A dysfunctional TRPV4–GSK3β pathway prevents osteoarthritic chondrocytes from sensing changes in extracellular matrix viscoelasticity

TRPV4型 细胞生物学 软骨细胞 细胞外基质 骨关节炎 细胞外 软骨 化学 细胞内 瞬时受体电位通道 生物 医学 生物化学 受体 解剖 病理 替代医学
作者
Pranay Agarwal,Hong-Pyo Lee,Piera Smeriglio,Fiorella C. Grandi,Stuart B. Goodman,Ovijit Chaudhuri,Nidhi Bhutani
出处
期刊:Nature Biomedical Engineering [Springer Nature]
卷期号:5 (12): 1472-1484 被引量:43
标识
DOI:10.1038/s41551-021-00691-3
摘要

Changes in the composition and viscoelasticity of the extracellular matrix in load-bearing cartilage influence the proliferation and phenotypes of chondrocytes, and are associated with osteoarthritis. However, the underlying molecular mechanism is unknown. Here we show that the viscoelasticity of alginate hydrogels regulates cellular volume in healthy human chondrocytes (with faster stress relaxation allowing cell expansion and slower stress relaxation restricting it) but not in osteoarthritic chondrocytes. Cellular volume regulation in healthy chondrocytes was associated with changes in anabolic gene expression, in the secretion of multiple pro-inflammatory cytokines, and in the modulation of intracellular calcium regulated by the ion-channel protein transient receptor potential cation channel subfamily V member 4 (TRPV4), which controls the phosphorylation of glycogen synthase kinase 3β (GSK3β), an enzyme with pleiotropic effects in osteoarthritis. A dysfunctional TRPV4-GSK3β pathway in osteoarthritic chondrocytes rendered the cells unable to respond to environmental changes in viscoelasticity. Our findings suggest strategies for restoring chondrocyte homeostasis in osteoarthritis.
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