Expressionsanalyse verschiedener Kollagene und Zytokine in Knorpelzellen aus arthrotisch veränderten Hüft- und Kniegelenken

Zusammenfassung

Studienziel: Die Arthrose ist gekennzeichnet durch eine zunehmende Zerstörung des Gelenkknorpels mit einem Überwiegen des katabolen Stoffwechsels. Die Prävalenz der Arthrose in einzelnen Gelenken ist jedoch sehr unterschiedlich, erzielt für das Hüft- und Kniegelenk jedoch sehr ähnliche Werte. Ob sich dieses Bild auch auf Zell- und molekularer Ebene bestätigen ließ, war Ziel unserer Untersuchungen. Hierzu wurde die vergleichende Analyse von Chondrozyten makroskopisch intakter Areale aus arthrotisch veränderten Knie- und Hüftgelenken hinsichtlich ihrer Expression von entzündungs-assoziierten Genen, wie IL-1β, IL-1β-Rezeptorantagonist, iNOS und Komponenten der Knorpelmatrix (Kollagen I, II, und VI) sowie Vimentin durchgeführt. Methode: Verschiedene Zytokine und Proteine konnten durch immunhistochemische Untersuchungen sowie quantitative RT-PCR-Analysen in den Knorpelzellen aus OP-Präparaten arthrotisch veränderter Knie- und Hüftgelenke nachgewiesen werden. Ergebnisse: Knorpelzellen aus Knie- und Hüftgelenken mit arthrotischen Veränderungen exprimieren die Kollagene I, II und VI, IL-1β, IL-1β-RA, iNOS und Vimentin mit Erhöhung der Expression von Kollagen I gegenüber II bei zunehmender Kulturdauer. Ein signifikanter Expressionsunterschied zwischen Chondrozyten aus arthrotisch veränderten Hüft- und Kniegelenken wurde ex vivo oder in Primärkultur nicht gefunden. Die IL-1β-Expression ist in beiden Gelenken massiv erhöht. Im Vergleich stieg sie signifikant in Chondrozyten aus dem Hüftgelenk gegenüber Zellen aus dem Kniegelenk nur in der ersten Passage an. Schlussfolgerung: Es besteht eine große Ähnlichkeit zwischen arthrotisch verändertem Knorpel aus Hüft- und Kniegelenk. Die geringen Unterschiede in der Expression der Kollagene und Entzündungsmediatoren zeigen eine physiologische Ähnlichkeit dieser Chondrozyten, die mit einer erhöhten Anfälligkeit, eine Arthrose zu entwickeln, assoziiert sein könnte. Weitere vergleichende Studien mit Zellen des Sprunggelenkes sollen diese Hypothese überprüfen.

Abstract

Aim: Osteoarthritis (OA) is characterized by an irreversible destruction of articular cartilage. This is associated with a multiplicity of factors, causing an increased catabolic metabolism in cartilage. However, the prevalence of the OA is very variable in different joints. Therefore, we conducted a comparative analysis of chondrocytes derived from knee and hip joints with respect to their expression of inflammatory factors, such as IL-1β, IL-1β-receptorantagonist, iNOS, components of cartilage matrix (collagen I, II, and VI) as well as vimentin. Methods: Different cytokines and proteins were detected by immune-histochemical staining of cartilage samples ex vivo. Further, chondrocytes were isolated from OA knee and hip joints, expanded in vitro and gene expression patterns were investigated by quantitative RT-PCR. Results: Chondrocytes from knee and hip joints of OA patients express collagenes I, II and VI, IL-1β and IL-1β-RA, iNOS as well as Vimentin. A significant difference in gene expression patterns was not found in chondrocytes from the hip joints versus the knee joint ex vivo or in primary culture cells in vitro. However, in vitro the expression of type I collagen exceeded the expression of type II collagen. The IL-1β-expression was high ex vivo, remained low during primary culture but was significantly elevated after primary culture in hip chondrocytes. Conclusion: Osteoarthritic gene expression patterns in cells derived from hip or knee joints ex vivo and in primary culture were not significantly different. We conclude that the rather frequent occurrence of OA in these joints in comparison to the ankle joint may be associated with a close physiological relation of cells in these joints. However, future studies which will include ankle cartilage must be investigated in further detail.

Schlüsselwörter

Arthrose - Gelenkknorpel - Kniegelenk - Hüftgelenk - IL-1β - Kollagen

Key words

osteoarthritis - articular cartilage - hip - knee - IL-1β - collagen

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