Die Auswirkungen eines FABP5-Knockdowns in chondrogenen Progenitorzellen

Die Auswirkungen eines FABP5-Knockdowns in chondrogenen Progenitorzellen

The effect of a knockdown of FABP5 in chondrogenic progenitor cells

Philipp Dr. Buderer

Doctoral thesis

Date of Examination: 2017-06-15

Date of issue: 2017-06-08

Advisor: Miosge, Nicolai Prof. Dr.

Referee: Miosge, Nicolai Prof. Dr.

Referee: Hahn, Heidi Prof. Dr.

Referee: Dressel, Ralf Prof. Dr.

Persistent Address: http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0023-3E6D-E

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Name: Die Auswirkungen eines FAP5-Knockdowns auf CPCs.pdf

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Abstract

English

Osteoarthritis (OA) is a degenerative disease of the joints in the course of which articular cartilage and surrounding tissues are destroyed. Symptoms range from pain to a complete loss of mobility. Previous therapies aim to relieve pain and to improve or restore mobility. In natural regeneration processes, instead of hyaline cartilage, fibrocartilaginous replacement tissue is produced. Although it is of inferior quality, it contains chondrogenic progenitor cells (CPCs). CPCs show regenerative potential that might be stimulated by drug therapy in the future. In chondrogenic differentiation, RUNX2 and SOX9 are the two main transcription factors and act contrarily. In the present work, FABP5, an interaction partner of transcription factor RUNX2, was demonstrated to be expressed in CPCs, for the first time. The expression of the proteins was shown both on cellular and tissue level as well as on mRNA and protein level. This finding suggests that a knockdown of FABP5 affects the expression of RUNX2 and collagen type I, which is produced predominantly in the fibrocartilaginous replacement tissue. After a knockdown of FABP5 in CPCs, both proteins showed a lower expression. However, a knockdown of FABP5 had no effect on the expression of SOX9, which is an antagonist of RUNX2. It can be assumed that the osteogenic differentiation of CPCs is influenced by FABP5 via RUNX2. The present results indicate that FABP5 interacts with RUNX2 and affects the differentiation of CPCs. Whether FABP5 influences RUNX2 directly or via its ligands (fatty acids) or intermediary proteins, needs to be clarified by further research. Moreover, the effects of a FABP5 knockdown in CPCs on their potential for chondrogenic differentiation need to be examined. Influencing this differentiation might be crucial for the formation of healthy hyaline cartilage in future regenerative OA therapy.

Keywords: osteoarthritis; chondorgenic progenitor cells; cartilage regeneration; FABP5; RUNX2

German

Osteoarthrose ist eine degenerative Gelenkerkrankung, bei der vor allem der Gelenkknorpel und die umliegenden Gewebe zerstört werden. Die Symptome dieses Gelenkverschleißes reichen von Schmerzen bis hin zu komplettem Mobilitätsverlust. Die bisherigen Therapieansätze zielen darauf ab, die Schmerzen zu lindern und die Bewegungsfähigkeit zu verbessern oder wieder herzustellen. Bei den Regenerationsprozessen wird minderwertiges fibrokartilaginäres Ersatzgewebe anstelle von hyalinem Knorpel gebildet. In dem fibrokartilaginären Ersatzgewebe befinden sich jedoch chondrogene Progenitorzellen (CPCs). Sie könnten potenzielles Ziel medikamentöser Therapien sein, um das Regenerationspotenzial dieser Zellen zu stimulieren. RUNX2 und SOX9 sind die beiden wichtigsten Transkritionsfaktoren bei der osteochondrogenen Differenzierung. In der vorliegenden Arbeit konnte erstmals FABP5, ein Interaktionspartner des Transkriptionsfaktors RUNX2, in den CPCs nachgewiesen werden. Dieser Nachweis erfolgte auf zellulärer und Gewebeebene sowie auf mRNA- und Proteinebene. Es konnte gezeigt werden, dass der Knockdown von FABP5 die Expression von RUNX2 und Kollagen-Typ 1 beeinflusst. Kollagen-Typ 1 wird vor allem im fibrokartilaginären Ersatzgewebe gebildet. Beide Proteine wurden nach dem Knockdown vermindert exprimiert. Auf die Expression von SOX9, den Antagonisten von RUNX2, hatte der FABP5-Knockdown keine Auswirkungen. So kann davon ausgegangen werden, dass FABP5 auf die durch RUNX2 gesteuerte osteogene Differenzierung der CPCs Einfluss nimmt. Diese Ergebnisse zeigen, dass FABP5 mit RUNX2 interagiert und die Differenzierung der CPCs beeinflusst. Ob FABP5 auf RUNX2 direkt, über die Liganden von FABP5 (Fettsäuren) oder dazwischengeschaltete Proteine einwirkt, muss in weiteren Studien untersucht werden. Des Weiteren muss geklärt werden, ob der Knockdown von FABP5 in den CPCs deren chondrogene Differenzierung antreibt und letztendlich gesünderer hyaliner Knorpel gebildet werden kann.

Schlagwörter: Osteoarthrose; chondrogene Progenitorzellen; Knorpelregeneration; FABP5; RUNX2