A mozgási szervrendszert érintő megbetegedések korunk társadalmának legégetőbb egészségügyi problémái közé tartoznak. A sérült porcszövet újjáépítésére irányuló potenciális kezelési eljárások közül igen népszerűnek számít a mezenchimális sejtek beültetése és porc irányú differenciáltatása. A megfelelő gyógymódok kialakításához nagy szükség van a mezenchimális sejtek és azok kondrogenikus differenciációjának molekuláris szintű kutatására. Értekezésem alapjául szolgáló kísérletekkel az in vitro porcdifferenciáció során fellépő epigenetikai módosulásokat, illetve a cirkadián óra működésével összefüggő szabályozási mechanizmusokat tanulmányoztuk. Kutatómunkánk első lépésében a DNS metiláció szerepét vizsgáltuk az in vitro porcfejlődés során. A Dnmt3a, Tet1, és Ogt DNS metiláció-asszociált gének a porc fejlettségi állapotától függően eltérő erősséggel expresszálódtak, melyek közül a Tet1 mutatta a legmagasabb expressziós növekedést. Az in vitro porcdifferenciáció késői stádiuma során alkalmazott 5-azacitidin kezelés serkentőleg hatott a Sox9 és Acan porcmarkerek génexpressziójára. Ez a metiláció gátlásának volt köszönhető, ugyanis a két markergén promóter régiói csökkent metiláltságot jeleztek. Kutatómunkánk második lépésében a cirkadián óra szerepét tanulmányoztuk az in vitro porcfejlődés során. A szérum-sokk alapú óraszinkronizáció szignifikánsan fokozta a porcspecifikus extracelluláris mátrix termelődését, illetve a SOX9, ACAN és COL2A1 porc markergének expresszióját. A szérum-sokkot követően a molekuláris cirkadián óra központi óragénjei szinkronizált expressziós mintázatot mutattak. Kimutattuk a pozitív szabályozó BMAL1 és a negatív szabályozó PER2/PER3/CRY1/CRY2 expressziós mintázatainak 8-óránként változó antifázisos oszcillációit. Igazoltuk, hogy a cirkadián óra összehangolt működésének longdaysin-nel való megzavarása negatív hatással bírt a porcképződésre. Ezzel alátámasztottuk, hogy a normál ritmikus cirkadián óraműködésnek kulcsfontosságú pozitív szabályozó szerepe van porc szöveti fejlődésében. Egyetemi doktori értekezésem fő célja összességében az volt, hogy a DNS metiláció, illetve a molekuláris óra működésének részletes elemzésével olyan új szabályozó molekulákat azonosítsak, amelyek a porcszövet differenciációja során jelentős szereppel bírhatnak, a jövőben pedig potenciális target fehérjeként szolgálhatnak a porcdefektusok terápiás eljárásainak megtervezésekor.

Musculoskeletal disorders are among the most prevalent health problems of the world’s society. One potential treatment possibility for damaged hyaline cartilage regeneration is the chondrogenic differentiation and implantation of mesenchymal stem cells. To establish proper therapeutic procedures, basic research of the chondrogenic differentiation of mesenchymal cells is essential. Our aim was to study the role of epigenetic- and circadian clock-connected regulatory pathways during in vitro cartilage formation. In the first part of my research work we investigated the DNA methylation regulatory mechanisms during in vitro chondrogenesis. The expression patterns of three DNA methylation-associated genes Dnmt3a, Tet1 and Ogt altered depending on the developmental stage of cartilage formation, among which Tet1 showed the most prominent expressional changes. 5-azacytidine treatment applied during late stage of chondrogenesis caused an upregulation in the expression of chondrogenic marker genes Sox9 and Acan. This was a direct result of inhibiting DNA methylation, because the promoter regions of the two chondrogenic marker genes showed hypomethylation. In the second part of my thesis we studied the circadian clock regulatory mechanisms during in vitro chondrogenesis. Serum shock-induced clock-synchronization caused a significant increase in the production of cartilage-specific extracellular matrix and upregulated the expression of chondrogenic marker genes SOX9, ACAN and COL2A1. Serum shock triggered a synchronized expression pattern of the core regulatory elements of the molecular circadian clock. We have shown the oscillating expression of the positive regulator BMAL1 and the negative regulator PER2/PER3/CRY1/CRY2. Our results demonstrated that the alteration of circadian clock with longdaysin had a negative effect on cartilage formation, indicating that the proper rhythm of the circadian clockwork has a key positive role in the regulation of chondrogenesis. The principal aim of my work was to present a detailed analysis of the molecular mechanisms of DNA methylation and circadian clockwork which regulate in vitro chondrogenesis, and identify new methylation- or clock-specific regulatory molecules that might have an important role in chondrocyte differentiation and cartilage development.