UCMA (im Zebrafisch Ucma) und Matrilin-1 sind zwei „nicht kollagene“ Proteine der Extrazellulärmatrix des Knorpels, deren Funktion bisher nur unzureichend aufgeklärt wurde. In der vorliegenden Arbeit wurde der Zebrafisch als Modellorganismus herangezogen um Expression und Funktion beider Proteine während der Zebrafisch Embryonalentwicklung zu untersuchen.
UCMA, auch GRP genannt, ist ein vor kurzem entdecktes Mitglied der Familie der Glutamat γ-carboxylierten Proteine und wird hauptsächlich im Knorpel exprimiert. Im Zebrafisch sind aufgrund einer zusätzlichen Genomduplikation zwei Kopien des UCMA Gens vorhanden, ucmaa und ucmab, die sich jeweils auf den Chromosomen 25 und 4 befinden. Genstruktur, alternatives Spleißen und Proteinsequenz von UCMA sind zwischen Säugetieren und Zebrafisch stark konserviert und beide Formen von Zebrafisch Ucma sind in skelettalen Geweben exprimiert. Ucmaa wurde ab 18 hpf im sich entwickelnden Notochord detektiert. Außerdem wurde es in den sich entwickelnden Kraniofazialknorpeln gefunden. Ucmab Expression hingegen konnte nur schwach in spezifischen Knorpeln des Kraniofazialskeletts, jedoch nicht im Notochord und erst ab 96 hpf detektiert werden. Der „knockdown“ von Ucmaa führt zu schweren Wachstumsdefekten und Störungen der Skelettbildung. Im Knorpel von Morphanten findet sich weniger Aggrecan und Kollagen II. Vergleichbare Defekte konnten nach Unterdrückung der Glutamat γ-Carboxylierung durch Warfarin beobachtet werden, ein Hinweis darauf, dass die posttranslationale Modifikation essentiell für die Funktion von Ucmaa ist und die fehlende Glutamat γ-Carboxylierung an der Entstehung der sogenannten „Warfarin Embryopathien“ und ähnlichen skelettalen Krankheiten des Menschen beteiligt sein kann.
Matrilin-1 ist das prototypische Mitglied der Familie der Matriline und in Mensch und Maus hauptsächlich in Knorpel exprimiert. Matn-1 weist während der Entwicklung des Zebrafisches eine mehrphasige Expression auf. Während der frühen Expression, die bei ca. 15 hpf ihren Höhepunkt erreicht, ist Matn-1 im ganzen Zebrafischembryo mit Ausnahme des Notochords exprimiert. Während der späten Expression, die ab etwa 64 hpf beginnt, kann Matn-1 hauptsächlich im Knorpel detektiert werden. Der „knockdown“ von Matn-1 führt, ähnlich wie jener von Ucmaa, sowohl zu Wachstumsdefekten und Störungen bei der Bildung der Kraniofazialknorpel, als auch zum Verlust von Aggrecan und Kollagen II. Der Verlust von Matn-1 hat während der frühen und der späten Expression unterschiedliche Auswirkungen. In der frühen Expressionsphase ändert sich die Zellmorphologie nicht, jedoch können ER-Stress und Apoptose nachgewiesen werden. Während der zweiten Expressionsphase führt der Verlust von Matn-1 zu ausgeprägten morphologischen Veränderungen des endoplasmatischen Retikulums von Chondrozyten. Anzeichen für ER-Stress gibt es nicht, dagegen kann Autophagie nachgewiesen werden. Ein weiterer Hinweis auf eine Störung von Synthese und Sekretion durch den „knockdown“ von Matn-1 ergibt sich aus der Behandlung von Matn-1 Morphanten mit dem Proteasominhibitor Bortezomib. Diese Behandlung erhöhte die Phänotypenrate signifikant, so dass anzunehmen ist, dass die betroffenen Zellen in begrenztem Umfang in der Lage sind den Matn-1 „knockdown“ mit einem erhöhten Proteinabbau zu kompensieren
