Systematische immunhistologische Analyse der altersbedingten Veränderungen der extrazellulären Matrix in murinen Facettengelenken und Bandscheibengewebe

Abstract-Text deutsch

Einleitung

In Rahmen des gewöhnlichen Älterungsverlaufs der Proteoglykan Gehalt und der Wassergehalt reduzieren sich in der extrazellurären Matrix sowohl in der Bandscheibe als auch in dem Knorpel der Facettengelenke. Diese Veränderungen beeinflussen die mechanischen Gewebeeigenschaften und begünstigen die Degeneration. Frühere Studien haben Kollagen und Proteoglykanen, die zwei Hauptbestandteile der ECM, erforscht. Kleinkomponenten- die für die  Verbindung der Kollagenfibrillen und für die Anbindung des Kollagennetzwerkes an die Aggrecan Matrix zuständig sowie funktionelle Eigenscahften beinflussen-sind jedoch nicht systematisch erforscht.

Material/Methode

Facettengelenke und Bandscheibegewebe sind von 6,12, 14 Monaten alten C57BL/6 mäuse gewonnen worden. Nach der Entkalkung erfolgte die Fixierung in Paraffin und  5 µm Schnitte wurden aufbereitet. Es erfolgte die Färbung mit Safranin -O  zur Visualisation der Proteoglykanen und der Gewebemorphologie. ECM Komponeneten wurden mit geeigneten Antikörper gegen Kollagen II, VI, IX, XII, thrombospondin-1, -4 and -5 (COMP), matrilin-2 and -3, nidogen-1 and -2, EMILIN-1 and decorin markiert.

Ergebnisse

Wir beobachteten deutliche und gewebespezifische Veränderungen in der Expression und Lokalisation der Matrix Proteine. In der Facettengelenke von älteren Mäusen , die reduzierte Safranin-O Färbung wies auf die erwartete Proteoglykanverluste hin. Die Expression von Kollagen II und IX war unverändert während die Expression von Kollagen VI und XII war gesteigert. Es zeigte sich eine erhöhte Fluoreszenzintensität von thrombospondin-4, -5, decorin, nidogen-1 and EMILIN-1 in älteren Tiere. Letztere zwei wurden nur perizellulär nachgewiesen.

In das Bandscheibengewebe, die Fluoreszenzintensität von allen Thrombospondinen, matrilin-2, EMILIN-1 and nidogen-1 stieg proportional zum Alter während die Fluoreszenzintensitätder Proteoglykanen und sämtlicher Kollagene blieb unverändert.

Diskussion 

Wir haben altersspezifische Veränderungen in der Expression und Lokalisation von kleinen ECM Komponenten festgestellt, vor der Degradation der Hauptbestandteile der Kollagene und der Proteoglykanen. Die Neuanordnung und /oder der Verlust von diesen kleinen Verbindungsmolekulen könnte zur Destabilisierung der höher geordneten Strukturen führen. Diese Hypothese wurde die veränderten mechanischen Eigenschaften und die erhöhte Neigung zur Gewebedenegeneration während des Älterungsprozesses erklären.

Abstract-Text englisch

PURPOSE

With increasing age, the proteoglycan content is reduced and water is lost from the extracellular

matrix (ECM) in both intervertebral discs and articular cartilage of facet joints. These changes alter the

mechanical properties of the tissue and increase the susceptibility for its degeneration. Previous

studies focused on collagens and proteoglycans, the two major ECM components. However, minor

components that interconnect collagen fibrils, link the collagen network to the aggrecan matrix and

determine functional properties have not been studied systematically.

The purpose of this study was to determine if there are any age specific changes in the expression

and localization of these minor components.

METHODS

Facet joints and intervertebral discs(n=5) were harvested from 6, 12 and 14 months old C57BL/6

mice. After decalcification, tissues were embedded in paraffin and sections of 5 μm were prepared. To

visualize tissue morphology and proteoglycans, sections were stained with safranin-O. ECM

components were detected with specific antibodies directed against collagen II, VI, IX, XII,

thrombospondin-1, -4 and -5 (COMP), matrilin-2 and -3, nidogen-1 and -2, EMILIN-1 and decorin.

RESULTS AND CONCLUSION

We observed distinct and tissue-specific changes in matrix protein expression and localization. In facet

joints of older mice, reduced safranin-O staining indicated an expected proteoglycan loss. The

expression of collagens II and IX was unchanged while collagen VI and XII expression increased. A

higher staining intensity was detected for thrombospondin-4, -5, decorin, nidogen-1 and EMILIN-1 in

older animals with the latter two exclusively found pericellularly. In the intervertebral disc, the staining

intensity for all thrombospondins, matrilin-2, EMILIN-1 and nidogen-1 increased with ageing even

though the staining for proteoglycans and all collagens was not obviously changed at the same time

point.

We detected age-related changes in expression and localization of minor ECM components prior to the

degradation of the major suprastructures consisting of collagens and proteoglycans. The

rearrangement and/or loss of minor interconnecting proteins might destabilize higher order structures

in the ECM. This would explain altered mechanical properties and an increased susceptibility for tissue

degeneration during ageing.