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Titel

Expression, Regulierung und Funktion von ST2/IL1RL1 in Chondrozyten der Wachstumsplatte

Kurzfassung

Ein prominenter Expressionsort des Gens ST2 (IL1RL1) ist Knochengewebe, wobei jedoch das Wissen über Expression, Regulierung und Funktion von ST2 in Chondrozyten begrenzt ist. Immunhistochemische Analysen
der Wachstumsplatte in Mäusen zeigten eine auffallende ST2 Expression in hypertrophen Chondrozyten, sowohl im Femur als auch in der Tibia. Konträr dazu zeigte sich eine niedrige oder nicht vorhandene ST2 Expression in Ruhe- als auch
Proliferationszonen. Unterstützt wird dieser Befund durch die signifikante Expressionssteigerung des Oberflächenrezeptors (ST2L) als auch der löslichen Isoformen (sST2) während der hypertrophen Differenzierung von ATDC5 Zellen, sowie durch die Expression von hypertrophen Markern wie Collagen 10 (Col X), Runt-related transcription
factor 2 (Runx2) und Matrix-Metalloproteinase 13 (MMP-13). Runx2 vermittelt als Schlüsseltranskriptionsfactor die hypertrophe Differenzierung von Chondrozyten
durch Expressionsinduktion von Markern wie Col X und MMP-13 die. Funktionsmodifizierung durch „gain and loss of function“ Analysen von Runx2 unter Verwendung stabiler cDNA Transfektion sowie siRNA Knockdown offenbarte ST2 als neues Runx2-Target in Chondrozyten. Die Runx2-vermittelte
Hochregulierung von ST2 wurde weiters in primären humanen Chondrozyten der Wachstumsplatte (PHCs) bestätigt. Die Entstehung der ST2 Isoformen wird von proximalen und distalen Promotern zelltypspezifisch gesteuert. Wir wiesen den proximalen Promoter als dominant für die Expression von ST2 Isoformen in ATDC5 und PHCs nach, wenngleich auch der distale Promoter zu einer sST2 Expression in ATDC5 Chondrozyten beitragen kann.Einhergehend mit der ausgeprägten ST2 Expression in hypertrophen Chondrozyten beobachteten wir eine merkliche hypertrophe Größenreduktion in Kombination mit einer signifikant verringerten Expression von Col X und Osteocalcin (OSC) in den Wachstumsplatten von Femur und Tibia in ST2 Knockout-Mäusen im Vergleich mit Wildtyp (WT) Kontrollen. Diese Beobachtungen wurden durch den Effekt eines siRNA-vermittelten ST2 Knockdown in ATDC5 Zellen untermauert. Das ST2 Silencing war mit einem
leichten Rückgang von Col X, einer signifikanten Unterdrückung von OSC und dem vaskulären endothelialen Wachtumsfaktor A (VEGFA) und einer erhöhten Expression der beiden Proliferationsmarker Collagen II (Col II) und Sox9 in
ATDC5 Zellen verbunden. Folglich legen unsere Untersuchungen nahe, dass ST2 ein neuer Regulator von früher und später Chondrozyten-Differenzierung in ATDC5 Chondrozyten ist.
Weiters wurde die Runx2-vermittelte Modulation von Runx3, einem weiteren Mitglied der runt-bezogenen Transkriptionsfaktoren-Familie, in ATDC5 und PHCs
belegt. Die Auswirkung eines Runx3 Knockdowns auf Differenzierungsmarker in ATDC5 war ähnlich zu jener, die durch ST2 Silencing beobachtet wurde. Dies zeigt, dass ST2 und Runx3 proliferierend wirken und die hypertrophe
Differenzierung fördern. Der supprimierende Einfluss von ST2 und Runx3 auf die Runx2-vermittelte Hochregulation der hypertrophen Marker Col X, OSC, VEGFA und MMP-13 deutet auf eine kooperative Regulation der Chondrozyten-Hypertrophie durch Runx2-assoziierte Aktivierung der Downstream-Ziele ST2 und Runx3 in ATDC5-Chondrozyten hin. Zusammen genommen zeigt diese Studie zum ersten Mal die Expression, Regulierung und Funktion von ST2 in Chondrozyten, vor allem in postnatalen
Chondrozyten der Wachstumsplatte, wo das Knochenwachstum von komplexen molekularen und biochemischen Mechanismen kontrolliert wird, die noch nicht vollständig bekannt sind. Unsere Untersuchungen liefern wichtige neue Einblicke
in die Rolle von ST2 in der Funktion von Chondrozyten der Wachstumsplatte, wodurch weiteres Verständnis des hoch orchestrierten Prozesses des Knochenwachstums in Längsrichtung generiert wird.

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Publikationsjahr

2018

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