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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
70. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
92. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und
47. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie

02. - 06.10.2006, Berlin

Neue Wege der Wirkstofftestung in Knorpelzellkulturen: Änderung des Genexpressionsprofils unter IL-1beta Stimulation und p38MAP Kinase-Hemmung

Meeting Abstract

  • H. Joos - Universitätsklinikum Ulm, Abt. f. Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany
  • J. Fiedler - Universitätsklinikum Ulm, Abt. f. Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany
  • W. Albrecht - Wirkstoffforschung, Merckle GmbH, Ulm, Germany
  • S. Laufer - Universität Tübingen, Abt. f. pharm. und med. Chemie, Tübingen, Germany
  • H. Reichel - Universitätsklinikum Ulm, Abt. f. Orthopädie, Ulm, Germany
  • R.E. Brenner - Universitätsklinikum Ulm, Abt. f. Orthopädie, Sektion Biochemie der Gelenks- und Bindegewebserkrankungen, Ulm, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 70. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 92. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 47. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 02.-06.10.2006. Düsseldorf, Köln: German Medical Science; 2006. DocE.2.2-612

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dgu2006/06dgu0069.shtml

Veröffentlicht: 28. September 2006

© 2006 Joos et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: IL-1ß spielt eine wichtige Rolle bei inflammatorischen und degenerativen Prozessen im arthrotischen Gelenksknorpel. Es reguliert unter anderem die Expression bestimmter Gene und beeinflusst verschiedene Signalwege. Durch Inhibition der an verschiedenen Signalkaskaden beteiligten p38MAP Kinase können diese Vorgänge teilweise verhindert werden. In dieser Studie wurden Änderungen der Genexpression primärer Chondrozyten nach IL-1ß-Stimulation mit und ohne Inhibition der p38MAP Kinase untersucht.

Methodik: Aus Knorpelgewebe von Arthrosepatienten, die sich einer Knie-TEP unterzogen, wurden nach etablierten Methoden Chondrozyten isoliert und nach eintägiger Kultivierung eingefroren. Nach Auftauen, Regenerierung und Vereinigung der Zellen von 6 verschiedenen Spendern erfolgte die Kultivierung im hochdichten Monolayer (5x104Zellen/cm2). Im Anschluss an eine Ruhephase in serumfreiem Medium wurden die Zellen 24h mit 10ng/ml IL-1ß stimuliert, wobei ein Teil der Zellen einer 15minütigen Vorinkubation mit dem p38MAPK-Inhibitor SB203580 (10µM) unterzogen wurde. Unbehandelte Zellen dienten als Kontrolle. Anschließend wurde die Gesamt-RNA isoliert und die Genexpression mittels cDNA-Microarray-Technologie (whole human genome Oligo-Set, Operon) analysiert. Das Experiment wurde dreimal mit verschiedenen Spendern durchgeführt.

Ergebnisse: In der cDNA-Microarray-Analyse zeigten über 1100 Gene eine signifikante Änderung nach IL-1ß-Stimulation im Vergleich zur Kontrolle. Bei einer Zuordnung der regulierten Gene zu bekannten Signalwegen waren vor allem Prozesse im Bereich der Abwehrreaktionen, der extrazellulären Matrix, der Transkription und dem Zellzyklus betroffen. Im Vergleich wirkte sich eine vorherige Inhibition der p38MAPK durch SB203580 mit anschließender IL-1ß-Stimulation signifikant auf die Expression von fast 650 Genen aus. Etwa 115 dieser Gene waren sowohl IL-1ß- als auch SB203580-reguliert, worunter sich gut charakterisierte Gene wie MMP13 und NOS2A aber auch in diesem Zusammenhang unerwartete Gene befinden.

Schlussfolgerung: Unser Zellkulturmodell weist auf eine Vielzahl von IL-1ß-regulierten Genen hin, die sowohl bereits bekannte Effekte der inflammatorischen Stimulation widerspiegeln als auch neue Aspekte aufdecken. Die Inhibition mit dem p38MAPK-Hemmer SB203580 zeigte starken Einfluss auf das Genexpressionsprofil von Chondrozyten, wobei es nicht nur in die IL-1ß-Regulation sondern auch in viele andere Signalwege eingreift. Diese Ergebnisse müssen zunächst mit Real-Time-PCR und weiteren Assays auf Proteinebene bestätigt werden. Insgesamt zeigt sich die Microarray-Technologie als ein sehr mächtiges Instrument, um den Einfluss verschiedenster Substanzen auf das Expressionsverhalten von Zellen zu untersuchen. Sie erweist sich als wertvoller Beitrag im Rahmen der Entwicklung therapeutischer Wirkstoffe und kann gleichzeitig neue Erkenntnisse zur Zellbiologie humaner Chondrozyten liefern.