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Fragestellung: Osteoarthrose (OA) ist eine komplexe knorpeldegenerative Erkrankung, die mit einem veränderten Stoffwechsel der Chondrozyten einhergeht und deren Therapie im fortgeschrittenen Krankheitsstadium noch immer die Endoprothese ist. Es ist deshalb von großer medizinischer Bedeutung, sowohl mögliche Moleküle zu identifizieren, die frühzeitig eine OA-Veränderung im Knorpelstoffwechsel anzeigen können, als auch mögliche Ansatzpunkte für eine therapeutische Intervention zu ermitteln. Hilfreich zur Identifikation aussichtsreicher Kandidatenmoleküle können Genexpressionsanalysen sein. Ziel dieser Studie war es daher, das Genexpressionsprofil von arthrotisch verändertem Knorpel im Vergleich zu normalen Knorpelproben anhand eines cDNA-Arrays zu ermitteln, der spezifisch knorpelrelevante Moleküle abfragt.

Methodik: OA-Knorpel wurde aus dem Kniegelenk von Patienten gewonnen, die eine Endoprothese erhielten (n=12), normaler Kontrollknorpel aus Knien von Verkehrsopfern oder nach Beinamputationen aufgrund eines Unfalls oder einer Tumorerkrankung (n=12). Die aus dem Gewebe gewonnene mRNA wurde in cDNA umgeschrieben. Jeweils n=8 Proben wurden während der cDNA-Synthese radioaktiv markiert. Diese Proben wurden auf einen cDNA-Array hybridisiert und Unterschiede zwischen den Gruppen mittels „Significance Analysis of Microarrays (SAM)“ ermittelt. Unterschiede wurden durch quantitative RT-PCR Analyse mit insgesamt n=8 Proben bestätigt, wobei jeweils vier neue, unabhängige Proben verwendet wurden. Signifikante Unterschiede wurden mittels t-Test bestimmt.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: 23 der analysierten Gene waren unterschiedlich exprimiert. Hierbei waren im OA-Knorpel 16 Gene verstärkt und 7 Gene niedriger exprimiert als in gesundem Knorpel. Durch RT-PCR Analysen konnten aussichtsreiche Kandidaten bestätigt werden, die erhöht in OA-Knorpel exprimiert waren. Zu diesen Genen zählten HtrA1 (6,8-fach, p<0.001), COL2A1 (5,0-fach, p<0.001) und ITM2A (2,3-fach, p=0.016). Unsere Daten bestätigten die bereits bekannte erhöhte Produktion von HtrA1 und COL2A1 in OA-Knorpel.

Bei HtrA1, das in unseren Analysen das am stärksten unterschiedlich exprimierte Gen war, handelt es sich um eine sezernierte Serin-Peptidase. Dieser werden sowohl degradierende Eigenschaften für verschiedene Matrixmoleküle als auch eine inhibierende Rolle bei der Matrix-Mineralisierung zugeschrieben (Canfield et al. 2007, Biochemical Soc T 35:669–671). Daher könnte HtrA1 als mögliches therapeutisches Zielmolekül dienen, um den OA-Verlauf günstig zu beeinflussen.

Ein neues Kandidaten-Molekül ist ITM2A. Interessanterweise kann dessen verstärkte Expression die chondrogene Differenzierungsfähigkeit mesenchymaler Stammzellen inhibieren (Boeuf et al. 2009, Differentiation 78:108–115). Weitere Studien müssen zeigen, ob dieses Molekül als diagnostischer Parameter geeignet ist bzw. eine aktive Rolle beim gestörten Gleichgewicht zwischen Matrixauf- und -abbau im OA-Knorpel spielt.