Year: 2014
Type: dissertation
Abstract: Die Bildung von Knochengewebe ist ein kontinuierlicher Prozess, der durch spezielle Knochenzellen wie Osteoklasten und Osteoblasten charakterisiert ist. Dabei dienen Osteoklasten dem Abbau und Osteoblasten dem Wiederaufbau des Knochengewebes. Das Gleichgewicht von Knochenabbau und Knochenneubildung unterliegt einer komplexen Regulation, die die Zelldifferenzierung und Zellaktivität beeinflusst, um so die Struktur und Funktion des Knochengewebes zu erhalten. Fehlfunktionen dieser Regulation führen zu Knochenkrankheiten wie Osteoporose oder Osteopetrose. Die Reifung von knochenabbauenden Osteoklasten wird durch die Bindung von RANKL an dessen Rezeptor RANK stimuliert. Nachfolgend kommt es zur Bindung von TRAF 6 was zur Aktivierung der MAP-Kinase-Kaskade mit anschließender Stimulation der Transkriptionsfaktoren AP-1, NFκB und NFATc1 führt. Dabei vermittelt NFATc1 schlussendlich die Osteoklastendifferenzierung. In der vorliegenden Arbeit wurde ein alternativer RANK-unabhängiger Signalweg der Osteoklastendifferenzierung unter der Beteiligung heterotrimerer G-Proteine identifiziert. Die Aktivierung der Gαq/11-Familie durch das Pasteurella multocida-Toxin führt zu einer Differenzierung von Osteoklasten-Vorläuferzellen in reife Osteoklasten. Das 146 kDa große Proteintoxin, wurde als Ursache der Atrophischen Rhinitis identifiziert. Dabei handelt es sich um eine Erkrankung der oberen Atemwege, die durch eine dauerhafte Atrophie der Nasenmuschel gekennzeichnet ist. PMT führt somit zu einer Reduktion der Knochenmasse, was zum Abbau des Nasenmuschelknochens mit anschließender Deformation der Nase führt. Das Proteintoxin ist eine Deamidase, die selektiv die α-Untereinheiten heterotrimerer G-Proteine deamidiert und diese dadurch in einen permanent aktiven Zustand überführt. Das Toxin ist in der Lage die G-Proteinfamilien Gα12/13-, Gαq/11- und Gαi1-3 zu modifizieren und dadurch die nachgeschalteten Signalwege und Proteine zu aktivieren. Anhand der Deamidierung heterotrimerer G-Proteine konnten primär isolierte CD14+-Monozyten und Raw264.7-Makrophagen als osteoklastogene Zielzellen des Toxins identifiziert werden. Zudem beweist die Deamidierung primär isolierter Knochenmarkzellen von intraperitoneal injizierten Mäusen, dass PMT nicht nur lokal an der Injektionsstelle agiert, sondern durch eine systemische Verteilung das Knochenmark erreicht. Mit Hilfe eines pharmakologischen Inhibitors und durch die ektopische Expression von RGS-Proteinen konnte Gαq/11 als essenzieller Faktor der PMT-vermittelten Osteoklastogenese identifiziert werden. Weiterhin ist die Aktivierung der kleinen GTPase Ras und der MAP-Kinase-Kaskade von besonderer Bedeutung für die PMT-vermittelte Osteoklastendifferenzierung. Durch den Einsatz weiterer pharmakologischer Inhibitoren konnte die PLC β1 als Gαq/11-Effektor identifiziert werden. Ausgehend von der PLC β1 wird Ras offenbar durch die PKC-stimulierten Tyrosinkinasen Src und Pyk2 aktiviert. Anschließend erfolgt die Transaktivierung MAP-Kinase-Kaskade, die die Transkription des für die Osteoklastendifferenzierung essenziellen Faktors NFATc1 bedingt. PMT vermittelt somit über die Gαq/11-PLC β1-PKC-Src/Pyk2-Ras-Signalkaskade die Osteoklastogenese. Interessanterweise stimuliert PMT nicht nur die Differenzierung, sondern auch die knochenresorbierende Funktion von reifen Osteoklasten. Diese Funktion kann ebenso wie die Differenzierung durch die Hemmung von Gαq/11 blockiert werden. Zudem beeinflusst die Hemmung von Gαq/11 nicht nur die PMT-induzierte Differenzierung, sondern auch die RANKL-vermittelte Osteoklastogenese. Demnach nehmen heterotrimere G-Proteine eine besondere Rolle in der Osteoklastendifferenzierung ein. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass PMT die Osteoklastendifferenzierung und –funktion stimuliert. Zudem konnte ein RANK-unabhängiger Signalweg identifiziert werden, der unter Beteiligung heterotrimerer G-Proteine für den PMT-induzierten Phänotyp verantwortlich ist.
Author: Strack, Julia
Institution: University of Freiburg
Language: German
Topic: Bone Metabolism and Diseases
Subfield: Molecular Biology
Domain: Life Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7134683522