Rolle des Proteins MIA / CD-RAP in Chrondrozyten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen der Förderung des Projektes wurde zum besseren Verständnis der Chondrogenese die Rolle des Proteins MIA/CD-RAP mit Hilfe der MIA-knockout-Maus untersucht. In einem murinen Modell zur Osteoarthrose und in einem Frakturheilungsmodell konnten wir interessanterweise eine erhöhte Knorpel“regeneration“ in MIA-knockout-Mäusen zeigen. Durch den Verlust von MIA/CD-RAP kommt es zu einer erhöhten Proliferation von Chondrozyten, was zur erhöhten Regenerationsfähigkeit des Knorpels beiträgt. In vitro konnte ebenfalls eine erhöhte Proliferation und verzögerte Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen aus MIA-knockout-Mäusen bestätigt werden. Die Analyse von Gewebe aus MIA-knockout-Mäusen zeigte eine stark verminderte Expression des Proteins NONO (p54nrb), einem kürzlich beschriebenen Aktivator der Sox9-abhängigen Förderung der Chondrogenese. Wir konnten p54nrb als Zielprotein von MIA/CD- RAP identifizieren, über welches die MIA/CD-RAP-abhängige Förderung der Chondrogenese vermittelt wird. MIA/CD-RAP fördert dabei durch eine Inhibition der Cyclin D2-Expression die Chondrogenese über eine Proliferationsinhibition von chondrogenen Vorläuferzellen. Des weiteren wird die Differenzierung von chondrogenen Vorläuferzellen durch eine p54nrb gesteuerte Aktivierung der Kollagen Typ II-Expression gefördert. Wir konnten nachweisen, dass MIA/CD-RAP die p54nrb Expression auf transkriptioneller Ebene reguliert. Es konnte eine hoch konservierte Region im p54nrb-Promotor identifiziert werden, welche nötig und ausreichend für die MIA/CD-RAP-abhängige Aktivierung ist und identifizierten den Transkriptionsfaktor YBX1 als den Faktor, der die MIA/CD-RAP vermittelte Aktivierung der p54nrb Transkription steuert. Immunhistochemische Untersuchungen des bislang in der Chondrogenese noch nicht beschriebenen Transkriptionsfaktors YBX1 zeigten eine deutliche Expression in Chondrozyten der Wachstumsfuge. YBX1 konnte somit erstmalig als Mediator der MIA/CD-RAP Wirkung in der Chondrogenese charakterisiert werden. Da sich MIA-knockout-Mäuse neben ultrastrukturellen Veränderungen der Knorpelmatrix normal entwickeln, erwarteten wir Redundanzmechanismen, welche den MIA/CD-RAP-Verlust kompensieren. Anhand von in situ Hybridisierungen konnten wir eine vergrößerte Zone an proliferierenden Kollagen Typ II- und Sox9-exprimierenden Chondrozyten in der Wachstumsfuge von 15,5 Tage alten MIA-defizienten-Embryonen nachweisen. Gleichzeitig war der Bereich an Kollagen Typ X-exprimierenden hypertrophen Chondrozyten im Vergleich zum Wildtyp deutlich reduziert, ein Hinweis auf eine Verzögerung der hypertrophen Differenzierung. In vitro Experimente an mesenchymalen Stammzellen konnten eine erhöhte Expression der Transkriptionsfaktoren Sox9 und Sox6 bestätigen, was auf eine redundante Regulation aufgrund einer verminderten p54nrb-Expression zurückzuführen war. Sox9 und Sox6 halten Chondrozyten in Proliferation und inhibieren deren hypertrophe Differenzierung. Erstaunlicherweise wurde an Tag 16,5 der Embryonalentwicklung die zunächst verzögerte Differenzierung von Chondrozyten der Wachstumsfuge durch einen vergrößerten Bereich an hypertrophen Chondrozyten kompensiert. Dies war vermutlich auf eine Verminderung der transkriptionellen Aktivität von CREB und AP1 zurückzuführen. Die Veränderung der CREB- und AP1-Aktivität könnte somit als sekundärer redundanter Mechanismus in MIA-knockout-Mäusen dienen, welcher der zunächst gehemmten enchondrale Ossifikation entgegenwirkt und letztendlich ein normal entwickeltes Skelett ermöglicht. Zusammenfassend konnten wir in dieser Förderperiode zeigen, dass MIA/CD-RAP für die Chondrozytendifferenzierung benötigt wird. Die Effekte auf die Differenzierung werden dabei über p54nrb vermittelt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Coculture between periosteal explants and articular chondrocytes induces expression of TGF-beta1 and collagen I. Rheumatology (Oxford). 2010 Feb;49(2):218-30
Grässel S, Rickert M, Opolka A, Bosserhoff A, Angele P, Grifka J, Anders S
(Siehe online unter https://doi.org/10.1093/rheumatology/kep326) - Enhanced cartilage regeneration in MIA/CD-RAP deficient mice. Cell Death Dis. 2010 Nov 11;1:e97
Schmid R, Schiffner S, Opolka A, Grässel S, Schubert T, Moser M, Bosserhoff AK
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/cddis.2010.78) - Modulation of cartilage differentiation by melanoma inhibiting activity/cartilage-derived retinoic acid-sensitive protein (MIA/CD-RAP).Exp Mol Med. 2010 Mar 31;42(3):166-74
Schubert T, Schlegel J, Schmid R, Opolka A, Grassel S, Humphries M, Bosserhoff AK
- Melanoma inhibitory activity promotes melanoma development through activation of YBX1. Pigment Cell Melanoma Res. 2013 Sep;26(5):685-96
Schmid R, Meyer K, Spang R, Schittek B, Bosserhoff AK
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/pcmr.12119) - YBX1 is a modulator in MIA/CD-RAP-dependent chondrogenesis. PLoS One. 2013 Dec 12;8(12):e82166
Schmid R, Meyer K, Spang R, Schittek B, Bosserhoff AK
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0082166) - Redundancy in regulation of chondrogenesis in MIA/CD-RAP-deficient mice. Mech Dev. 2014 Feb;131:24-34
Schmid R, Bosserhoff AK
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.mod.2013.11.001) - SOX10 promotes melanoma cell invasion by regulating melanoma inhibitory activity. J Invest Dermatol. 2014 Aug;134(8):2212-20
Graf SA, Busch C, Bosserhoff AK, Besch R, Berking C
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/jid.2014.128) - Activating enhancer binding protein 2 epsilon (AP-2ε)-deficient mice exhibit increased matrix metalloproteinase 13 expression and progressive osteoarthritis development. Arthritis Res Ther. 2015 May 12;17:119
Niebler S, Schubert T, Hunziker EB, Bosserhoff AK
(Siehe online unter https://doi.org/10.1186/s13075-015-0648-8)
