gms | German Medical Science

Fragestellung: Die Pathophysiologie der Osteoarthrose (OA) ist durch Entzündungsprozesse sowie den Abbau extrazellulärer Matrix gekennzeichnet. Wir beschäftigen uns mit der Frage, ob glykobiologische Mechanismen (wie die Interaktion von zellulären Glykanen mit glykan-bindenden Proteinen) OA-relevante Ereignisse im Gelenkknorpel induzieren. Ziel dieses Projekts war es, die Expressionsmuster von Galektin(Gal)-1, Gal-3 und Gal-8 im OA Gelenkknorpel zu untersuchen und die zellulären Funktionen dieser Proteine in isolierten OA Knorpelzellen zu analysieren.

Methodik: Knieknorpel von 10 OA Patienten wurden immunhistochemisch auf Gal-1, -3 und -8 gefärbt. Korrelationsanalysen wurden zwischen den Prozentsätzen von Gal-1, Gal-3 und Gal-8-immunopositiven Knorpelzellen durchgeführt. Primäre Knorpelzellen wurden isoliert und als Monolayer oder Pellets kultiviert. Für Microarrays und bioinformatische Analysen wurden Knorpelzell-Monolayer einzeln mit Gal-1, -3 oder -8 behandelt. Die Aktivierung des NF-kB-Signalwegs wurde mittels In-Cell-Western analysiert. Die Bindungsstellen für Galektine wurden mittels Konfokalmikroskopie untersucht. Die Expression und die Sekretion von Matrixmetalloproteinasen (MMPs) wurden nach Behandlung der Monolayer und Pellets mit einer Mischung aus Gal-1, Gal-3 und Gal-8 (Gal-1/3/8) mittels RT-qPCR und ELISA analysiert. Die Sekretion von Galektinen aus Knorpelzell-Pellets wurde mittels ELISA bestimmt. Darüber hinaus wurden die Pellets immunhistochemisch auf Kollagen II und MMP-13 gefärbt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Knorpelzellpositivität für Gal-1, -3 und -8 korrelierte signifikant in histologischen Schnitten. Mittels bioinformatischer Analysen wurden 191 Gene identifiziert, die durch Gal-1, -3 und -8 reguliert werden und die vorwiegend mit dem NF-kB-Signalweg assoziiert sind. Übereinstimmend wurde in-vitro durch die kombinierte Behandlung mit Gal-1/3/8 p65 zeitabhängig aktiviert. Eine Co-Lokalisierung der Bindungsstellen für Gal-1, -3 und -8 wurde an Zelloberflächen gezeigt. Auf mRNA-Ebene wurde nach der Behandlung mit Gal-1/3/8 eine starke Modulation funktioneller Marker (z.B. MMP1, MMP13, COL2A1) beobachtet. In den Überständen von Pellets, die mit Gal-1/3/8 behandelt wurden, beobachteten wir signifikant erhöhte Konzentrationen an MMP-1 und MMP-13. Die Behandlung von Knorpelzell-Pellets mit Gal-1/3/8 für zwei Wochen führte im Vergleich zu den Kontrollen zu kleineren Pellets mit geringerem Kollagen II- und erhöhtem MMP-13-Gehalt. Die zusätzliche Verabreichung eines NF-kB-Inhibitors blockierte den Effekt von Gal-1/3/8.

Zusammenfassend geht die Knorpeldegeneration bei OA mit einer Überexpression von Gal-1, -3 und -8 in Knorpelzellen einher. Die in-vitro-Behandlung von Knorpelzell-Pellets mit Gal-1, -3, und -8 aktiviert NF-kB und induziert die Expression und Sekretion wichtiger MMPs. Dies führt zu einem reduzierten Kollagen-II-Gehalt und einer verringerten Pelletgröße, wodurch die funktionale Zusammenarbeit zwischen Gal-1, -3 und -8 bei OA-relevanten Prozessen unterstrichen wird.