タラデギブは、平滑化/Gli1経路の阻害を介して初期の軟骨細胞肥大を制御します

Taladegib controls early chondrocyte hypertrophy via inhibiting smoothened/Gli1 pathway.

• Jingjie Luan
• Haitao Tao
• Yue Su

抄録

軟骨細胞肥大は変形性関節症（OA）によく見られる現象である。インディアンヘッジホッグ（Ihh）は、肥大前の軟骨細胞から分泌され、軟骨骨形成時の軟骨細胞の肥大とミネラル化を調節します。スムース化（Smo）は、神経膠腫関連腫瘍遺伝子ホモログ1（Gli1）をトリガーに肥大化過程を活性化させるIhhシグナル伝達経路のうちの連結タンパク質である。本研究では、OA時の軟骨肥大予防におけるSmoの新規阻害剤を検討することを目的とした。膝関節形成術を受けたOA患者からヒト関節軟骨を採取した。OA度の異なる軟骨細胞を分離し、軽度群と重度群に分けた。アルギン酸ビーズ（ABs）を用いて軟骨細胞肥大モデルを確立した。X型コラーゲン、MMP-13、Runx-2、II型コラーゲン、SOX-9、アグレカンの発現を免疫蛍光、ウエスタンブロット、リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応（qRT-PCR）を用いて決定した。軟骨細胞の生存率を評価するために、Cell counting kit-8（CCK-8）アッセイを実施した。ABs投与により軟骨細胞の肥大が促進され，X型コラーゲン，マトリックスメタロプロテアーゼ13（MMP-13），Runx-2の発現が増加したが，II型コラーゲン，SOX-9，アグレカンの発現は蛋白質およびmRNAレベルで低下し，Taladegib投与によりSmoおよびGli1が活性化されて消滅した．しかし、重度のOA軟骨細胞では、Taladegibは肥大化した軟骨細胞を健康な状態に戻す能力を失い、X型コラーゲンやGli1の発現にも影響を与えませんでした。以上の結果から、タラデギブは、軟骨の恒常性維持やOAの発症に重要な役割を果たしているSmoブロックに依存して、軟骨の肥大を制御する新しい薬剤であることが明らかになりました。また、タラデギブは軟骨肥大の前段階では効果があるが、後段階では効果がないことも明らかになった。

Chondrocyte hypertrophy is a common phenomenon in osteoarthritis (OA). Indian hedgehog (Ihh) is secreted by pre-hypertrophic chondrocytes, which regulates the hypertrophy and mineralization of chondrocytes during cartilage osteogenesis. Smoothened (Smo) is a connecting protein among the Ihh signaling pathway that triggers glioma-associated oncogene homologue 1 (Gli1) to active the hypertrophic process. In this study, we aimed to examine a new inhibitor of Smo in the prevention of chondrocyte hypertrophy during OA. We collected human joint cartilage from the OA patients undergoing knee arthroplasty. Chondrocytes in different OA degrees were isolated and divided them into mild and severe groups. Alginate beads (ABs) was used to establish a chondrocyte hypertrophy model. The expression of type X collagen, MMP-13, Runx-2, type II collagen, SOX-9, and aggrecan were determined using immunofluorescence, Western blot, real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR). Cell counting kit-8 (CCK-8) assay was performed to assess the viability of chondrocytes. ABs treatment accelerated the process of chondrocyte hypertrophy and upregulated the expression of type X collagen, Matrix metalloproteinase-13 (MMP-13), Runx-2 but decreased type II collagen, SOX-9, and aggrecan both in protein and mRNA levels, which abolished by the present of Taladegib with the activation of Smo and Gli1. However, in the severe OA chondrocytes, Taladegib lost the ability to reverse hypertrophic chondrocytes to a healthy state and made no sense to the expression of type X collagen and Gli1. Our results reveal Taladegib as a novel drug in controlling chondrocyte hypertrophy depending on Smo blocking, which plays a vital role in the homeostasis of cartilage and the development of OA. Besides, we found that Taladegib only works in the previous stage of chondrocytes hypertrophy but not in the later of the process.

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