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Fragestellung: Mesenchymale Stammzellen (MSC) können in chondrogene Richtung differenziert werden. Sie werden daher als zelluläre Quelle für Tissue Engineering und Zelltherapie zur Knorpelregeneration diskutiert. Die Differenzierung von MSC zu artikulären Chondrozyten bleibt jedoch auf molekularer Ebene wenig verstanden. Für eine bessere Klärung der molekularen Mechanismen der Knorpeldifferenzierung und -regeneration werden knorpelspezifische Moleküle sowie Marker für undifferenzierte MSC benötigt. Dieses Projekt hat zum Ziel, die spezifische Nutzung von Genen in Gelenkknorpel versus Stammzellen zu analysieren. Identifizierte Gene sollen auf ihre Eignung als Markermoleküle für die Dedifferenzierung von Chondrozyten bei Kulturexpansion oder Differenzierung von MSC geprüft werden.

Methodik: Knorpelproben aus dem Kniegelenk von Osteoarthrose-Patienten sowie Proben undifferenzierter MSC aus Knochenmark oder Fettgewebe (jeweils 10 Spender) wurden zur Hybridisierung eines 30.000 Genfragmente umfassenden cDNA-Arrays eingesetzt. Signifikant unterschiedliche Signale zwischen Knorpel und MSC wurden identifiziert. Bei ausgewählten Genen wurden die Ergebnisse durch quantitative RT-PCR bestätigt. Mittels RT-PCR wurden Genexpressionprofile in Knorpelproben und Chondrozyten während der Dedifferenzierung erstellt.

Ergebnisse: Der cDNA Array-basierte Vergleich der Genexpressionsprofile von Gelenkknorpel und MSC führte zur Identifikation von 87 differentiell exprimierten Genen. Davon waren 67 im Knorpel höher exprimiert. Neben bekannten Knorpelgenen wurden bisher im Knorpel nicht beschriebene Gene sowie 10 Transkripte für unbekannte Gene gefunden. Für 12 von 14 getesteten Genen konnten die Ergebnisse mit quantitativer RT-PCR bestätigt werden. Darunter waren unter anderem 3 unbekannte Gene, sowie mehrere Proteasen und Protease-Inhibitoren. Es wurden 2 Protease-Inhibitoren identifiziert, die im Knorpel höher als in MSC exprimiert werden. Beide Transkripte werden während der Dedifferenzierung von kultivierten Chondrozyten parallel zur Expression von Kollagen Typ II herunter reguliert.

Schlussfolgerungen: Die genomweite Analyse der Expressionsprofile von Knorpel und MSC führte zur Identifikation zahlreicher Gene, deren Nutzung im Knorpel bisher nicht beschrieben war, und von 10 Transkripten für neue bisher unbekannte Gene. Durch die detaillierte Analyse der Expression ausgewählter Gene wurden zwei Protease-Inhibitoren als potentielle Dedifferenzierungsmarker identifiziert. Eine Korrelation dieser Marker mit der Kapazität zur ektopen Knorpelbildung in immuninkompetenten Mäusen wird derzeit etabliert.