Kollagen Typ I, II, III und VI - mRNA-Expression humaner Chondrozyten in verschiedenen räumlichen Organisationsformen

Abstract

Die Osteoarthritis (OA), im Deutschen die „Arthrose“, ist eine bislang nicht vollständig verstandene Erkrankung des gesamten Gelenks. Hierbei spielt vor allem der Verlust von Knorpelgewebe eine maßgebliche Rolle. Ein Fortschreiten der OA äußert sich in Form von Schmerzen, Gelenkdeformität und endet unbehandelt im zunehmenden Verlust der Gelenkfunktion mit einer gravierenden Einschränkung der Lebensqualität der Betroffenen. Weltweit sind momentan ca. 9,6% aller Männer und 18% aller Frauen älter als 60 Jahre betroffen. Derzeit gibt es keine diagnostischen und therapeutischen Strategien, um OA in einem frühen präklinischen Stadium zu erkennen und zu behandeln. Im OA-Endstadium ist der künstliche Gelenkersatz die Therapie der Wahl.

Die residenten Zellen des Knorpels, die Chondrozyten, sind innerhalb der obersten Gewebeschicht, der sogenannten superfiziellen Zone, in spezifischen räumlichen Organisationsformen angeordnet. Die dominierende Organisationsform superfizieller Chondrozyten in gesunden Gelenken ist Gelenkflächen- und Spezies-spezifisch und kann als „biologischer Fingerabdruck“ des Gelenkes verstanden werden. So sind z. B. die Chondrozyten humaner Kniegelenkskondylen überwiegend in Einzelsträngen („Strings“) organisiert. Mit zunehmender OA verändert sich die Gelenk-spezifische Organisation. Da im OA-Endstadium ein kompletter Verlust der räumlichen Organisation stattfindet, könnten frühe Organisations-Veränderungen superfizieller Chondrozyten als ein bild-basierter Biomarker zur OA-Früherkennung geeignet sein und klinisch relevant werden.

In der vorgelegten Arbeit wurde mittels qRT-PCR die relative mRNA-Expression von Kollagen Typ I, II, III und VI in superfiziellen Chondrozyten humaner Kniegelenke in Abhängigkeit ihrer Organisation quantifiziert; diese wurde vor qRT-PCR fluoreszenz-mikroskopisch analysiert. Die Frage war, ob eine Korrelation zwischen der mRNA-Expression der o. g. Kollagene mit der räumlichen Chondrozyten-Organisation bestand und ob Organisations-spezifische mRNA-Expressionsprofile vorlagen. Die mRNA-Expression aller untersuchten Kollagene korrelierte signifikant mit spezifischen Formen der räumlichen Organisation superfizieller Chondrozyten („Strings“ zu „Doublestrings“, „Small Cluster“, „Big Cluster“ und „Diffus“). Weiterhin wurden signifikante Unterschiede in der mRNA-Expression aller untersuchten Kollagene zwischen verschiedenen Organisationsformen aufgedeckt; bereits in früh veränderten Formen lag ein OA-typisch verändertes Expressionsprofil (Kollagen Typ I > Typ II) vor. Anhand des Verhältnisses der Kollagen Typ I zur Typ II mRNA-Expression – Marker eines chondrogenen Phänotyps – wurden Phänotyp-Veränderungen in Abhängigkeit der räumlichen Organisation gefunden; beim Übergang von „Big Clustern“ zu einem „diffusen“ Stadium (Organisationsverlust) traten ein Verlust des reparativen Phänotyps und eine De-Differenzierung auf. Zusammenfassend identifizierte die vorliegende Arbeit die räumliche Organisation als einen Marker unterschiedlicher Funktionszustände humaner superfizieller Chondrozyten auf mRNA-Expressions-Niveau. Frühe Veränderungen der Chondrozyten-mRNA-Expression im Rahmen der Früh-OA können somit anhand früher Veränderungen der räumlichen Organisation superfizieller Chondrozyten erkannt werden.