Untersuchungen zur Pathogenese COMP-assoziierter Chondrodysplasien

Abstract

Pseudoachondroplasie (PSACH) und Multiple Epiphysäre Dysplasie Typ 1 (MED 1) sind autosomal dominant vererbte Krankheiten, die Minderwuchs, Fehlbildungen des Binde- und Stützgewebes sowie früh beginnende Arthrose auslösen. Die Ausprägung beider Krankheiten weist viele Abstufungen und Überschneidungen auf. Sie sind mit Mutationen im Cartilage Oligomeric Matrix Protein (COMP), einem homopentameren Glykoprotein der Thrombospondinfamilie, assoziiert. COMP wird in Knorpel, Bändern und Sehnen gebildet. Die COMP-Mutationen sind meist in den Ca2+-bindenden Typ 3-Motiven lokalisiert und wirken sich auf die Struktur der exprimierten Proteine aus; vereinzelt sind Mutationen auch in der globulären TC-Domäne zu finden. Die genaue Funktion von COMP ist bisher noch unklar. Für die vorliegende Arbeit wurden die Eigenschaften von vier mit PSACH bzw. MED 1 assoziierten COMP-Mutationen (D361Y, D469D, D475N und H587R) sowie Wildtyp-COMP im bovinen Zellkulturmodell untersucht. Die Isolation sowie die Kultivierung boviner Tenozyten wurde etabliert, ebenso der Gentransfer mittels adenoviraler Vektoren. Die COMP-Varianten wurden nach adenoviralem Gentransfer in Tenozyten und Chondrozyten mit dem Ziel, den pathogenetischen Weg darzustellen, exprimiert. Dazu wurden, basierend auf vorangegangenen Versuchen mit bovinen Chondrozyten, Experimente zur Zellvitalität, Sekretion, Apoptose sowie zur Beschaffenheit der Extrazellulärmatrix durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass die Effekte von mutiertem COMP auf die Sekretionskinetik und die zelluläre Proliferation zellartunabhängig sind, da diese Versuche bei bovinen Chondrozyten, Tenozyten und COS-7 A2-Zellen vergleichbare Resultate erbrachten. Die Sekretionskinetik der verschiedenen mit PSACH assoziierten COMP-Mutanten ist unterschiedlich. Teils weisen die Mutanten verzögerte (D475N, D469D, D361Y), teils normale Sekretion auf (H587R). Die Proliferationsrate ist bei allen COMP-Mutanten im Vergleich zum Wildtyp erniedrigt. Erhöht sind dagegen die Nekrose- sowie die Apoptoserate. Die Matrixorganisation aller mit adenoviralen COMP-Mutanten infizierten Zellen ist gestört, was sich in COMP-Verklumpungen, desorganisierten Kollagen I-Netzwerken sowie veränderten Kollagenfibrillen äußert. Die zur Ausbildung der Krankheiten führenden Mechanismen sind bei den betrachteten COMP-Mutanten trotz unterschiedlichem Sekretionsverhalten ähnlich. Apoptose ist ein wichtiger pathogenetischer Aspekt, obgleich die Wege der Apoptoseinduktion bei den einzelnen COMP-Mutanten verschieden sein dürften. Ebenso ist die Organisation von COMP und Kollagen I in der Extrazellulärmatrix der COMP-Mutanten exprimierenden Zellen verändert. Insgesamt konnten Matrixveränderungen und Apoptose als zentrale Mechanismen der Pathogenese COMP-assoziierter Chondrodysplasien herausgearbeitet werden.