Abstract Vertebrate sexual dimorphism is ascribed to the presence of testes or ovaries, and, hence, to the secretion of gonad-specific hormones. However, mounting evidence indicates that sex differences in tissues and organs also stem from the presence of sex chromosomes (XX or XY). To tease out the contribution of gonads from sex chromosomes to the musculoskeletal system, we used the Four-Core Genotypes (FCG) mouse model, in which the Sry gene, which dictates testis formation, was either deleted in the Y chromosome, resulting in XY mice with ovaries (XY-SryO), or overexpressed in XX mice, resulting in XX mice with testes (XXT), together with gonadal males XY-SryT (Sry deletion and overexpression of the Sry transgene in chromosome 3) and females XXO. The FCG mice are generated by crossing XXO with XY-SryT mice, all of C57BL/6 J background. We now show that the musculoskeletal phenotype of 2- to 4-month-old FCG mice varies based on both gonads and sex chromosomes, depending on the age and the organ/tissue/cell analyzed. The effect of sex chromosomes on body weight, fat and lean/skeletal muscle mass, and bone mass and structure is minor in 2-/3-month-old mice, soon after sexual maturation. The contribution of sex chromosomes (XX versus XY-Sry in mice with the same gonads and sex hormones) in several of our measurements becomes apparent in adult 4-month-old mice. Contribution of 1X and 1Y-Sry versus 2X chromosomes varies among different measurements in gonadal males or females, and mice with XY-Sry chromosomes might have higher or lower values that XX mice. Our study shows XX versus XY-Sry chromosome contribution to the musculoskeletal phenotype, which becomes more evident as the animals reach peak bone mass, suggesting that while gonadal sex has a major role, sex chromosomes are a so far unrecognized contributor to musculoskeletal mass and bone strength.

Abstract Estrogen agonist raloxifene is an FDA-approved treatment for osteoporosis in postmenopausal women that may also be a promising prophylactic for painful intervertebral disc (IVD) degeneration. Here, we hypothesized that raloxifene would augment IVD structure and reduce neurokinin-1 (substance P) in young and old mice by stimulating estrogen signaling. 2.5 month (male and female) and 22.5 month (female) C57Bl/6J mice were subcutaneously injected with raloxifene hydrochloride (5x/week, 6week, n=7-9/grp). Next, to determine the impact of estrogen-deficiency to IVD structure and substance P, female mice were ovariectomized (OVX) at 4mo and tissues from OVX and sham-operated mice were harvested at 6mo (n=5-6/grp). First, compared to male IVD, female IVD expressed less col2 and osterix transcription, early markers of IVD degeneration. Irrespective of sex, raloxifene increased the transcriptional expression for extracellular matrix anabolism, proliferation, notochordal cells (vs chondrocyte-like cells) and estrogen signaling in young IVD. Next, we determined that biological sex and aging each induced structural features of lumbar IVD degeneration. Therapeutically, injection of raloxifene countered these features by increasing IVD height in young mice, preventing mild sex-related IVD degeneration in young female mice and partially reversing age-related IVD degeneration in old female mice. Further, estrogen agonist raloxifene upregulated er-α protein and downregulated substance P protein in young and old IVD. By contrast, estrogen-deficiency by OVX increased IVD degeneration and substance P protein in IVD cells. Similarly, substance P protein in vertebral osteocytes was upregulated in females relative to males and by estrogen-deficiency and downregulated by raloxifene. Overall, raloxifene augmented IVD structure and reduced substance P expression in young and old female murine IVD, whereas estrogen-deficiency increased substance P in the spine. These data suggest that raloxifene may potentially relieve painful IVD degeneration in postmenopausal women induced by biological sex, estrogen-deficiency and advanced age. Abstract Figure Graphical Abstract Injection of raloxifene promotes IVD health by engaging estrogen and Wnt signaling to promote cell proliferation and IVD structure. Differential estrogen signaling by raloxifene and ovariectomy regulated nerve signaling protein substance P in the spine. Raloxifene may also bind water to collagen to promote hydration. Acan: aggrecan, AF: annulus fibrosus, NC: notochordal cell, NP: nucleus pulposus

Skeletal insufficiency affects all individuals with Down syndrome (DS) or Trisomy 21 (Ts21) and may alter bone strength throughout development due to a reduced period of bone formation and early attainment of peak bone mass compared to typically developing individuals. Appendicular skeletal deficits also appear in males before females with DS. In femurs of male Ts65Dn DS model mice, cortical deficits were pronounced throughout development, but trabecular deficits and Dyrk1a overexpression were transitory until postnatal day (P) 30 when there were persistent trabecular and cortical deficits and Dyrk1a was trending overexpression. Correction of DS-related skeletal deficits by a purported DYRK1A inhibitor or through genetic means beginning at P21 was not effective at P30, but germline normalization of Dyrk1a improved male bone structure by P36. Trabecular and cortical deficits in female Ts65Dn mice were evident at P30 but subsided by P36, typifying periodic developmental skeletal normalizations that progressed to more prominent bone deficiencies. Sex-dependent differences in skeletal deficits with a delayed impact of trisomic Dyrk1a are important to find temporally specific treatment periods for bone and other phenotypes associated with Ts21.

Exercise benefits the musculoskeletal system and reduces the effects of cancer. The beneficial effects of exercise are multifactorial, where metabolic changes and tissue adaptation influence outcomes. Mechanical signals, a principal component of exercise, are anabolic to the musculoskeletal system and restrict cancer progression. We examined the mechanisms through which cancer cells sense and respond to mechanical signals. Low-magnitude, high-frequency signals were applied to human breast cancer cells in the form of low-intensity vibration (LIV). LIV decreased invasion through matrix and impaired secretion of osteolytic factors PTHLH, IL-11, and RANKL. Furthermore, paracrine signals from mechanically stimulated cancer cells, reduced osteoclast differentiation resorptive capacity. Physically disconnecting the nucleus by knockdown of SUN1 and SUN2 impaired the ability of LIV to suppress invasion and production of osteolytic factors. LIV also increased cell stiffness; an effect dependent on an intact LINC complex. These data show that mechanical signals alter the metastatic potential of human breast cancer cells, where the nucleus serves as a mechanosensory apparatus to alter cell structure and intercellular signaling.

Methodology is described for the synthesis of C

Skeletal insufficiency affects all individuals with Down syndrome (DS) or Trisomy 21 (Ts21) and may alter bone strength throughout development due to a reduced period of bone formation and early attainment of peak bone mass compared to typically developing individuals. Appendicular skeletal deficits also appear in males before females with DS. In femurs of male Ts65Dn DS model mice, cortical deficits were pronounced throughout development, but trabecular deficits and

Abstract The R47H variant of the Triggering Receptor Expressed on Myeloid Cells 2 (TREM2) is a risk factor for Alzheimer’s disease in humans and leads to lower bone mass accrual in female but not male 12-month-old mice. To determine whether, as with aging, gonadectomy results in sex-specific musculoskeletal effects, gonad removal or SHAM surgery were performed in 4-month-old TREM2R47H/+ mice and wild type (WT) male and female littermates (n = 10-12/group), with sexes analyzed separately. Body weight was lower in males, but higher in females after gonadectomy, independently of their genotype. Gonadectomy also lead to decreased BMD in males at all sites and in whole body (total) and spine in female mice for both genotypes. Total and femur BMD was lower in gonadectomized male mice 6-weeks post-surgery, independently of the genotype. On the other hand, BMD was only lower in ovariectomized WT but not TREM2R47H/+ mice in all sites measured at this time point. Bone formation and resorption markers levels were not affected by orchiectomy, whereas CTX was higher 3 weeks after surgery and P1NP showed a tendency towards lower values at the 6 weeks timepoint only in ovariectomized WT mice. μCT analyses showed no differences resulting from gonadectomy in structural parameters in femoral cortical bone for either sex, but lower tissue mineral density in males of either genotype 6 weeks post-surgery. Nevertheless, biomechanical properties were overall lower in gonadectomized males of either genotype, and only for WT ovariectomized mice. Distal femur cancellous bone structure was also affected by gonadectomy in a genotype- and sex-dependent manner, with genotype-independent changes in males, and only in WT female mice. Thus, expression of the TREM2 R47H variant minimally alters the impact of gonadectomy in the musculoskeletal system in males, whereas it partially ameliorates the consequences of ovariectomy in female mice.