Identifizierung Skelett- und Osteoarthrose-relevanter Genregelkreise auf der Basis der GPC-Array-II Genexpressionsdaten

Die pathophysiologischen Prozesse, die zur Osteoarthrose führen, kann man allgemein auf ein Ungleichgewicht zwischen Genen mit anaboler Wirkung und solchen mit kataboler Funktion zurückführen. Einen direkteren Zugang zu Genen mit spezifischer Bedeutung für Entstehung und Progression der Osteoarthrose könnte sich durch Analyse von zellulären Mechanismen ergeben, die an Entwicklung, Wachstum und Homeostase des Knorpel- und Knochengewebes beteiligt sind. In den letzten Jahren konnten entscheidende Fortschritte bei der Aufklärung komplexer Reaktionskaskaden der normalen und pathologischen Skelettentwicklung gemacht werden.

Dabei liegt den Störungen eine fehlerhafte Steuerung und Entwicklung der Zellen des Knorpel/Knochengewebes zugrunde oder es können Defekte vorliegen, die durch Zellfunktionsstörungen im Rahmen des Zellstoffwechsels bzw. beim Auf- und Umbau der Extrazellulärmatrix resultieren. Defekte der Zellsteuerung und der damit verbundenen Zellentwicklung kommen z.B. durch Mutationen von Signalgenen zustande, welche - häufig über Signalpeptide, Wachstumsfaktoren und deren Rezeptoren, sowie Transkriptionsfaktoren - die einzelnen Schritte der zellulären Positionierung, Migration, Proliferation, Differenzierung, Apoptose, usw. steuern. Defekte der Zellfunktion basieren oft auf Genmutationen, die zu fehlerhafter Produktion oder Verarbeitung von Bestandteilen der Matrix führen. Dies betrifft also insbesondere die Prozesse von Matrixbildung, Matrixabbau und der damit zusammenhängende Substrat-Transport. Die Aufklärung dieser Geninteraktionen und die Suche nach Gemeinsamkeiten zwischen Vorgängen der Skelettentwicklung und der Pathogenese von Osteoarthrose kann wesentlich zum Verständnis und zur Entdeckung neuer Behandlungsmöglichkeiten der Erkrankung beitragen.

Ziel des Projektes ist es, aus der nun vorliegenden Genliste von Array II eine größere Anzahl von signifikant differentiell regulierter Gene auszuwählen, um ihr Expressionsmuster während der Skelettentwicklung im murinen System zu untersuchen. Mit Hilfe der dabei angewandten Techniken (u.a. ’whole mount’ in situ Hybridisierung, in situ Hybridisierung an histologischen Gewebsschnitten, Northern Blot Analysen) werden Daten zu ihrer gewebs- und zeitspezifischen Aktivität gewonnen, die es erlauben, einzelne diese Gene bereits bekannten Reaktionskaskaden der Knorpel/Knochenentwicklung zuzuordnen. Auf dieser Grundlage sollen sie in einen möglichen Zusammenhang zur Pathogenese der Osteoarthrose gestellt werden. Diese Erkenntnisse können dann gezielt im Rahmen des Leitprojekts durch entsprechende in vitro Experimente überprüft und ergänzt werden. In diese Untersuchungen sollen schließlich auch weitere Gene einfließen, die primär nicht durch die Array II Experimente auffielen, die aber als Partner bzw. Teil der identifizierten Genregelkreise von Interesse sein könnten.

Die Auswertung der Hybridisierungsergebnisse von Array I ergab z.B. eine deutlich verminderte Expression des Gens Phosphoadenosin-Phosphosulfat Synthase-2 (PAPSS2) in Osteoarthrosegewebe. PAPSS2 ist ein bifunktionales Enzym, welches für die Sulfatierung der extrazellulären Matrixmoleküle in der Skelettentwicklung eine wichtige Funktion übernimmt. Von uns durchgeführte Untersuchungen in der Maus zeigten eine starke Expression im sich entwickelnden Knorpel/Knochensystem (1). Mutationen des PAPSS2-Gens konnten bereits als Ursache einer spondyloepimetaphysären Dysplasie nachgewiesen werden (2). Diese seltene Skeletterkrankung ist u.a. auch durch früh einsetzende osteoarthrotische Veränderungen charakterisiert. Ikeda et al. (3) zeigten zwar anhand von DNA-Polymorphismen, dass PAPSS2 selbst nicht als mögliches Osteoarthrose-Kandidatengen in Frage kommt. Es würde sich jedoch sicher die Untersuchung weiterer Gene lohnen, die im Sulfatstoffwechsel eine Rolle spielen, wie z.B. PAPSS1, da es sich hierbei um die vorwiegend im adulten Organismus exprimierte Enzym- Isoform handelt.

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