title: Die molekulare Analyse der Funktion von MIA/CD-RAP in der Knorpelhomöostase, Osteoarthrose und dem Chondrosarkom
Creators: name: Stäbler, Sebastian
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2025

description: Als Binde- und Stützgewebe erfüllt der Knorpel eine sehr wichtige Aufgabe im menschlichen Körper. Der hyaline Gelenkknorpel überzieht die Knochenenden in den meisten beweglichen Gelenken und führt somit zur Verteilung der bei der Belastung entstehenden Kräfte auf das Gelenk, um so den subchondralen Knochen und das gesamte Gelenk zu schützen. In der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle des Proteins Melanoma Inhibitory Activity / Cartilage derived retinoic acid-sensitive protein (MIA/CD-RAP) bei der Knorpelhomöostase, während der Osteoarthrose und im Chondrosarkom untersucht. Im ersten Abschnitt der Arbeit wurde die Rolle von MIA/CD-RAP während der späten Skelettentwicklung und bei der Aufrechterhaltung der Knorpelhomöostase untersucht. Mittels in situ Hybridisierung und Whole-Mount-Skelettfärbungen an MIA/CD-RAP-defizienten Embryos konnte gezeigt werden, dass MIA/CD-RAP wichtig ist für die regelkonforme Ausbildung der Röhrenknochen. Ein Verlust von MIA/CD-RAP während der Skelettenwicklung führte zu einer verspätet einsetzenden Mineralisation des Knochens der Embryos, was sich in einem verringerten Knochenwachstum in erwachsenen Tieren bemerkbar machte. In elektronenmikroskopischen Aufnahmen zeigten sich durch den Verlust an MIA/CD-RAP ultrastrukturelle Veränderungen des Kollagennetzwerks, welche vor allem durch eine veränderte Anordnung der Kollagenfibrillen in der EZM, sowie eine Verdickung der Kollagenfibrillen gekennzeichnet waren. Durch Nanoindentation- und Rheometermessungen von MIA/CD-RAP-defizientem Knorpel zeigte sich ein steiferer Phänotyp, im Gegensatz zu dem Knorpel der Wildtyp-Wurfgeschwister. Durch proteinbiochemische und spezifische, mikroskopische Methoden wurde eine neue, bis jetzt noch nicht bekannte, multimere Proteinform von MIA/CD-RAP entdeckt. Es stellte sich heraus, dass MIA/CD-RAP im Knorpel nicht als Monomer oder, wie im Melanom, als Dimer vorliegt, sondern Multimere mit fibrillärer Struktur ausbildet. In diesem Abschnitt der Arbeit konnte demnach gezeigt werden, dass MIA/CD-RAP als Multimer im Knorpel dessen viskoelastische Eigenschaften beeinflusst und so die Knorpelhomöostase moduliert. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Rolle von MIA/CD-RAP während eines pathophysiologischen Zustands des Knorpels, der Osteoarthrose, untersucht. Die Osteoarthrose stellt eine progredient verlaufende Erkrankung mit sehr hoher Inzidenz und großer Belastung für Betroffene dar. Als Hauptsäule der Pathogenese kommt es zu einem Verlust des Gelenkknorpels und demnach zur Destabilisierung des betroffenen Gelenks. Angetrieben wird dieser Knorpelabbau durch Matrix-abbauende Enzyme wie Matrix-metalloproteinasen. Es konnte gezeigt werden, dass MIA/CD-RAP die Matrix-metalloproteinase MMP13 über das Y box binding protein 1 (YBX1) reguliert. Eine Verringerung der MIA/CD-RAP-Expression führte zu einer verringerten MMP13-Aktivität und so zu einem verringerten Knorpelabbau. Diese übergeordnete Regulation stellt MIA/CD-RAP in den Fokus als neuartiges Zielgen bei der Therapie der Osteoarthrose. Durch Anwendung des MIA/CD-RAP-Inhibitors AR71 konnte eine verringerte Ausprägung der Osteoarthrose im Tierversuch erzielt werden. In diesem Abschnitt der Arbeit konnte somit gezeigt werden, dass MIA/CD-RAP durch Regulation der MMP13-Aktivität den Verlauf einer Osteoarthrose modulieren könnte, und somit als Zielmolekül höchst interessant für die Entwicklung neuartiger Disease Modifying Osteoarthritis Drugs (DMOARDs) ist. Im letzten Abschnitt der Arbeit wurde MIA/CD-RAP im Chondrosarkom untersucht. Das Chondrosarkom stellt eine Neoplasie des Knorpels dar, welche den Knochen infiltriert und je nach Differenzierungsgrad vorwiegend in die Lunge metastasiert. Ein Charakteristikum für das Chondrosarkom ist die primäre Chemoresistenz. Bei Auftreten von Lungenmetastasen verringert sich die Überlebenswahrscheinlichkeit der Chondrosarkom-Patienten massiv, weswegen neuartige Therapieansätze unabdingbar sind. Es konnte gezeigt werden, dass MIA/CD-RAP maßgeblich an der Migration und Invasivität der Chondrosarkomzellen beteiligt ist. MIA/CD-RAP wird von den Chondrosarkomzellen bei der Migration am hinteren Zellpol sekretiert, wo es an Integrin a5 bindet und so das Ablösen der Zelle aus der perizellulären Matrix fördert. Durch Behandlung der Zellen mit dem MIA/CD-RAP-Inhibitor AR71 konnte die Migration negativ moduliert werden. Dies legt eine Anwendung von MIA/CD-RAP als neuartiges Zielmolekül für die Behandlung des Chondrosarkoms nahe. Neben seiner Rolle in Migration und Invasivität wurde der Einfluss von MIA/CD-RAP auf die primäre Chemoresistenz von Chondrosarkomzellen erforscht. Ein Verlust von MIA/CD-RAP führt über die Verringerung der Unfolded Protein Response zu einer Sensitivierung gegenüber dem Chemotherapeutikum Cisplatin und so zu verstärkter Apoptose der Chondrosarkomzellen. Eine Modulation der Chemoresistenz durch MIA/CD-RAP stellt eine neuartige Therapieoption für das Chondrosarkom dar. Eine Behandlung mit einem MIA/CD-RAP Inhibitor könnte die Zellen wieder auf ein Chemotherapeutikum wie Cisplatin sensitivieren und eine neoadjuvante Therapie ermöglichen.   Im Rahmen dieser Arbeit konnte somit ein besseres Verständnis über die Rolle von MIA/CD-RAP im Knorpel und den knorpelassoziierten Pathologien Osteoarthrose und Chondrosarkom erlangt werden. Diese neugewonnenen Erkentnisse stellen MIA/CD-RAP zum einen als neues potentielles Zielgen für die Modulation der Entstehung und Progression der Osteoarthrose dar. Zum anderen konnte MIA/CD-RAP durch Regulation der Migration, Invasivität und Chemoresistenz, als mögliches Zielgen für die Therapie des Chondrosarkoms identifiziert werden.