Identifizierung neuer Coregulatoren von SOX9 und RUNX2 in chondrogenen Progenitorzellen in der Osteoarthrose

Abstract

Die Osteoarthrose ist eine degenerative Erkrankung der Gelenke. Sie zeichnet sich durch eine sukzessive Destruktion des Knorpels sowie der umliegenden Strukturen aus. Die Osteoarthrose ist die häufigste Gelenkerkrankung des Menschen und tritt insbesondere im hohen Lebensalter auf. Schätzungen zu Folge wird Osteoarthrose im Jahr 2020 zu der viert häufigsten Ursache für Erwerbsunfähigkeit aufsteigen. Neben dem Leidensdruck für den Patienten ist dies auch mit erheblichen Kosten für das Gesundheitssystem verbunden. Die natürliche Regeneration des avaskulären hyalinen Knorpels ist aufgrund der geringen Zelldichte und dem niedrigen Metabolismus der Zellen beschränkt. Es fehlt ein Perichondrium das den Knorpel stabilisiert und mit undifferenzierten Mesenchymzellen, als Quelle für frische Chondroblasten bzw. Chondrozyten, versorgt. Das fibrokartilaginäre Ersatzgewebe im erkrankten artikulären Knorpel beherbergt eine Population von Vorläuferzellen mit chondrogenen Eigenschaften. Die Herkunft dieser Zellen ist wenig erforscht. Es wird vermutet, dass diese durch Einsprossungen von Blutgefäßen aus dem subchondralen Knochen in die beschädigten Areale migrieren. Diese chondrogenen Progenitorzellen (CPCs) könnten sich als zugänglich für medikamentöse Therapien zur Stimulation ihres Reperaturpotentials erweisen. In dieser Arbeit sollten Coaktivatoren von dem chondrogenen Transkriptionsfaktor SOX9 oder Corepressoren von dem osteogenen Transkriptionsfaktor RUNX2 identifiziert werden. Dazu wurden CPCs verwendet, die durch siRNA-vermittelten Knockdown von RUNX2 in der Produktion von chondrogenen Faktoren stimuliert werden sollten. Auch der umgekehrte Versuch wurde durchgeführt. Durch den Knockdown von SOX9 sollten osteogene Faktoren stimuliert werden, die als Ziel inhibitorischer Therapien dienen könnten. Dabei konnte zunächst der antagonistische Zusammenhang zwischen SOX9 und RUNX2 in CPCs gezeigt werden. Der Knockdown von RUNX2 führte zu einer Hochregulation von SOX9 und damit zu einer Erhöhung des chondrogenen Potentials der Zellen. Umgekehrt führte der Knockdown von SOX9 zu einer Hochregulation von RUNX2 und damit zu einer Verringerung des chondrogenen Potentials der CPCs. Mithilfe massenspektrometrischer Analysen konnten aus Immunpräzipitationen und Pulldown-Isolaten von SOX9 und RUNX2 eine Vielzahl von Proteinen isoliert werden, die mit Signaltransduktionen und der Transkription in Verbindung stehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden einige der möglichen Coaktivatoren von SOX9 in CPCs überexprimiert und mögliche Corepressoren von SOX9 durch siRNA in ihrer Expression inhibiert. Die Überexpression von DDX5, HSPA8, RAB5C und YWHAE führte zu einer Zunahme der Genexpression von SOX9. Während HSPA8 auch eine Zunahme der Genexpression von RUNX2 bewirkte, führte YWHAE zu dessen Herabregulation und damit zu einer Erhöhung des chondrogenen Potentials von CPCs. Durch den Knockdown von LEMD2 und TMPO konnte ebenfalls eine Hochregulation von SOX9 erreicht werden. Ein Anzeichen für die Erhöhung des chondrogenen Potentials bot hierbei zusätzlich die erhöhte Expression der extrazellulären Bestandteile ACAN und die verminderte Expression von COL1A1. Darüber hinaus wurde zum ersten Mal die Interaktion zwischen SOX9 und DDX5 durch Coimmunpräzipitation untersucht. SOX9 konnte dabei copräzipitiert werden allerdings war der umgekehrte und damit der validierende Versuch nicht erfolgreich und bedarf weiterer Untersuchung, z. B. mithilfe einer anderen Methode wie Yeast-Two-Hybrid, um die tatsächliche Protein-Protein-Interaktion zu bestätigen bzw. um sie auszuschließen. Diese Ergebnisse zeigen, dass mithilfe der affnitätschromatographischen Aufreinigung von SOX9 sowie RUNX2 mögliche Interaktionspartner durch massenspektrometrische Analysen der isolierten Proteinkomplexe identifiziert werden können. Inwieweit diese Proteine direkt auf SOX9 einwirken oder Teil einer übergeordneten Transkriptionsmaschinerie sind muss in weiteren Studien untersucht werden, um die Frage zu beantworten, ob diese auch als potentielles Ziel für therapeutische Maßnahmen in Betracht kommen. Darüber hinaus muss die Frage geklärt werden, inwieweit sich die identifizierten Proteine auf die Expression von nachgeschalteten chondrogenen Faktoren auswirken. Diese Arbeiten könnten einen wichtigen Beitrag in der Entwicklung von neuen Therapeutika gegen Osteoarthrose leisten.