Untersuchungen zu den Pathomechanismen der Destruktion von Faserknorpelgewebe am Beispiel des Meniskus.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war, ein in vitro-Modellsystem zur Destruktion des Meniskus am Beispiel des proinflammatorischen Zytokins IL-1 (Interleukin-1) zu etablieren. Die Untersuchungen wurden am Meniskusgewebe und an isolierten Meniskuszellen durchgeführt. Am Meniskusgewebe wurde der Einfluss von IL-1 auf den Abbau der Proteoglykane, die biomechanischen Eigenschaften, die Biosyntheseaktivität, die NO-Produktion und die Expression von matrix-abbauenden Proteasen untersucht. Bei den Meniskuszellen wurde der Einfluss von IL-1 auf den Transkriptionsfaktor NF-kB sowie die Expression von matrix-abbauenden Proteasen untersucht. Im Meniskusgewebe erhöhte IL-1 die GAG-Freisetzung und NO-Produktion, senkte die biomechanischen Eigenschaften sowie die Biosyntheseaktivität und induzierte eine erhöhte Expression von matrix-abbauenden Proteasen (MMP-2, MMP-3). Bei den Meniskuszellen aktivierte IL-1 den Transkriptionsfaktor NF-kB und erhöhte die Expression der Matrixmetalloproteinasen MMP-3, -9 und -13

Interleukin-1α treatment of meniscal explants stimulates the production and release of aggrecanase-generated, GAG-substituted aggrecan products and also the release of pre-formed, aggrecanase-generated G1 and m-calpain-generated G1-G2

Pro-inflammatory cytokines induce meniscal matrix degradation and inhibition of endogenous repair mechanisms, but the pathogenic mechanisms behind this are mostly unknown. Therefore, we investigated details of interleukin-1 (IL-1α)-induced aggrecan turnover in mature meniscal tissue explants. Fibro-cartilagenous disks (3 mm diameter × 1 mm thickness) were isolated from the central, weight-bearing region of menisci from 2-year-old cattle. After 3 or 6 days of IL-1α-treatment, GAG loss (DMMB assay), biosynthetic activity ([35SO4]-sulfate and [3H]-proline incorporation), gene expression (quantitative RT-PCR) and the abundance (zymography, Western blot) of matrix-degrading enzymes and specific aggrecan products were determined. Meniscal fibrocartilage had a 4-fold lower GAG content (per wet weight) than adjacent articular cartilage, and expressed MMPs-1, -2, -3 and ADAMTS4 constitutively, whereas ADAMTS5 m-RNA was essentially undetectable. Significant IL-1 effects were a decrease in biosynthetic activity, an increase in GAG release and in the expression/abundance of MMP-2, MMP-3 and ADAMTS4. Fresh tissue contained aggrecan core protein products similar to those previously described for bovine articular cartilage of this age. IL-1 induced the release of aggrecanase-generated CS-substituted products including both high (>250 kDa) and low molecular weight (about 75 kDa) species. TIMP-3 (but not TIMP-1 and -2 or a broad spectrum MMP inhibitor) inhibited IL-1-dependent GAG loss. In addition, IL-1 induced the release of preformed pools of three known G1-bearing products. We conclude that aggrecanases are responsible for IL-1-stimulated GAG release from meniscal explants, and that IL-1 also stimulates release of G1-bearing products, by a process possibly involving hyaluronan fragmentation.Endo-Stiftun