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Die Wirkung von Kollagenhydrolysaten auf die Aktivität von Aggrecanasen und die Freisetzung von Proteoglykanen aus humanem arthrotischem Gelenkknorpel
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Autoren
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Saskia Schadow
- Universität Gießen, Orthopädische Universitätsklinik, Labor für Experimentelle Orthopädie, Gießen, Germany
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Hans-Chrisitan Siebert
- RI-B-NT Research Inst. of Bioinformatics & Nanotech, Kiel, Germany
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Günter Lochnit
- Universität Gießen, Biochemisches Institut des FB Medizin, Gießen, Germany
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Markus Rickert
- Universität Gießen, Orthopädische Universitätsklinik, Labor für Experimentelle Orthopädie, Gießen, Germany
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Juergen Steinmeyer
- Universität Gießen, Orthopädische Universitätsklinik, Labor für Experimentelle Orthopädie, Gießen, Germany
| Veröffentlicht: | 13. Oktober 2014 |
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Gliederung
Text
Fragestellung: Die Aggrecanasen ADAMTS4 (a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motif) und ADAMTS5 spielen eine zentrale Rolle bei der proteolytischen Zerstörung des arthrotischen Gelenkknorpels. Kollagenhydrolysate (KH), bestehend aus Kollagen Typ I-Peptiden, werden häufig als Nahrungsergänzungsmittel bei Arthrose eingesetzt. In-vitro-Studien mit Kollagen Typ II-Peptiden zeigten bereits eine vermehrte extrazelluläre Matrixdestruktion verbunden mit einer erhöhter Gelatinaseaktivität. Unsere in-silico-Berechnungen ergaben, dass die verschiedenen Kollagen Typ I-Peptide an unterschiedlichen Andockstellen der Aggrecanasen binden und somit deren Aktivität heterogen beeinflussen können.
In der hier vorliegenden experimentellen Studie sollte daher erstmalig untersucht werden, inwiefern zwei kommerziell erhältliche KH
- 1.
- die Aktivität von ADAMTS4 sowie ADAMTS5 in vitro beeinflussen können und somit
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- in der Lage sind, die Proteoglykanfreisetzung aus humanen arthrotischen Knorpelexplantaten zu modulieren.
Methodik: Die unterschiedliche Zusammensetzung der KH aus hydrolytisch entstandenen Kollagenpeptiden wurde mittels MALDI-TOF-Massenspektrometrie bestimmt.
Die Aktivität von rhADAMTS4 und rhADAMTS5 wurde in Gegenwart der beiden KH (FGH von Rousselot; Mobiforte® von Astrid Twardy) mit Hilfe von rhAggrecan-IGD als Substrat gemessen, wobei das proteolytisch freigesetzte Aggrekanpeptid mit der N-terminalen Sequenz ARGSVIL in einer Microtiterplatte mittels eines mAb quantifiziert wurde.
Zur Bestimmung der Proteoglykanfreisetzung, des TIMP-3 und NO-Gehaltes wurden humane Knorpelexplantate aus der lateralen Femurkondyle mittels Collins Score bewertet und anschließend 6 Tage lang mit 0-10 mg/ml KH behandelt. Der Proteoglykangehalt wurde mit Hilfe der DMMB-Methode bestimmt, der Gehalt an TIMP-3 und MMP-3 mittels ELISA und der NO-Gehalt durch die Griess-Reaktion. Die Vitalität der Explantate wurde fluoreszensmikroskopisch festgestellt. Die Ergebnisse wurden mit unbehandelten Kontrollproben verglichen. Jedes Experiment wurde fünfmal wiederholt (N=6). Die Daten wurden mittels ANOVA statistisch analysiert.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Nur Mobiforte® stimulierte signifikant und konzentrationsabhängig die Aktivität von rhADAMTS4 und rhADAMTS5. Diese vermutlich allosterisch bedingte Stimulation ging einher mit einer signifikant erhöhten Freisetzung von Proteoglykanen und NO aus humanen Knorpelexplantaten, wobei keine Wirkung auf den TIMP-3-Spiegel gemessen werden konnte. FGH entfaltete keine Wirkung auf die Aktivität von Aggrecanasen, die NO- und Proteoglykanfreisetzung sowie die Konzentration an TIMP-3. Die KH unterscheiden sich signifikant hinsichtlich der molekularen Zusammensetzung ihrer Peptidmischungen wie auch hinsichtlich ihrer katabolen Wirkungen auf humanen arthrotischen Gelenkknorpel. Weiterführende Studien werden zeigen, inwiefern die hier in vitro gemessenen Wirkungen von klinischer Relevanz sind.
