Screening of novel long non-coding RNA in the progression of osteoarthritis

Abstract

Osteoarthritis (OA) is a common degenerative disease that is characterized by joint damage, inflammation, and persistent pain—primarily attributed to cartilage deterioration. Despite multiple therapeutic approaches, a definitive cure remains elusive, thereby prompting the need for comprehensive research to uncover the fundamental causes and develop effective treatments. Recent insights highlight the critical role of long non-coding RNAs (lncRNAs) in various developmental and epigenetic regulatory processes, which are relevant to the management of OA. This study focused on examining the differential expression of lncRNAs in primary human chondrocytes and elucidating their potential regulatory role in modulating the inflammatory response within chondrocytes. The transcriptomic differences were examined by RNA-seq analysis and any differentially expressed lncRNAs between human intact and damaged tissue-derived chondrocytes were identified. 26 lncRNAs exhibited upregulation by more than 6-fold in chondrocytes derived from damaged tissue, whereas 15 lncRNAs showed an upregulation of more than 2-fold in an in vitro inflammatory environment induced by TNF-α. After transfecting 15 siRNAs specific to each target lncRNA into TC28a2 cells, seven siRNAs were observed to exhibit a knockdown efficiency of more than 40%. Seven siRNAs were transfected into TC28a2 cells and an inflammatory environment was induced by using TNF-α. The expression of type II collagen (COL2A1) was assessed through Western blot analysis and revealed that LOC107985352 and LOC107985369 silencing by siRNA resulted in an elevated level of COL2A1. Furthermore, the downregulation of LOC107985352 and LOC107985369 resulted in a decreased expression of catabolic and inflammation-related genes. These findings suggest that the downregulation of LOC107985352 and LOC107985369 in osteoarthritic chondrocytes may impact chondrocyte homeostasis by regulating the inflammatory response; furthermore, they indicate that these lncRNAs may serve as important regulators and promising therapeutic targets in the progression of OA. 골관절염은 관절 손상, 염증, 그리고 지속적인 통증을 특징으로 하는 빈도 높게 발생하는 퇴행성 질환이다. 현재까지도 병의 진행을 완전히 막아주는 근본적인 치료법이 없기 때문에, 병의 발병과 진행 과정에 대한 근본적인 원인을 밝히는 것과, 효과적인 치료법 개발이 필요하다. 최근 연구들에서 골관절염에서 긴 비암호화 RNA가 다양한 발달 및 후성유전학적 조절 과정에서 중요한 역할을 한다고 보고되었다. 본 연구의 목적은 인간의 정상 및 손상 연골조직 유래 세포에서 발현 차이를 나타내는 긴 비암호화 RNA를 식별하고, 이러한 긴 비암호화 RNA의 조절을 통해 연골세포의 염증 반응이 조절되는지 확인하는 것이다. RNA-시퀀싱 분석을 통해 정상 및 손상 조직 유래 연골세포간의 전사체학적 차이를 조사하고 발현 차이를 나타내는 긴 비암호화 RNA를 스크리닝 함으로서, 결과적으로 26개의 긴 비암호화 RNA가 인간 손상 연골세포에서 6배 이상 증가하며, TNF-α에 의해 유발된 체외 염증 환경에서는 15개의 긴 비암호화 RNA가 2배 이상 증가하는 것을 확인하였다. 15개의 긴 비암호화 RNA에 대한 타겟 짧은 간섭 RNA를 처리하였을 때, 7개의 짧은 간섭 RNA가 40% 이상의 유전자 발현 억제 효율을 나타내는 것을 확인하였다. 체외 염증 모사 환경에서 짧은 간섭 RNA를 사용하여 7개의 긴 비암호화 RNA를 억제 시킨 뒤 COL2A1의 단백질 발현을 확인 한 결과, LOC107985352와 LOC107985369를 억제 시킨 경우 COL2A1 발현이 가장 유의미하게 증가하고, 이화작용과 염증 반응에 관여하는 유전자 발현이 감소됨을 확인하였다. 이러한 연구 결과는 골관절염 연골세포에서 LOC107985352와 LOC107985369의 하향 조절이 연골세포의 염증 반응을 조절 함으로서, 연골세포 항상성 유지에 영향을 미칠 수 있음을 의미한다. 따라서 LOC107985352와 LOC107985369은 골관절염 진행에 중요한 조절 인자가 될 수 있으며, 이러한 긴 비암호화 RNA는 골관절염 치료를 위한 효과적인 타겟이 될 수 있을 것으로 사료된다.