Arthrose ist eine degenerative Gelenkerkrankung, die durch Abbau von Knorpelgewebe, sekundäre Knochenläsionen und Entzündungen der Gelenkkapsel gekennzeichnet ist. Degenerative Gelenkerkrankungen sind von großer sozioökonomischer Bedeutung. Aufgrund ihrer Häufigkeit nimmt die Behandlung von Arthrose einen wichtigen Stellenwert im Gesundheitssystem ein. Jedoch wurde noch keine erfolgreiche Behandlung gefunden, weshalb die Untersuchung der Pathogenese von Arthrose von hoher Bedeutung ist. Galektine stellen eine Proteinfamilie dar, deren Vertreter spezifisch an β-Galaktosid-Zucker binden und mindestens eine Kohlenhydrat-Erkennungsdomäne (CRD) aufweisen. Sie wirken als Modulatoren des Zellverhaltens über die Regulation von Signalprozessen, Entzündungen und Immunantworten. Jüngste Studien ergaben, dass die Galektine 1, 3 und 8 eine entscheidende Rolle bei den pathologischen Mechanismen der Arthrose zu spielen scheinen. Ziel dieser Arbeit war es, die Aktivität von Galektin-4 in arthrotischen Chondrozyten zu untersuchen. Eine immunhistochemische Analyse des Knorpels von 19 Arthrose-Patienten ergab, dass der Anteil an Galektin-4-positiven Zellen bei stark geschädigtem Knorpel höher ist als bei weniger geschädigtem Knorpel. Es wurde eine Korrelation zwischen der Degeneration des Knorpels und dem zunehmenden Anteil an Galektin-4-positiven Chondrozyten gefunden. Es ist bekannt, dass Laktose die Wirkung von Galektinen beeinträchtigt. Daher haben wir die Wirkung von Laktose und Galektin-4 auf arthrotische Chondrozyten getestet und dessen galektin-hemmende Wirkung nachgewiesen. Galektin-4 muss an die Zelloberfläche binden, um die Genexpression zu beeinflussen. Die Zugabe von Laktose hemmt diese Bindung. Die Bindungshemmung ist mittels konfokaler Laserscanmikroskopie sichtbar gemacht worden. Wir haben auch den Einfluss von Galektin-4 und seiner biochemisch veränderten Varianten auf die Genexpression (IL1B und MMP13) in arthrotischen Chondrozyten getestet. Dosisabhängige Experimente wurden durchgeführt und die Ergebnisse zeigten eine verstärkte Expression der Gene MMP13 und IL1B auf mRNA-Ebene. Dies stützt die Theorie, dass Galektin-4 eine Rolle bei Gelenkentzündungen spielt. Die Varianten mit nur einer CRD hatten einen noch stärkeren Einfluss auf die Genexpression als Wildtyp-Galektin-4. Das Verkürzen oder Weglassen des Linkers hatte jedoch einen vergleichbaren Effekt. Um zu testen, ob Galektin-4 den NF-κB-Signalweg aktiviert, wurden Experimente mit Galektin-4 und bestimmten Inhibitoren von NF-κB-Effektoren durchgeführt. Die Inhibitoren schwächten die Wirkung von Galektin-4 auf die Genexpression von arthrotischen Chondrozyten ab. Zusammenfassend konnte diese Arbeit eine Korrelation zwischen der Degeneration des arthrotischen Knorpels und dem Auftreten von Galektin-4 in arthrotischen Chondrozyten zeigen, sowie den Effekt von Galektin-4 auf die Expression von Markergenen in vitro beschreiben.

Osteoarthritis (OA) is a degenerative joint disease characterized by degradation of cartilage tissue, secondary bone lesion and inflammation of the joint capsule. Due to their high prevalence, degenerative joint diseases are of great socio-economic importance. However, no successful treatment has been found yet. Therefore, the importance to investigate the pathogenesis of OA has been recognized. Galectins are a family of proteins that specifically bind to β-galactoside sugars and have at least one carbohydrate recognition domain (CRD). They act as modulators of cell behaviour via regulation of signalling processes, inflammation and immune responses. Recent studies found that Galectin-1, -3 and -8 play a crucial role in the pathological mechanisms of OA. The aim of this thesis was to investigate the activity of Galectin-4 in OA chondrocytes. Immunohistochemical analysis of cartilage from 19 OA patients revealed that severely damaged cartilage shows a higher percentage of Galectin-4 positive cells than less damaged cartilage. A correlation between degeneration of cartilage and the increasing percentage of Galectin-4-positive chondrocytes was found. Lactose is known to bind galectins in vitro, therefore we tested the effects of lactose and Galectin-4 on OA chondrocytes and demonstrated its galectin inhibiting effects. Galectin-4 needs to bind to the cell surface to influence gene expression, since adding lactose inhibits this binding as demonstrated by confocal laser scanning microscopy. We also tested the impact of Galectin-4 and its biochemically altered variants on gene expression (IL1B and MMP13) in OA chondrocytes. Dose dependent experiments were conducted, and the results showed an upregulation of MMP13 and IL1B on mRNA levels, which backs the theory that Galectin-4 plays a role in joint inflammation. The altered variants with only one CRD showed increased effects on mRNA levels as compared to wild type Galectin-4. Shortening or omitting the linker had an impact on gene expression, which was comparable to that wild type Galectin-4. To test if Galectin-4 activates the NF-κB-pathway, experiments with Galectin-4 and specific inhibitors of NF-κB-effectors were conducted. The inhibitors attenuated the effect of Galectin-4 on gene expression of OA chondrocytes. Taking together, this thesis identified a correlation between OA cartilage degeneration and Galectin-4 positivity of chondrocytes, and described the effects of Galectin-4 on marker genes in isolated articular chondrocytes.