A Study on the Expression of Glycosaminoglycans in the Experimental Tooth Movement of Rat and in Cultured Periodontal Ligament Cells

실험적 치아이동시 glycosaminoglycan의 발현에 관한 연구

The purpose of this study was to evaluate 1) in vivo, the expression of chondroitin 4-sulfate (CH-4S), a structural element of glycosaminoglycans(GAGs), in periodontal tissue during the experimental movement of rat incisors, by labelled streptavidine biotin immunohistochemical staining for CH-4S, 2) In vitro, the expression of CH-4S in cultured human periodontal ligament(PDL) cells supplemented with 10ng/ml of $TGF-{\beta}_1$, 20ng/ml of PDGF-BB, 1ng/ml $TNF-\alpha$, or $1{\mu}g/ml$ LPS by western blot analysis. The results of this study were as follows ; 1. The expression of CH-4S was stronger in pulp, PDL, osteoblasts, osteoclasts and osteocytes in experimental group than in control group, but was rare in dentin, and cementum of experimental groups, regardless of the duration of force application, which was not different from that of control group. 2. In experimental group, the expression of CH-4S in pulp began to increase at 1 day after force application and got to the highest degree at 7 days. After 14 days, the expression in CH-4S immunoreactivity was decreased, and became similar to that of control group at 28 days. 3. The expression of CH-4S in PDL was noted in adjacent to alveolar bone. PDL showed higher intensity of immunolabelling after 1 day of orthodontic tooth movement. And the expression was more stronger in the tension side than that of pressure side of PDL at 1 day, but more stronger in the pressure side than that of tension side of PDL at 4 days. After 7 days, a decrease in CH-4S expression was observed. 4. The expression of CH-4S in alveolar bone got to the highest degree at 4 days, and At 7 days, a decrease in CH-4S expression was observed. 5. PDGF-BB notably raised the expression of CH-4S in the PDL cells at 3 days of cultivation 6. The expression of CH-4S of PDL cells was decreased with the application of $TNF-\alpha$ at 1 day. 7. Admixture of $TGF-{\beta}_1$ and PDGF-BB got more expression of CH-4S in PDL as compared to only $TGF-{\beta}1$ or PDGF-BB. A similar decrease of the expression of CH-4S was observed in the case of application of LPS or $TNF-\alpha$.

치아이동시 골대사에 있어 glycosaminoglycan의 역할에 대해 알아보고자 glycosaminoglycan의 주요 구성 성분인 chondroitin 4-sulfate(CH-4S)의 치주조직 내에서의 면역반응 정도 및 분포 양상을 백서 치아의 실험적 이동 과정에서 면역조직화학적으로 관찰하였다. 또한 사람 치주인대세포를 배양하여 여러 종류의 cytokine을 투여한 후 CH-4S의 발현 양상의 변화를 Western blot analysis를 통해 확인하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 치아이동에 반응하는 치수, 치주인대, 골모세포, 파골세포, 골세포 부위에서의 CH-4S 발현이 대조군보다 많았으나 상아질, 백악질에서의 CH-4S의 발현은 견인력 적용 기간에 관계없이 대조군과 큰 차이가 없었다. 2. 치수에서 CH-4S의 발현은 교정력을 가한 1일째에 크게 증가하였다가 7일째부터 감소되었으며 14일째에는 대조군과 차이가 없었다. 3. 치주인대에서 CH-4S의 발현은 주로 치조골 면을 따라 견인측에서 나타났는데 교정력을 가한 1일째에 가장 많은 발현을 보인 후 4일째부터 감소하기 시작하였다. 4. 골모세포와 파골세포 및 골세포에서 CH-4S의 발현은 4일째에 가장 많은 발현을 보였고 7일째 이후에는 크게 감소하였다. 3. 치주인대세포에 PDGF-BB를 투여한 경우 3일째에 가장 많은 CH-4S의 발현을 보였다. 6. 치주인대세포에 $TNF-\alpha$ 처리 시 배양 1일째에 CH-4S의 발현 감소를 보였다. 7. 치주인대세포에 PDGF-BB와 $TGF-\beta$를 혼합 투여 한 경우가 PDGF-BB 및 $TGF-\beta$를 단독 투여한 경우 보다 배양3일째에 CH-4S의 발현이 많았고 LPS나 $TNF-\alpha$ 투여군은 유사한 발현 감소를 보였다. 이상과 같이 교정적 치아이동시 시기 및 부위에 따라 glycosaminoglycan의 발현이 차이를 보이며, 치주인대세포에서도 cytokine의 자극에 따라 glycosaminoglycan의 발현이 변화하는 것으로 보아, glycosaminoglycan이 골대사에 있어 중요한 조절 인자로서의 역할을 하는 것으로 여겨진다.