Metabolische Aktivierung der Chondrozyten bei der humanen Arthrose

Zusammenfassung

Fragestellung/Methoden: Kollagen Typ II ist im normalen Gelenkknorpel das dominierende Kollagen und für den strukturellen Aufbau und die mechanische Belastbarkeit der Knorpelmatrix essentiell. In einer systematischen Untersuchung analysierten wir mittels Doppelfärbetechniken die Protein- und Genexpression von Kollagen Typ II in gesunden Knorpel-/Knochenpräparaten ohne arthrotische Veränderungen und in Präparaten von Arthrosepatienten mit unterschiedlich stark ausgeprägten Knorpeldefekten.

Ergebnisse: In normalem Knorpelgewebe aus vollkommen gesunden Kniegelenken zeigte sich eine homogene Verteilung von Kollagen Typ II in der Knorpelmatrix. Da die Neusynthese von Kollagen Typ II im gesunden Knorpel sehr niedrig ist, lag die Genexpression von Kollagen Typ II unter der Nachweisgrenze. In Knorpelpräparaten mit geringgradigen arthrotischen Veränderungen kam es teilweise zu einer verminderten immunhistologischen Anfärbbarkeit für das Kollagen Typ II-Molekül in der tiefen Knorpelzone. Eine Aktivierung der Kollagen Typ II-Genexpression zeigte sich in 19 der 35 Präparate. Diese war auf Bereiche der mittleren Zone und auf den Übergang zur tiefen Zone beschränkt. Eine gute Korrelation der Gen- und Proteinexpression zeigte sich in den Präparaten mit starken arthrotischen Veränderungen.

Schlußfolgerungen: Chondrozyten zeigen bereits in frühen Arthrosestadien ein charakteristisch verändertes Syntheseverhalten. Die exakte Kenntnis der metabolischen Aktivität im arthrotischen Knorpel ist Voraussetzung für die Charakterisierung bestimmter Arthrosestadien, um hieraus neue prognostische Indikatoren ableiten zu können. Die detaillierteren Kenntnisse der Regulationsmechanismen könnten dann die Basis für therapeutisch nutzbare gezielte Matrixmodulierungen sein.

Abstract

Objective/Methods: Type II collagen is the dominating Collagen in articular cartilage. It is essential for the structural integrity and the biomechanical properties of cartilage. Using immunohistology and in situ hybridization we systematically analyzed the protein and mRNA-expression of type II collagen in cartilage/bone sections without any signs of Osteoarthritis and osteoarthritic samples with various degrees of Osteoarthritis.

Results: In normal articular cartilage without any histologic signs of Osteoarthritis type II collagen was distributed homogeneously. An expression of the type II collagen-mRNA was not detectable in any of these samples. In cartilage sections with a roughening of the cartilage surface and a superficial loss of the safranin O staining as early histologic signs of Osteoarthritis the immunohistologic staining for type II collagen was reduced in the deep cartilage zone. An expression of the type II collagen-mRNA was found in 19 of 35 preparations. This expression, however, was restricted to the middle and deep zone of cartilage. A good and reproducible correlation of the specific gene and protein expression was found in samples with more severe osteoarthritic lesions.

Conclusions: Detailed information on metabolic changes and the activation of chondrocytes in osteoarthritic cartilage are important to characterize certain stages of Osteoarthritis and thus identify new prognostic factors. Increasing knowledge of the factors regulating the matrix synthesis and degradation in cartilage will provide the basis for new disease modifying therapies in Osteoarthritis.

Schlüsselwörter

Arthrose - Knorpelmetabolismus - Kollagen Typ II - in situ Hybridisierung

Key words

Osteoarthritis - cartilage metabolism - type II collagen - in situ hybridization