Universität zu Köln

Glasmacher, Anne (2023). Charakterisierung der Expressions- und Verteilungsmuster der Osteoarthrose-assoziierten Proteine STIM1, Plastin-3, TSP-1 und TSP-5 bei der humanen Varusgonarthrose. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Osteoarthrose (OA) stellt in Deutschland aufgrund des demographischen Wandels und der fehlenden kausalen Therapiemöglichkeiten ein bedeutendes Krankheitsbild der Gesellschaft dar. Trotzdem ist die molekulare Pathogenese der OA noch nicht im Detail verstanden. Zahlreiche Studien deuten auf eine Schlüsselrolle verschiedener Komponenten der extrazellulären Matrix (EZM) im Rahmen der Entwicklung und Progression der OA hin. Die EZM des Knorpelgewebes stellt eine wichtige Komponente für die Integrität und physiologische Funktion des gesamten hyalinen Gewebes und somit des Gelenks dar. Eine Beeinträchtigung der EZM führt folglich unweigerlich zu einer gestörten Knorpelfunktion und kann so potentiell eine Degeneration des Gewebes induzieren. Aufgrund der starken mechanischen Belastungen, dem das hyaline Knorpelgewebe der Gelenke ausgesetzt ist, werden dem Erhalt der physiologischen Funktion der EZM bestimmte zelluläre Vorgänge wie die Mechanotransduktion sowie eine intakte Zell-Matrix-Interaktion eine zentrale Funktion zugeschrieben. Die Untersuchung von Komponenten der EZM, die an der Zell-Matrix-Interaktion beteiligt sind, stellt demnach einen vielversprechenden Ansatz für ein detaillierteres Verständnis pathophysiologischer Vorgänge bei der Entwicklung der OA dar. Ebenfalls essentiell für Zell-Zell- und Zell-Matrix-Interaktion sind Calcium- (Ca2+)-abhängige Signalwege, die eine Vielzahl von Zellfunktionen wie Differenzierung, Migration und Apoptose beeinflussen. Die Untersuchung Ca2+-abhängiger Faktoren in der EZM stellt also ebenfalls potentiell aufschlussreiche Erkenntnisse in Aussicht, um die der OA zugrunde liegenden Vorgänge detaillierter aufzuschlüsseln. Um ein besseres Verständnis der molekularen Pathogenese der OA zu erlangen, wurde in dieser Arbeit die Expression und Lokalisation der Ca2+-abhängigen Proteine Thrombospondin-1 (TSP-1), Thrombospondin-5 (TSP-5), stroma interaction molecule 1 (STIM1) und Plastin-3 (PLS3) in humanem Knorpelgewebe analysiert. Hierzu wurden 15 Tibiaplateaus von Patienten untersucht, die aufgrund einer Fehlstellung der Beinachse an einer medial betonten Varusgonarthrose litten. Hierbei kommt es durch die varische Beinachse zu einer veränderten mechanischen Belastung innerhalb des Kniegelenks zu Lasten des medialen Kompartiments. Konsekutiv führt dies zu einer vermehrten Degeneration des medial gelegenen Knorpelgewebes aufgrund der erhöhten mechanischen Beanspruchung. Die Tibiaplateaus wiesen dementsprechend verschiedene Stadien der Knorpeldegeneration auf. Die Betrachtung des stärker betroffenen medialen Kompartiments und des weniger betroffenen lateralen Kompartiments ermöglichte den direkten Vergleich der Expression und Lokalisation der untersuchten Proteine bei unterschiedlich stark degeneriertem Knorpelgewebe. Zur topographischen Analyse der OA-Stadien wurden diese mittels Safranin-O/Fast-Green angefärbt und anhand der Kriterien des Osteoarthritis Research International Society-Scores (OARSI-Scores) ausgewertet. Zur Lokalisation von TSP-1 und TSP-5 wurden immunhistochemische Färbungen durchgeführt. Die Verteilung von STIM1 und PLS3 wurde mittels Immunfluoreszenzfärbungen visualisiert. Anschließend wurde eine quantitative und qualitative Auswertung der Verteilungs- und Expressionsmuster der Proteine anhand verschiedener Scores durchgeführt. Die morphologische Untersuchung der Knorpelproben sowie die erhobenen Scores zeigten, dass STIM1 und PLS3 vornehmlich in superfiziell gelegenen Chondrozyten lokalisiert waren. Hierbei zeigte sich eine deutlich vermehrte Expression von STIM1 und PLS3 in der oberflächlichen Zone des medialen Kompartiments im Vergleich zu den lateralen Gewebeproben. Außerdem konnte im direkten Vergleich von medialen und lateralen Gewebeproben gezeigt werden, dass die medialen Knorpelschnitte eine eindeutig reduzierte Färbung von TSP-1 aufwiesen. Bei der Analyse der Lokalisation und Expression von TSP-5 fielen lediglich subtile Unterschiede beim Vergleich der beiden Kompartimente auf. Insgesamt konnten durch diese Arbeit OA-assoziierte Veränderungen im direkten Vergleich von verschiedenen Stadien der Knorpeldegradation gezeigt werden. Die akzentuierte Expression von STIM1 und PLS3 in stärker degeneriertem Knorpel weist hierbei auf eine direkte Beteiligung dieser Proteine an der Pathogenese der OA hin. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Proteine STIM1 und PLS3, die eine zentrale Funktion bei der Ca2+-abhängigen Zell-Matrix-Interaktion in hyalinem Knorpelgewebe besitzen, einen Einfluss auf mechanosensitive Vorgänge der EZM und der Chondrozyten innehaben. Diese Arbeit bietet neue Erkenntnisse hinsichtlich des Verständnisses der Pathogenese der OA und kann eine Grundlage für neue diagnostische und therapeutische Ansätze bieten mit dem Ziel, eine kausale Behandlung OA-assoziierter Veränderungen zu ermöglichen.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Glasmacher, Anne anne.glasmacher@hotmail.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-647398
Date:	1 February 2023
Place of Publication:	Köln
Language:	German
Faculty:	Faculty of Medicine
Divisions:	Faculty of Medicine > Orthopädie > Klinik und Poliklinik für Orthopädie und Unfallchirurgie
Subjects:	Generalities, Science Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Varusgonarthrose UNSPECIFIED STIM1 UNSPECIFIED PLS3 UNSPECIFIED TSP-1 UNSPECIFIED TSP-5 UNSPECIFIED
Date of oral exam:	8 November 2022
Referee:	Name Academic Title Oppermann, Johannes Privatdozent Dr. med. Sengle, Gerhard Professor Dr. rer. nat.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/64739