L-Sox5 and Sox6 are highly identical Sry-related transcription factors coexpressed in cartilage. Whereas Sox5 and Sox6 single null mice are born with mild skeletal abnormalities, Sox5; Sox6 double null fetuses die with a severe, generalized chondrodysplasia. In these double mutants, chondroblasts poorly differentiate. They express the genes for all essential cartilage extracellular matrix components at low or undetectable levels and initiate proliferation after a long delay. All cartilages are thus extracellular matrix deficient and remain rudimentary. While chondroblasts in the center of cartilages ultimately activate prehypertrophic chondrocyte markers, epiphyseal chondroblasts ectopically activate hypertrophic chondrocyte markers. Thick intramembranous bone collars develop, but the formation of cartilage growth plates and endochondral bones is disrupted. L-Sox5 and Sox6 are thus redundant, potent enhancers of chondroblast functions, thereby essential for endochondral skeleton formation.

The long-term integrity of an articulating joint is dependent upon the nourishment of its cartilage component and the protection of the cartilage surface from friction-induced wear. Loss-of-function mutations in lubricin (a secreted glycoprotein encoded by the gene PRG4) cause the human autosomal recessive disorder camptodactyly-arthropathy-coxa vara-pericarditis syndrome (CACP). A major feature of CACP is precocious joint failure. In order to delineate the mechanism by which lubricin protects joints, we studied the expression of Prg4 mRNA during mouse joint development, and we created lubricin-mutant mice. Prg4 began to be expressed in surface chondrocytes and synoviocytes after joint cavitation had occurred and remained strongly expressed by these cells postnatally. Mice lacking lubricin were viable and fertile. In the newborn period, their joints appeared normal. As the mice aged, we observed abnormal protein deposits on the cartilage surface and disappearance of underlying superficial zone chondrocytes. In addition to cartilage surface changes and subsequent cartilage deterioration, intimal cells in the synovium surrounding the joint space became hyperplastic, which further contributed to joint failure. Purified or recombinant lubricin inhibited the growth of these synoviocytes in vitro. Tendon and tendon sheath involvement was present in the ankle joints, where morphologic changes and abnormal calcification of these structures were observed. We conclude that lubricin has multiple functions in articulating joints and tendons that include the protection of surfaces and the control of synovial cell growth.

The long-term integrity of an articulating joint is dependent upon the nourishment of its cartilage component and the protection of the cartilage surface from friction-induced wear. Loss-of-function mutations in lubricin (a secreted glycoprotein encoded by the gene PRG4) cause the human autosomal recessive disorder camptodactyly-arthropathy-coxa vara-pericarditis syndrome (CACP). A major feature of CACP is precocious joint failure. In order to delineate the mechanism by which lubricin protects joints, we studied the expression of Prg4 mRNA during mouse joint development, and we created lubricin-mutant mice. Prg4 began to be expressed in surface chondrocytes and synoviocytes after joint cavitation had occurred and remained strongly expressed by these cells postnatally. Mice lacking lubricin were viable and fertile. In the newborn period, their joints appeared normal. As the mice aged, we observed abnormal protein deposits on the cartilage surface and disappearance of underlying superficial zone chondrocytes. In addition to cartilage surface changes and subsequent cartilage deterioration, intimal cells in the synovium surrounding the joint space became hyperplastic, which further contributed to joint failure. Purified or recombinant lubricin inhibited the growth of these synoviocytes in vitro. Tendon and tendon sheath involvement was present in the ankle joints, where morphologic changes and abnormal calcification of these structures were observed. We conclude that lubricin has multiple functions in articulating joints and tendons that include the protection of surfaces and the control of synovial cell growth.

Adaptive radiation illustrates the links between ecological opportunity, natural selection, and the generation of biodiversity. Central to adaptive radiation is the association between a diversifying lineage and the evolution of key traits that facilitate the utilization of novel environments or resources. However, is not clear whether adaptive evolution or historical contingency is more important for the origin of key phenotypic traits in adaptive radiation. Here we use targeted sequencing of >250,000 loci across 46 species to examine hypotheses concerning the origin and diversification of key traits in the adaptive radiation of Antarctic notothenioid fishes. Contrary to expectations of adaptive evolution, we show that notothenioids experienced a punctuated burst of genomic diversification and evolved key skeletal modifications before the onset of polar conditions in the Southern Ocean. We show that diversifying selection in pathways associated with human skeletal dysplasias facilitates ecologically important variation in buoyancy among Antarctic notothenioid species, and demonstrate the sufficiency of altered trip11, col1a2 and col1a1 function in zebrafish (Danio rerio) to phenocopy skeletal reduction in Antarctic notothenioids. Rather than adaptation being driven by the cooling of the Antarctic, our results highlight the role of exaptation and historical contingency in shaping the adaptive radiation of notothenioids. Understanding the historical and environmental context for the origin of key traits in adaptive radiations provides context in forecasting the effects of climate change on the stability and evolvability of natural populations.