Eine schädliche COL6A3-Variante verändert die MIR31HG-regulierte Reaktion von Chondrozyten in Neocartilage-Organoiden auf hyperphysiologische mechanische Belastung

Zusammenfassung Die perizelluläre Matrix (PCM), mit ihren charakteristischen Proteinen Kollagen Typ VI (COLVI) und Fibronektin (FN), umgibt Chondrozyten und ist entscheidend für die Übertragung der biomechanischen Signale. Um genetische Varianten zu identifizieren, die die Proteinfunktion verändern, wird eine Exom-Sequenzierung bei einem Patienten mit symptomatischer OA an mehreren Gelenkstellen durchgeführt. Eine vorhergesagte schädliche Variante in COL6A3 wird identifiziert und mittels CRISPR-Cas9-Geningenieurwesen in zwei etablierten in-vitro-Neocartilage-Organoid-Modellen, die aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen abgeleitet sind, eingeführt. Die nachgelagerten Effekte der COL6A3-Variante auf den phänotypischen Zustand der Chondrozyten werden durch einen Multi-Omics-Ansatz (mRNA und lncRNA) in Wechselwirkung mit hyperphysiologischen mechanischen Belastungsbedingungen untersucht. Die schädliche Variante in COL6A3 führt zu signifikant geringerer Bindung zwischen den PCM-Proteinen COLVI und FN und provoziert einen osteoarthritischen Chondrozytenzustand. Durch anschließende Exposition der Neocartilage-Organoide gegenüber hyperphysiologischem mechanischen Stress wird demonstriert, dass die COL6A3-Variante in Chondrozyten die charakteristische entzündliche Signalantwort nach mechanischer Belastung mit PTGS2, PECAM1 und ADAMTS5 als zentrale Gene aufhebt. Schließlich wird durch die Integration epigenetischer Regulation das lncRNA MIR31HG als Schlüsselfaktor für die charakteristische entzündliche Signalantwort auf mechanische Belastung identifiziert.