Article
Die Chondrozyten-spezifische Inaktivierung von Piezo1 hemmt die Entwicklung und Progression der Arthrose
Search Medline for
Authors
-
Assil-Ramin Alimy
- Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Klinik für Unfallchirurgie und Orthopädie, Lehrstuhl für Orthopädie, Hamburg, Germany
-
Laura Brylka
- Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Institut für Osteologie und Biomechanik, Hamburg, Germany
-
Shan Jiang
- Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Klinik für Unfallchirurgie und Orthopädie, Lehrstuhl für Unfallchirurgie, Hamburg, Germany
-
Tobias Malte Ballhause
- Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Klinik für Unfallchirurgie und Orthopädie, Lehrstuhl für Unfallchirurgie, Hamburg, Germany
-
Anke Baranowsky
- Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Klinik für Unfallchirurgie und Orthopädie, Lehrstuhl für Unfallchirurgie, Hamburg, Germany
-
Simon von Kroge
- Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Klinik für Unfallchirurgie und Orthopädie, Lehrstuhl für Orthopädie, Hamburg, Germany
-
Frank Timo Beil
- Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Klinik für Unfallchirurgie und Orthopädie, Lehrstuhl für Orthopädie, Hamburg, Germany
-
Michael Amling
- Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Institut für Osteologie und Biomechanik, Hamburg, Germany
-
Johannes Keller
- Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Klinik für Unfallchirurgie und Orthopädie, Lehrstuhl für Unfallchirurgie, Hamburg, Germany
-
Timur A. Yorgan
- Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Institut für Osteologie und Biomechanik, Hamburg, Germany
-
Thorsten Schinke
- Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Institut für Osteologie und Biomechanik, Hamburg, Germany
-
Tim Rolvien
- Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Klinik für Unfallchirurgie und Orthopädie, Lehrstuhl für Orthopädie, Hamburg, Germany
| Published: | October 21, 2024 |
|---|
Outline
Text
Fragestellung: Piezo-Proteine fungieren als mechanisch aktivierte Ionenkanäle und spielen eine zentrale Rolle bei der Mechanotransduktion in diversen Zelltypen. Während die Bedeutung von Piezo1 in der Osteoblasten-Linie für die Knochenbildung bereits beschrieben wurde, bleibt die Funktion von Piezo1 und Piezo2 in den Prozessen der physiologischen und pathologischen enchondralen Ossifikation, insbesondere bei der Entstehung von Osteophyten im Kontext der Arthrose (osteoarthritis, OA) noch weitgehend unerforscht. Vor diesem Hintergrund zielt unsere Studie darauf ab, ein tieferes Verständnis für die Rolle der mechanosensitiven Piezo-Proteine in der Pathogenese der OA zu erlangen. Hierbei untersuchen wir die Fragestellung, inwieweit und auf welche Weise Piezo-Proteine in Chondrozyten die Entstehung und Progression der OA beeinflussen.
Methodik: Es erfolgte die Generierung von Mäusen mit einer selektiven Inaktivierung von Piezo1 (Piezo1Col2a1cre, n ≥ 8) und Piezo2 (Piezo2Col2a1cre, n ≥ 8) in Chondrozyten, um die daraus resultierenden Veränderungen des osteochondralen Phänotyps im Vergleich zu Kontrollen (n ≥ 8) zu evaluieren. Zur Induktion einer OA wurde die chirurgische Durchtrennung des vorderen Kreuzbandes (anterior cruciate ligament transection, ACLT) am rechten Knie vorgenommen, wobei das linke Knie als Kontrolle diente. Acht Wochen nach der Intervention wurden die induzierten pathologischen Veränderungen mittels hochauflösender Mikro-Computertomographie (µ-CT) und detaillierter histomorphometrischer Analyseverfahren quantifiziert. Weiterhin erfolgte die Analyse der Piezo1-Expression in humanen Osteophytenproben durch den Einsatz immunhistochemischer Verfahren.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die chondrozytenspezifische Inaktivierung von Piezo1 bewirkte eine signifikante Reduktion der Knorpeldegeneration, erkennbar an einer höheren Knorpeldicke und niedrigeren OARSI-Scores nach ACLT. Darüber hinaus wiesen Piezo1Col2a1cre Mäuse ein deutlich verringertes Volumen (Abbildung 1 A, B [Abb. 1]) und eine verminderte Reifung der Osteophyten (Abbildung 1 C, D [Abb. 1]) auf. Zudem zeigte sich eine erhöhte Piezo1-Expression in humanen Osteophyten, insbesondere in Bereichen der enchondralen Ossifikation im Vergleich zu knöchernen, fibrotischen und knorpeligen Zonen (Abbildung 1 E, F [Abb. 1]).
Die vorliegenden Ergebnisse unterstreichen die fundamentale Bedeutung von Piezo1 im Prozess der OA-Entwicklung, mit einem besonderen Fokus auf der Bildung und Reifung von Osteophyten. Aufgrund dieser Erkenntnisse erscheint der Einsatz von Piezo1-Inhibitoren als vielversprechender Ansatz für die Entwicklung neuer Therapiestrategien, die gezielt in die Krankheitsdynamik der OA eingreifen und den Verlauf beeinflussen könnten.
