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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2018)

23.10. - 26.10.2018, Berlin

Hypertrophie-Assoziierte Regulation von RUNX3 und MEF2C während der chondrogenen Differenzierung von humanen Mesenchymalen Stromazellen

Meeting Abstract

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  • presenting/speaker Simon Dreher - Orthopädische Universitätsklinik, Forschungszentrum für Experimentelle Orthopädie, Heidelberg, Germany
  • Wiltrud Richter - Orthopädische Universitätsklinik, Forschungszentrum für Experimentelle Orthopädie, Heidelberg, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2018). Berlin, 23.-26.10.2018. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2018. DocPT19-1158

doi: 10.3205/18dkou700, urn:nbn:de:0183-18dkou7009

Veröffentlicht: 6. November 2018

© 2018 Dreher et al.
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Gliederung

Text

Fragestellung: Um die fehlende intrinsische Regenerationsfähigkeit von Knorpel auszugleichen sind Zell-basierte Therapien vielversprechend. Die Herstellung von Knorpelgewebe aus humanen Mesenchymalen Stromazellen (MSC) ist durch Hochregulation hypertropher Faktoren und in vivo Weiterentwicklung zu kalzifiziertem Knorpel limitiert. Anders als redifferenzierende artikulare Chondrozyten (AC) bilden MSC keinen stabilen, hyalinen Knorpel, ihre hypertrophe Differenzierung reflektiert enchondrale Ossifikation, deren Ursache bislang ungeklärt ist. Mehrere Transkriptionsfaktoren (TF) werden für die hypertrophe Entwicklung verantwortlich gemacht. Während der Maus-Embryonalentwicklung reguliert SOX9, der Masterregulator der Chondrogenese, zusammen mit MEF2C die hypertrophe Reifung von Chondrozyten. RUNX2/3 treiben die Hypertrophie von Chondrozyten und die Skeletogenese an. Bislang ist unklar wie diese Hypertrophie-relevanten Faktoren auf mRNA und Proteinebene während der humanen MSC Chondrogenese im Vergleich zu AC Redifferenzierung reguliert werden. Ziel der Studie ist es, die Regulation von RUNX2/3 und MEF2C vor und während der Chondrogenese von MSC und der Redifferenzierung von AC aufzuzeigen um Maßnahmen zu entwickeln, wie die Differenzierung von MSC verbessert werden könnte.

Methodik: Die Expression von RUNX2/3 und MEF2C wurde während 6-wöchiger chondrogener Re-/Differenzierung von humanen MSC und AC auf mRNA Ebene (qRT-PCR) und Proteinebene (Western-Blot) verglichen. Die Chondrogenese wurde an Tag 42 histologisch und durch Expression von COL2A1 bewertet. Hypertrophe Entwicklung wurde anhand von ALP Aktivität und Expression hypertropher Marker wie COL10A1 bewertet.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die hypertrophe Entwicklung mit charakteristischer Hochregulation von COL10, hoher COL10/COL2 Ratio und ALP Aktivität wurde in MSC bestätigt und blieb in AC aus. MSC starteten in die Differenzierung mit weniger SOX9 aber leicht höheren RUNX2/3 Spiegeln im Vergleich mit AC. Während der MSC Chondrogenese stiegen SOX9, MEF2C und RUNX3 auf mRNA und Proteinebene stetig an. Obwohl RUNX2 in Maus-Studien als essentieller Masterregulator enchondraler Entwicklung gilt, blieb RUNX2 in MSC überraschender Weise auf Proteinebene nicht nachweisbar. AC zeigten unverändert niedrige RUNX3 und MEF2C Proteinspiegel.Osteochondrales Priming mit mehr RUNX2/3 und niedrigeren SOX9 Spiegeln, wie hier in MSC schon vor Differenzierung beobachtet, könnte den Grundstein für enchondrale Entwicklung und Hypertrophie legen. Die Hochregulation von RUNX3 und MEF2C Protein, spannenderweise aber nicht von RUNX2, rückt RUNX3 und MEF2C in den Fokus der Hypertrophie relevanten Transkriptionsfaktoren während der Chondrogenese von menschlichen Progenitorzellen. Die Absenkung dieser Transkriptionsfaktoren könnte essentiell sein um aus MSC Chondrozyten ohne Hypertrophie zu entwickeln.