Aufklärung von Funktion und Regulation des extrazellulären Knorpelproteins RIK111
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ziel dieses Projektes war die Aufklärung der Funktion des neuen Knorpelproteins Ucma (vormals „RIK111“). Wir konnten zeigen, dass es sich bei Ucma um ein hochkonserviertes, spezifisch im Knorpel exprimiertes Protein handelt, das vornehmlich von jungen Chondrozyten in der oberen Ruhezone der Epiphyse sezerniert wird. Das hydrophile Protein ist an Tyrosin-Resten sulfatiert und wird während oder nach der Sezernierung durch eine Furin-ähnliche Protease proteolytisch prozessiert. Des weiteren konnten wir zeigen, dass Ucma in der Knorpelmatrix mit Kollagen-II-Fibrillen assoziiert vorliegt und in vitro an Kollagen II bindet. Interessanterweise konnte zwar kein Einfluss auf die Bildung von Kollagen-II- Fibrillen nachgewiesen werden, es konnte aber gezeigt werden, dass Ucma die Bildung von Kollagen-I- fibrillen hemmen kann. Diese Daten deuten auf eine mögliche Bedeutung von Ucma als struktureller Bestandteil der Knorpel-Matrix hin. In vitro hatte Ucma jedoch keinen Einfluss auf Proliferation, Differenzierung oder Überleben von Chondrozyten. Allerdings hemmt Ucma die Differenzierung von Osteoblasten. Das in den Vorarbeiten beschriebene und auf Knorpel beschränkte mRNA-Expressionsmuster von UcmamRNA konnte bestätigt und verfeinert werden. So konnte gezeigt werden, dass vornehmlich junge Chondrozyten der Epiphysen und Wachstumsfugen Ucma-Transkripte bilden. In Wirbelknorpel von 15 Tage alten Embryonen kann Ucma am frühesten nachgewiesen werden. Die maximale Expressionsrate von Ucma liegt etwa um den Zeitpunkt der Geburt und nimmt anschießend stark ab. Allerdings lässt sich Ucma auch in erwachsenen Tieren noch im Wachstumsfugen-Knorpel nachweisen. Um die Mechanismen aufzuklären, die diesem spezifischen Expressionsmuster zugrunde liegen, wurden verschiedene Analysen durchgeführt. Dabei konnte gezeigt werden, dass Ucma durch BMP-2 und Trps-1 reprimiert wird. Da diese Faktoren mit der Reifung von Chondrocyten assoziiert sind könnte dies erklären, warum Ucma mit fortschreitender Chondrozytenreifung reprimiert wird. Der zentrale Aspekt dieses Projekts bestand in der Etablierung und Charakterisierung einer Ucmadefizienten Mauslinie. Ucma-defiziente Mäuse wurden durch homologe Rekombination in einer murinen ES-Zelllinie generiert. Die so erzeugten homozygoten Ucma-KO Mäuse sind defizient für Ucma-mRNA- und -Protein-Expression. Ucma-defiziente Mäuse werden ohne offensichtliche Fehlbildungen geboren, haben unauffälliges Gewicht und sind fertil. Aufgrund des oben beschriebenen Expressionsmusters konzentrierten sich die Untersuchungen des Phänotyps auf die Skelettentwicklung während der späten Embryonal- und frühen postnatalen Entwicklung. Trotz sorgfältiger Analysen konnte keine Beeinträchtigung der Skelettentwicklung aufgrund einer Defizienz an Ucma nachgewiesen werden. Dies scheint darauf hinzudeuten, dass während der normalen Skelettentwicklung der Verlust an Ucma ausgeglichen werden kann. Möglicherweise kann die Bedeutung von Ucma erst unter belastenderen Bedingungen – z.B. während des Alterns oder bei pathologischen Prozessen – geklärt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2008). Ucma - A novel secreted factor represents a highly specific marker for distal chondrocytes. Matrix Biol 27, 3-11
Tagariello, A., Luther, J., Streiter, M., Didt-Koziel, L., Wuelling, M., Surmann-Schmitt, C., Stock, M., Adam, N., Vortkamp, A. and Winterpacht, A.
- (2008). Ucma, a novel secreted cartilage-specific protein with implications in osteogenesis. J Biol Chem 283, 7082-93
Surmann-Schmitt, C., Dietz, U., Kireva, T., Adam, N., Park, J., Tagariello, A., Onnerfjord, P., Heinegard, D., Schlotzer-Schrehardt, U., Deutzmann, R., von der Mark, K., and Stock, M.
- (2009). Stable subclones of the chondrogenic murine cell line MC615 mimic distinct stages of chondrocyte differentiation. J Cell Biochem 108, 589-99
Surmann-Schmitt, C., Widmann, N., Mallein-Gerin, F., von der Mark, K. and Stock, M.
- (2011). The Wnt Antagonist Wif-1 Interacts With CTGF and Inhibits CTGF Activity. J Cell Physiol. 2011 Sep 16
Surmann-Schmitt, C., Sasaki, T., Hattori, T., Eitzinger, N., Schett, G., von der Mark, K. and Stock, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/jcp.22957)
