperma (Lam.) (BME) was prepared with 70% methanol-water mixer using Soxhlet. Chondrocytes viability after BME treatment was measured by MTT assay. Gene expression levels were determined by quantitative polymerase chain reaction (qPCR) using TaqMan assays and immunoblotting with specific antibodies. Autophagy activation was determined by measuring the levels of microtubule associated protein 1 light chain 3-II (LC3-II) by immunoblotting and visualization of autophagosomes by transmission electron and confocal microscopy.

Results

BME was non-toxic to the OA chondrocytes at the doses employed and suppressed the IL-1β induced expression of inerleukin-6 (IL-6) and matrix metalloprotease-3 (MMP-3), MMP-9 and MMP-13. BME enhanced autophagy in chondrocytes as determined by measuring the levels of LC3-II by immunoblotting and increased number of autophagosomes in BME treated chondrocytes by transmission electron microscopy and confocal microscopy. BME upregulated the expression of several autophagy related genes and increased the autophagy flux in human OA chondrocytes under pathological conditions. Further analysis revealed that BME activated autophagy in chondrocytes via inhibition of mammalian target of rapamycin (mTOR) pathway. Of importance is our finding that BME-mediated suppression of IL-1β induced expression of IL-6, MMP-3, -9, and -13 was autophagy dependent and was abrogated by inhibition of autophagy.

Conclusion

The above results show that the Butea monosperma (Lam.) extract has strong potential to activate autophagy and suppress IL-1β induced expression of IL-6 and MMP-3, -9 and -13 in human OA chondrocytes. This study shows that BME or compounds derived from BME can be developed as safe and effective chondroprotective agent(s) that function by activating autophagy to suppress the expression of inflammatory and catabolic factors associated with OA pathogenesis.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abbreviations : OA, BME, IL-6, MMP-3, MMP-9, MMP-13, LC3-I, LC3-II, mTOR, ROS, ECM

Keywords : Osteoarthritis, Butea monosperma (Lam.), Autophagy, mTOR, Nutraceuticals


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Vol 96

P. 198-207 - décembre 2017 Retour au numéro
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