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Fragestellung: Bei Toll Like Rezeptor 3 (TLR3) und Toll Like Rezeptor 9 (TLR9) handelt es sich um intrazelluläre Rezeptoren, welche unter anderem freie Nukleinsäuren binden können. In einer Vorarbeit konnte gezeigt werden, dass während Gelenktraumata DNA freigesetzt wird. Des Weiteren ist bekannt, dass die Aktivierung von TLR3 und TLR9 zu einer verstärkten Aktivierung von NFκB führt, was eine Entzündungsreaktion zur Folge hat. Wir möchten in unserer Studie untersuchen, ob und wie ein Gelenktrauma durch die Freisetzung von Nukleinsäuren TLR3 und TLR9 aktivieren und damit einen inflammatorisch getriggerten Knorpelschaden und somit posttraumatische Arthrose auslösen kann.

Methodik: Die Detektion von apoptotischen Zellen im Gelenkknorpel von Gelenktraumapatienten und gesunden Kontrollen (OARSI 0-1) erfolgte mittels TUNEL Färbung. Durch Staurosporin wurde Apoptose in einer humanen Knorpelzelllinie (C28/I2) induziert und anschließend die Menge an freier DNA mit dem PicoGreen Assay gemessen. Die freigewordene DNA von in-vitro frakturierten Maushüftkopfknorpeln im Vergleich zur gesunden Gegenseite wurde ebenfalls mit dem PicoGreen Assay ermittelt. Die Aufnahme von PicoGreen gelabelter DNA in C28/I2 untersuchten wir mittels Immunfluoreszenzmikroskopie. Nach Stimulation von C28/I2 mit 500ng/ml proteinfreier chromosomaler DNA wurden qRT-PCR und Western Blot für TLR3 sowie ein NFκB Luciferase Reporter Assay angefertigt. Darüber hinaus führten wir immunhistologische Färbungen für TLR3 und TLR9 mit Gelenkknorpel von Gelenktraumapatienten und gesunden Kontrollen (OARSI 0-1) durch.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Im Knorpel von Traumapatienten fanden wir 62% apoptotische Zellen, wohingegen nur 2% apoptotische Zellen in der gesunden Vergleichsgruppe vorlagen (n=9 vs. n=5, p<0.0001). In C28/I2 zeigte sich nach Apoptoseinduktion ein dosisabhängiger Anstieg der DNA Freisetzung (n=3, p<0.0001). Nach in-vitro Induktion eines Traumas an murinem Hüftknorpel zeigte sich eine gesteigerte DNA Freisetzung im Vergleich zur Kontrolle (n=5, p<0,007). Eine Aufnahme von gelabelter DNA in C28/I2 konnten gezeigt werden. Die Stimulation von C28/I2 mit DNA führte zu einer Verdopplung der TLR3 mRNA-Expression (n=7, p<0,05), einem fünffachen Anstieg auf Proteinebene (n=3, p<0.05) und einer 15% erhöhten NFκB-Aktivität (n=3, p<0.01). Darüber hinaus zeigten sich bei der immunhistologischen Untersuchung signifikant mehr TLR3 und TLR9 positive Knorpelzellen bei Traumapatienten als bei gesunden Patienten.

Die Pathogenese der Arthrose ist nach wie vor nicht vollständig geklärt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass es bei einem Gelenktrauma durch Zelltod zur Freisetzung von DNA kommt, was TLR3, TLR9 und NFκB erhöht. Dieser Mechanismus könnte einen relevanten Einfluss auf die Entstehung von posttraumatischer Arthose haben.