Aging is the consequence of an array ofphenotypic variations that appear to involve intrinsic or constitutional properties in all cells and systems, including qualitative and quantitative alterations in development, maturational structure and function. The aging process in bone involves a set of changes in bone cells differentiation, interaction and premature death. Osteoblasts are the cells most affected during the aging process in bone due to their complex mechanisms ofdifferentiation, their interaction with honnones and growth factors and their progression to apoptosis.

In the process of differentiation ofhuman mesenchymal stem cells (hMSC) into osteoblasts there is a significant change (up or down regulation) in 74 genes occurs between the phase of differentiation (week 1) and mineralization (week 3). Among these genes affected, a group called "Interferon-inducible genes" plays an important role during the first phase ofdifferentiation. In addition, interferon y (IFNy) per se plays a pivotal role in this process in vitro and in vivo. In vitro, IFNy induces early osteoblastic differentiation ofhMSC and up-regulates Cbfal, the most important transcription factor for osteoblast differentiation. In vivo IFNy absence results in low bone turnover osteoporosis. Furthennore, in the SAM-P/6 mouse model (a previously described model ofsenile osteoporosis) age-related changes in osteoblasts are regulated by the administration of 1,25(OH)₂D₃. Treated mice show a significant increase in bone mass as a consequence of concomitant increase in osteoblastogenesis together with a decrease in both adipogenesis and osteoclastogenesis. The changes in gene expression induced by 1,25(OH)₂D₃ in these mice indicate a predominant osteogenic effect and provide a better understanding ofthe aging process in the osteoblast. In addition to gene changes, during their aging process osteoblasts show a significant reduction in the number and bioresponse of vitamin D receptors (VDR) in vivo. These changes can be reversed by the administration ofEz indicating a close interaction between Ez and vitamin D in the aging process ofbone. Finally, the pathways involved in osteoblast apoptosis were assessed. We found that osteoblast apoptosis in vitro is induced predominantly by the activation of the Fas pathway with further activation ofthe cascade ofcaspases. Additionally, a mitochondrial role for 1,25(OH)₂D₃ in osteoblast apoptosis was found through the increasing levels ofpro-apoptotic Bax and decreasing levels ofthe anti-apoptotic Bcl-2. All these apoptotic pathways were found to be inhibited by 1,25(OH)₂D₃ which induced Fas resistance through the inactivation of caspase-8 and stimulation of Bcl-2 expression. In summary, these findings elucidate several molecular changes that occur during the aging process in the osteoblast. These changes also identify potential targets that may be regulated to provide better function and extend the life span ofthese cells which are essential to maintain bone integrity.

Le vieillissement est la consequence d'un eventail de variations phenotypiques impliquant des proprietes intrinseques ou constitutives pour tous systemes et cellules. Ce processus implique des alterations quantitatives et qualitatives dans Ie developpement, la structure et la fonction des cellules. Dans l'os, Ie processus du vieillissement implique un ensemble d'evenements incluant des changements dans la differenciation des cellules osseuses, leur interaction et leur mort prematuree. Les osteoblastes sont les cellules les plus affectees lors de ce processus de vieillissement osseux a cause de leur mecanisme complexe de differenciation, de leur interaction avec des hormones ou des facteurs de croissance ainsi que de leur progression vers l'apoptose. Au cours du processus de differenciation des cellules souches mesenchymateuses humaines (CSMh) en osteoblastes, il y a un changement significatif (positive ou negatif) dans 74 genes entre la phase de differenciation (semaine 1) et la phase de mineralisation (semaine 3). Parmi ces genes on retrouve Ie groupe de genes inductibles par l'interferons quijouent un role important durant la premiere phase de differenciation. De plus l'interferon y (INFy) joue un role pivot dans ce processus ala fois in vitro et in vivo. In vitro, l'INFy accelere la differenciation osteoblastique des CSMh et augmente l'expression du Cbfa1, Ie plus important facteur de transcription pour la differenciation des osteoblastes. In vivo son absence entraine une osteoporose aturnover reduit.De plus, chez les souris SAM-P/6 (un modele connu d'osteoporose senile) les changements associes au vieillissement dans les osteoblastes sont regules par l'administration de 1,25(OH)₂D₃. Ainsi les souris traitees ala 1,25(OH)₂D₃ montrent une augmentation significative de leur masse osseuse resultant a la fois d'une oste6blastogenese augmentee et d'une osteoclastogenese et d'une adipogenese diminuees. Les changements des genes induits par la 1,25(OH)₂D₃ dans ce type de souris montrent un eITet osteogenique predominant ce qui indiquerait un nouveau mecanisme du processus de vieillissement des osteoblastes. De plus, durant Ie processus de vieillissement des osteoblastes, on observe une reduction significative du nombre et de la reponse biologique des recepteurs de la vitamine D (RVD) in vivo. Ces changements sont reversibles par I'administration d'estrogenes demontrant ainsi un nouveau role des hormones steroides comme regulateurs du processus du vieillissement osseux. Finalement, les signaux impliques lors de l'apoptose des osteoblastes ont ete evalues. Nous avons demontre que l'apoptose des oste6blastes in vitro est en grande partie induite par I'activation du signal Fas avec activation subsequente de la cascade des caspases. De plus, nous avons decouvert que les mitochondries jouent un role dans la regulation par la 1,25(OH)2D3 de l'apoptose des osteoblastes en augmentant Ie niveau de facteur anti-apoptotique Bcl-2 et en diminuant Ie niveau du facteur anti-apoptotique Bax. Nous avons decouvert que tout ces signaux apoptotique etaient inhibes par la 1,25(OH)₂D₃ qui entraine une resistance au Fas durant I'inactivation de la caspase-8 tout en augmentant Ie niveau de I'expression du Bc1-2. En bref, ces decouvertes ont permit d'elucider des changements moleculaires qui se produisent durant Ie processus de vieillissement des osteoblastes. Ceci suggere la possibilite de cibler la regulation de signaux intracellulaires dans Ie but d'ameliorer leur fonction et de prolonger leur longevite afin que ces cellules puissent continuer d'assurer Ie maintien de I'integrite osseuse.