Nidogen-1 and Nidogen-2 in healthy human cartilage and in late-stage osteoarthritis cartilage
Nidogen-1 und Nidogen-2 in gesundem humanem Knorpel und in den späten Stadien der Osteoarthritis
by Jenny Krügel
Date of Examination:2010-05-31
Date of issue:2010-05-10
Advisor:Prof. Dr. Nicolai Miosge
Referee:PD Dr. Karl-Heinz Frosch
Referee:Prof. Dr. Patricia Virsik-Köpp
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-793
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Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract
English
Objective. To investigate the presence and function of nidogen-1 and nidogen-2 in healthy human cartilage and in late-stage osteoarthritis (OA) cartilage. Methods. The location and quantity of nidogen-1 and nidogen-2 protein and messenger RNA were determined in cartilage tissue obtained from healthy donors and from patients with late-stage knee OA. Samples were analyzed by immunohistochemistry, in situ hybridization, and real-time reverse transcription-polymerase chain reaction. Adhesion and inhibition assays, a preembedding method, fluorescence-activated cell sorting, and ultrastructural investigations with integrins were also carried out. Results. Developing tissue from human embryos showed strong staining for both nidogens in condensed mesenchyme and in rib anlagen. Homogeneous staining for nidogen-1 was observed in the extracellular matrix of healthy articular cartilage, whereas nidogen-2 was localized pericellularly. In late-stage OA cartilage, expression of nidogen-1 was decreased pericellularly around diseased chondrocytes, whereas nidogen-2 was increased. However, both nidogens had strongly increased levels around elongated chondrocytes, especially in areas of deep surface fissures. In vitro, both nidogens functioned as adhesion proteins for cells from the OA defect. In vivo, colocalizations with integrins alphav and beta1 as well as internalization of nidogens by chondrocytes in vitro were observed. Conclusion. Nidogens are involved in human limb development. They occur in healthy articular cartilage and show increased expression, primarily around elongated chondrocytes, in OA cartilage. Therefore, the activities of nidogens might be a sign of cartilage regeneration in late-stage OA. Furthermore, the adhesive character of nidogens, specifically as adhesion proteins for chondrocytes from late-stage OA, as well as the enhanced chondrocyte nidogen interaction in OA indicate that both proteins play a key role in the pathogenesis of OA and either could be applied as a diagnostic marker.
Keywords: basement membrane; nidogen; cartilage; osteoarthritis
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Einleitung: Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung des Vorkommens und der Funktionen von Nidogen-1 und Nidogen-2 in gesundem humanem Knorpel und in den späten Stadien der Osteoarthritis. Methoden: Die Lokalisierung und Quantifizierung beider Nidogene im Knorpel, sowohl auf Protein als auch auf mRNA-Ebene, wurde mittels gesunden Spendern und osteoarthritischem Knorpel von Patienten durchgeführt. Dabei wurden sowohl die Methoden der Immunhistochemie, In situ Hybridisierung als auch die quantitative real-time RT-PCR angewandt. Zusätzlich wurden Adhäsions- und Inhibitionsassays, eine pre-embedding-Methode, FACS-Analysen und ultrastrukturelle Untersuchungen mti Integrinen durchgeführt. Ergebnisse: Humane Embryos zeigten eine starke Reaktion für beide Nidogene in kondensiertem Mesenchym und in Rippen-Anlagen. In gesundem Gelenkknorpel fand sich eine homogene Färbung für Nidogen-1 und eine strikt perizelluläre Reaktion für Nidogen-2. In osteoarthritischem Knorpel, nahm die Reaktion für Nidogen-1 in der perizellulären Matrix der erkrankten Chondrozyten ab, während Nidogen-2 eine vermehrte Reaktion aufwies. Jedoch waren beide Nidogen von elongierten Chondrozyten, vor allem im Bereich tiefer Fissuren, stärker expremiert. In vitro zeigten beide Nidogene funktionelle Eigenschaften als Adhäsionsproteine für Chondrozyten aus dem defekten Areal der Osteoarhritis. In vivo fanden sich sowohl Kolokalisationen mit Integrin alphav und beta1, als auch eine Internalisation von Nidogenen durch Chondrozyten. Schlussfolgerung: Nidogene sind involviert in der humanen Extremitätenentwicklung. Sie sind im gesunden Gelenkknorpel nachweisbar und zeigen eine vermehrte Expression in der Osteoarthritis, vor allem im Bereich der eleongierten Chondrozyten. Daher ist anzunehmen, dass Nidogene eine Rolle in der Regeneration des osteoarthritischen Knorpels spielen. Desweiteren weist der adhäsive Charakter speziell der osteoartritischen Chondrozyten, sowie die Verstärkten Chondrozyten-Nidogen-Interaktionen in der Osteoarthritis darauf hin, dass Nidogene eine Schlüsselrolle in der Pathogenese der Osteoarthritis spielen und als diagnotische Marker genutzt werden könnten.
Schlagwörter: Basalmembran; Nidogen; Knorpel; Osteoarthritis