Artikelen

Kraakbeen uit balans

Branche: Live cell imaging | Auteur: Floor van Heesch | Publicatiedatum:

Als de homeostase in kraakbeen verstoord raakt, kan artrose ontstaan. Welke processen zijn hiervoor verantwoordelijk en is er iets tegen te doen?

Verlies van homeostase in kraakbeen kan leiden tot artrose, waarbij het gewrichtskraakbeen zichzelf afbreekt, en dit maakt bewegen pijnlijk. Onderzoekers proberen de onderliggende pathologische processen te achterhalen. Die kennis kunnen ze gebruiken om medicijnen te vinden.

Compressie
Chondrocyten (kraakbeencellen) reageren op de druk die gewrichtsbelasting op de cellen uitoefent. “Kraakbeen heeft deze krachten nodig om zichzelf te onderhouden”, vertelt Wojciech Madej, promovendus bij het Orthopaedic Research Laboratory (ORL) binnen het Radboudumc. “Dat zie je bij mensen met een dwars­laesie, zij verliezen kraakbeen.” Maar te veel druk op het gewricht, bijvoorbeeld doordat de ­meniscus is afgescheurd, is ook niet goed. Met het BOSE ElectroForce BioDynamics-testsysteem kan Madej heel gericht druk uitoefenen op een stukje kraakbeenweefsel. Vervolgens meet hij met qPCR hoe deze compressie de kraakbeen-beschermende ALK5/Smad2/3P- en de beschadigende ALK1/Smad1/5/8-signaleringsroute beïnvloedt.


Tegen zijn verwachting in ontdekte Madej dat elke kracht, zelfs overmatige compressie, de kraakbeen-beschermende ALK5/Smad2/3P-signaleringsroute activeert. “Omdat artrose een leeftijd-gerelateerde aandoening is, wilden we weten wat er gebeurt als we verouderd kraakbeen aan grote krachten blootstellen”, zegt de promovendus. “We ontdekten dat oud kraakbeen veel minder goed in staat is om de ALK5/Smad2/3P- signaleringsroute te activeren. Dat verklaart mogelijk waarom ouderen kraakbeengerelateerde ziektes kunnen ontwikkelen.”

Je wilt dat RUNX2 mobiel is en SOX9 aan DNA bindt

Osteoartrose begint vaak met verlies van botmassa in de subchondrale botplaten, het net onder het kraakbeen gelegen bot. In de gaatjes en groeven die hierbij ontstaan groeien bloedvaatjes. “Daardoor neemt de zuurstofspanning in het avasculaire gewrichtskraakbeen toe”, zegt Marcel Karperien, hoogleraar biotechnologie aan de Universiteit Twente. Hij ont-dekte dat verschil in zuurstofconcentratie een belangrijke trigger is om kraakbeen te behouden. “Als je ex vivo middenvoetsbeentjes van zeventien dagen oude ­muizenembryo’s blootstelt aan 21 % zuurstofspanning, verandert het kraakbeen in bot, maar bij een lage zuurstofspanning van 2,5 %, blijft kraakbeen kraakbeen”, licht Karperien toe.
Vervolgens bestudeerde Karperien hoe zuurstofspanning de balans tussen de transcriptiefactoren SOX9 en RUNX2 beïnvloedt. SOX9 is een mastertranscriptiefactor die zorgt voor kraakbeendif­ferentiatie. RUNX2 daarentegen stuurt ­hypertrofe differentiatie van kraakbeen aan. Deze hypertrofe chondrocyten veranderen uiteindelijk in bot. Uit de experimenten van Karperien bleek dat lage zuurstofspanning SOX9 stimuleert en RUNX2 remt. Bij hoge zuurstofspanning gebeurt precies het tegenovergestelde.

Bijsturen
Als je de verschillende signalerings­routes kunt bijsturen, kun je het proces van artrose mogelijk afremmen of zelfs voorkomen. Zo zet Karperien momenteel een screening op die hij wil gebruiken om stoffen te selecteren die de mobiliteit van de transcriptiefactoren beïnvloeden. “Om actief te zijn, moet een transcriptiefactor binden aan DNA”, legt hij uit. “Je wilt daarom stoffen vinden die ervoor zorgen dat RUNX2 mobiel is en SOX9 aan DNA bindt.”


Om deze mobiliteit te meten, maakt Karperien gebruik van live cell imaging. Aan het SOX9- of RUNX2-eiwit plakt hij een fluorescerend label. Daardoor kleuren de celkernen van de primaire chondrocyten en mesenchymale stamcellen groen. “Met een laser branden we een klein gat in de kern”, vertelt Karperien. Hierdoor raken de fluorescente moleculen beschadigd en doven ze uit. “Vervol- gens meten we zowel onder zuurstofarme als zuurstofrijke condities hoe lang het duurt voordat de celkern weer met fluorescent gelabeld eiwit gevuld is.” Het idee is dat alleen inactieve, ongebonden transcriptiefactoren het uitgedoofde deel van de celkern in diffunderen. In het ideale geval is dat RUNX2 en niet SOX9.

Onderwerpen
Deel deze pagina
Aanmelden nieuwsbrief

Meld je nu aan voor de Medicines nieuwsbrief.

Abonneer je nu!

Betabanen

Adverteren

Uw producten of vacatures in Medicines of op medicinesonline.nl? 
Meer informatie

Word abonnee!

Neem nu een abonnement en ontvang vijf keer per jaar het vakblad voor onafhankelijk geneesmiddelenonderzoek.

Sluit nu een abonnement af!