Wnt/β-カテニンシグナル伝達は、表面ゾーンでのルブリシン誘導を通じて関節軟骨の恒常性に寄与します

背景：軟骨細胞におけるWnt/β-カテニンシグナル伝達の損失と機能の両方が、変形性関節症（OA）の悪化をもたらします。ここでは、関節軟骨の表面ゾーン（SFZ）におけるWnt/β-カテニンシグナル伝達の活性と役割を調べました。 方法：Wnt/β-カテニンシグナル伝達活性は、Topgalマウスを使用して分析されました。SFZでのWnt/β-カテニンシグナル伝達の損失と機能のそれぞれのために、それぞれ損失および機能獲得のために、Prg4-Creert2; ctnnb1fl/flおよびprg4-creert2; ctnnb1-ex3fl/wtマウスを生成しました。Wnt/β-カテニンシグナル伝達によるPRG4発現の調節は、SFZ細胞におけるWnt/β-カテニンシグナル伝達の上流および下流因子と同様に、in vitroで調べられました。 結果：Topgalレポーターによって決定されたWnt/β-カテニンシグナル伝達活性は、特にPRG4が豊富に発現しているマウス成体関節軟骨のSFZで特に高かった。SFZ特異的β-カテニンノックアウトマウスでは、OAの発生が有意に加速され、PRG4発現とSFZ破壊の減少が伴いました。対照的に、PRG4の発現が強化され、SFZ特異的β-カテニン安定化マウスで軟骨変性が抑制されました。一次SFZ細胞では、PRG4発現はβ-カテニンノックアウトによってダウンレギュレートされましたが、エクソン3の削除またはCHIR99021による治療によるβ-カテニン安定化によって上方制御されました。Wntリガンドの中で、Wnt5a、Wnt5b、およびWnt9aはSFZ細胞で高度に発現し、組換えヒトWNT5AおよびWNT5BがPRG4発現を刺激しました。機械的負荷は、これらのリガンドの発現を上方制御し、さらにPRG4転写を促進しました。さらに、機械的負荷とWnt/β-カテニンシグナル伝達活性化は、PRG4の強力な転写因子であるCREB1のmRNAレベルを増加させました。 結論：Wnt/β-カテニンシグナル伝達は、関節軟骨の恒常性に不可欠な役割を果たすマウス成体関節軟骨のSFZでPRG4発現を調節することを実証しました。

BACKGROUND: Both loss- and gain-of-function of Wnt/β-catenin signaling in chondrocytes result in exacerbation of osteoarthritis (OA). Here, we examined the activity and roles of Wnt/β-catenin signaling in the superficial zone (SFZ) of articular cartilage. METHODS: Wnt/β-catenin signaling activity was analyzed using TOPGAL mice. We generated Prg4-CreERT2;Ctnnb1fl/fl and Prg4-CreERT2;Ctnnb1-ex3fl/wt mice for loss- and gain-of-function, respectively, of Wnt/β-catenin signaling in the SFZ. Regulation of Prg4 expression by Wnt/β-catenin signaling was examined in vitro, as were upstream and downstream factors of Wnt/β-catenin signaling in SFZ cells. RESULTS: Wnt/β-catenin signaling activity, as determined by the TOPGAL reporter, was high specifically in the SFZ of mouse adult articular cartilage, where Prg4 is abundantly expressed. In SFZ-specific β-catenin-knockout mice, OA development was significantly accelerated, which was accompanied by decreased Prg4 expression and SFZ destruction. In contrast, Prg4 expression was enhanced and cartilage degeneration was suppressed in SFZ-specific β-catenin-stabilized mice. In primary SFZ cells, Prg4 expression was downregulated by β-catenin knockout, while it was upregulated by β-catenin stabilization by exon 3 deletion or treatment with CHIR99021. Among Wnt ligands, Wnt5a, Wnt5b, and Wnt9a were highly expressed in SFZ cells, and recombinant human WNT5A and WNT5B stimulated Prg4 expression. Mechanical loading upregulated expression of these ligands and further promoted Prg4 transcription. Moreover, mechanical loading and Wnt/β-catenin signaling activation increased mRNA levels of Creb1, a potent transcription factor for Prg4. CONCLUSIONS: We demonstrated that Wnt/β-catenin signaling regulates Prg4 expression in the SFZ of mouse adult articular cartilage, which plays essential roles in the homeostasis of articular cartilage.