Die Rolle der Transkriptionsfaktoren “runt-related transcriptionfactor-2“ (RUNX2) und Osterix in humanen Osteoblasten

Abstract

Der physiologische Knochenstoffwechsel ist in seinen komplexen Differenzierungsprozessen noch ungenügend verstanden. Die vorliegende Dissertation hat zum Ziel, zwei für den Knochenstoffwechsel essenzielle Transkriptionsfaktoren, RUNX2 und Osterix (OSX), genauer zu charakterisieren, um einen Beitrag zum besseren Verständnis der osteoblastären Differenzierung zu leisten. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden die beiden osteoblastären Transkriptionsfaktoren OSX und RUNX2 in das mit pHOB von Siggelkow et al. (2004) reproduzierte Owen-Modell (Owen TA et al. 1990) integriert. Dabei zeigte sich, dass RUNX2 einen konstanten Genexpressionsverlauf und OSX mit zunehmender osteoblastärer Differenzierung einen abfallenden Genexpressionsverlauf besitzt. Die sich anschließende Fragestellung, welcher der beiden Transkriptionsfaktoren im humanen System frühzeitiger exprimiert wird, konnte im humanen Stammzell- und Primärkulturmodell erörtert werden. Die Ergebnisauswertung hatte zum Resultat, dass RUNX2, wie in der Literatur beschrieben, früher im Differenzierungsweg eines Osteoblasten exprimiert wird. Im zweiten Abschnitt der vorliegenden Promotionsarbeit stellte sich die Frage, welchen Effekt eine achttägige Suppression einer der beiden Transkriptionsfaktoren, RUNX2 oder OSX, auf die osteoblastäre Reifung hat. In diesem Zusammenhang wurde die Methodik der RNA-Interferenz mit Lipofectamine 2000 im Zellsystem mit HOS 58 und pHOB etabliert. Es wurde der Transkriptionsfaktor RUNX2 supprimiert, da er im Gegensatz zu OSX früher und konstanter exprimiert wird. Unter der Suppression von RUNX2 konnte ein kausaler Zusammenhang zwischen RUNX2 und den osteoblastären und adipozytären Markern AP, OC, OSX, PPARy2, LPL und aP2 beobachtet werden, wobei die Genexpression der osteoblastären Marker signifikant gehemmt und die der adipozytären Marker signifikant induziert wurde. Eine gleichzeitig osteoblastäre Stimulation scheint einige hemmende Effekte der Suppression von RUNX2 insbesondere von OC zu überlagern. Die induktiven Effekte bezüglich der adipogenen Marker blieben durch die osteoblastäre Stimulation eher unberührt. Da die Genexpression von OSX in einigen Patientenproben nicht nachweisbar war, befasste sich der Abschluss dieser Arbeit mit der Fragestellung bezüglich einer möglicherweise direkten klinischen Relevanz von RUNX2 und insbesondere von OSX, da OSX inkonstanter exprimiert wurde. Dazu wurden sämtliche dem Knochenstoffwechsel zugehörige serologische und histomorphometrische Parameter in Knochenproben von insgesamt 15 Personen (Siggelkow et al. 2003) untersucht, wobei neun Personen an verschiedenartigen Erkrankungen des Knochenstoffwechsels litten. Die restlichen sechs Personen fungierten als gesunde Kontrollpersonen. Beide Transkriptionsfaktoren wurden in den Proben der erkrankten Personen hochsignifikant stärker exprimiert als in den Kontrollproben. Die statistische Auswertung zeigte jedoch nur für den Transkriptionsfaktor OSX signifikante Korrelationen zur Knochendichte, zu histomorphometrischen Parametern und zu Zytokinen, die am Knochenstoffwechsel beteiligt sind. RUNX2 korrelierte lediglich zu einem Parameter der Knochenresorption signifikant positiv. Die erhobenen Ergebnisse deuten daraufhin, dass OSX einen knochenprotektiven Faktor darstellt und sogar einem Ungleichgewicht zwischen Knochenformation und Knochenresorption durch verschiedene Expressionsmuster entgegensteuert. Insgesamt hat die vorliegende Arbeit einen wesentlichen Teil dazu beigetragen, um die komplexen Funktionsweisen der Transkriptionsfaktoren OSX und RUNX2 während der osteoblastären Differenzierung besser zu verstehen. Der Transkriptionsfaktor OSX darf zusätzlich als möglicher klinisch relevanter Parameter registriert werden.