Skeletal dysplasia-causing TRPV4 mutations suppress the hypertrophic differentiation of human iPSC-derived chondrocytes

Abstract

Mutations in the TRPV4 ion channel can lead to a range of skeletal dysplasias. However, the mechanisms by which TRPV4 mutations lead to distinct disease severity remain unknown. Here, we use CRISPR-Cas9-edited human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) harboring either the mild V620I or lethal T89I mutations to elucidate the differential effects on channel function and chondrogenic differentiation. We found that hiPSC-derived chondrocytes with the V620I mutation exhibited increased basal currents through TRPV4. However, both mutations showed more rapid calcium signaling with a reduced overall magnitude in response to TRPV4 agonist GSK1016790A compared to wildtype. There were no differences in overall cartilaginous matrix production, but the V620I mutation resulted in reduced mechanical properties of cartilage matrix later in chondrogenesis. mRNA sequencing revealed that both mutations upregulated several anterior HOX genes and downregulated antioxidant genes CAT and GSTA1 throughout chondrogenesis. BMP4 treatment upregulated several essential hypertrophic genes in WT chondrocytes; however, this hypertrophic maturation response was inhibited in mutant chondrocytes. These results indicate that the TRPV4 mutations alter BMP signaling in chondrocytes and prevent proper chondrocyte hypertrophy, as a potential mechanism for dysfunctional skeletal development. Our findings provide potential therapeutic targets for developing treatments for TRPV4-mediated skeletal dysplasias.

TMF suppresses chondrocyte hypertrophy in osteoarthritic cartilage by mediating the FOXO3a/BMPER pathway

“…Healthy levels of chondrocyte hypertrophy are essential for musculoskeletal development. However, OA-associated chondrocyte hypertrophy may be facilitated by the aberrant expression of BMP (32), TGFβ1 (33) and Indian Hedgehog (34) signaling pathways. Collagen X is minimally expressed in healthy joint cartilage, and increased collagen X expression in hypertrophic chondrocytes indicates the initiation of endochondral bone formation (35).…”

Phylogenomic analysis of the Lake Kronotskoe species flock of Dolly Varden charr reveals genetic and developmental signatures of sympatric radiation

“…Crucially, ion homeostasis is central to effective osmoregulation during freshwater adaptation (McCormick, Regish et al 2019). Proper ion channel expression is also a factor in chondrocyte maturation and homeostasis (Dicks, Maksaev et al 2023, Brylka, Alimy et al 2024). Whether and how protein trafficking contributes to adaptations in Lake Kronotskoe is less obvious.…”

Reclasificación de variante del gen TRPV4 en un paciente con displasia esquelética: reporte de caso

“…La importancia de TRPV4 en la homeostasis ósea radica en regular la diferenciación de los osteocitos articulares, donde su desactivación genética desencadena el desarrollo de osteoartritis y disminuye la función osteoclástica 10,11 . A su vez, su acción es importante durante la condrogénesis para la formación de cartílago articular, donde las variantes del gen comprometen la osificación endocondral alterando el desarrollo esquelético 12,13 . A causa de la expresividad variable y la penetrancia reducida, es difícil pronosticar de manera precisa la edad de inicio, su gravedad y fenotipo específico 9,12 , aunque las características clínicas tienden a ser similares entre familiares 14 .…”

“…A su vez, su acción es importante durante la condrogénesis para la formación de cartílago articular, donde las variantes del gen comprometen la osificación endocondral alterando el desarrollo esquelético 12,13 . A causa de la expresividad variable y la penetrancia reducida, es difícil pronosticar de manera precisa la edad de inicio, su gravedad y fenotipo específico 9,12 , aunque las características clínicas tienden a ser similares entre familiares 14 .…”

“…La patogenia de los trastornos asociados a TRPV4 no se ha dilucidado plenamente; no obstante, la evidencia indica que las variantes patogénicas llevan a la alteración en los residuos de aminoácidos implicados en las interacciones entre subunidades o regiones críticas de activación, generando ganancia de función del canal que permite una mayor entrada de calcio intracelular con efectos deletéreos en el tejido; se postula que la gravedad del fenotipo dependerá de manera directa de la apertura del canal 9,12,14 . Es por este motivo que enfermedades relacionadas son altamente heterogéneas, lo cual incluye no solo los trastornos esqueléticos, sino algunas neuropatías y en algunos casos cuadros de superposición con presencia de malformaciones esqueléticas en pacientes con polineuropatía, que a menudo no logran cumplir criterios diagnósticos para DE 5,15 .…”