細胞周囲マトリックスと空間的軟骨細胞組織の生化学的変化-変形性関節症の2つの高度に相互に関連した特徴

Biochemical changes of the pericellular matrix and spatial chondrocyte organization-Two highly interconnected hallmarks of osteoarthritis.

• Marina Danalache
• Anna-Lisa Erler
• Julius M Wolfgart
• Maik Schwitalle
• Ulf K Hofmann

抄録

変形性関節症の間、軟骨細胞はその空間配置を一重から二重の弦状に変化させ、その後、小さなクラスターと大きなクラスターに変化させます。このパターンの変化は、最近、変形性関節症の画像ベースのバイオマーカーとして確立されました。細胞周囲マトリックス（PCM）は、細胞の再編成と同時に分解するように見える。本研究の目的は、異なる細胞パターンに基づいて、このPCMの分解を特徴づけることであった。さらに、この生理学的モデルにおけるPCM分解の最も早い時期を明らかにしたいと考えました。この目的のために、軟骨サンプルを、その優勢な細胞パターンに応じて選択した。PCM分解の定性分析は、5つの主要なPCM成分（コラーゲンVI型、ペルルカン、コラーゲンIII型、ビグリカン、フィブリリン-1）を免疫組織化学的に分析することで行った（n=6名の患者）。これらのタンパク質含量は、酵素結合免疫吸着法で定量した（127人）。空間的な細胞再配列に伴い、PCMは徐々に破壊され、蛍光顕微鏡によるコラーゲンタイプVI、ペルレカン、およびビグリカンの細胞周囲シグナルの損失を伴っている。タンパク質シグナルのこの損失は、単一のストリングスから大きなクラスターへの総タンパク質含量の減少を伴う（コラーゲンタイプVIについてはP<.001、ペルレカンについてはP=.003、ビグリカンについてはP<.001）。単糸からビッグクラスターへの細胞数の増加の結果として、総タンパク質量が一定であるIII型コラーゲンおよびフィブリリン-1についても、細胞あたりの利用可能なタンパク質量が減少した。このように、PCMの生化学的変化と細胞の再配列は、変形性関節症の非常に相互に関連した特徴です。興味深いことに、関連するPCMの障害の最も早い時期は、小さなクラスターへの移行時であるように思われます。

During osteoarthritis, chondrocytes change their spatial arrangement from single to double strings, then to small and big clusters. This change in pattern has recently been established as an image-based biomarker for osteoarthritis. The pericellular matrix (PCM) appears to degrade together alongside cellular reorganization. The aim of this study was to characterize this PCM-degradation based on different cellular patterns. We additionally wanted to identify the earliest time point of PCM-breakdown in this physiopathological model. To this end, cartilage samples were selected according to their predominant cellular pattern. Qualitative analysis of PCM degradation was performed immunohistochemically by analysing five main PCM components: collagen type VI, perlecan, collagen type III, biglycan, and fibrillin-1 (n = 6 patients). Their protein content was quantified by enzyme-linked immunosorbent assay (127 patients). Accompanying spatial cellular rearrangement, the PCM is progressively destroyed, with a pericellular signal loss in fluorescence microscopy for collagen type VI, perlecan, and biglycan. This loss in protein signal is accompanied by a reduction in total protein content from single strings to big clusters (P < .001 for collagen type VI, P = .003 for perlecan, and P < .001 for biglycan). As a result of an increase in the number of cells from single strings to big clusters, the amount of protein available per cell also decreases for collagen type III and fibrillin-1, where total protein levels remain constant. Biochemical changes of the PCM and cellular rearrangement are thus highly interconnected hallmarks of osteoarthritis. Interestingly, the earliest point in time for a relevant PCM impairment appears to be at the transition to small clusters.

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