Erforschung der Knochenbildung in der Embryonalphase
Bislang wurde beschrieben, wie während der Embryonalentwicklung Knochen, Sehnen und Bänder durch programmierte Differenzierung aus Chondrozyten entstehen. BMP-Proteine initiieren die so genannte Chondrogenese, und zwar über SMAD- und p38 MAPK-abhängige Signalwege. Da die Funktion und Bedeutung von SMAD4 bei der Differenzierung von Chondrozyten lange nicht geklärt werden konnte, widmete sich nun das Projekt SMAD4 LIMB SKELETON der Rolle von SMAD4 und der Knochenbildung in der Embryonalphase. Als geeignet für diese Studien erwies sich das Gliedmaßenmodell der Maus. Die Forscher deaktivierten Smad4 in mehreren Mausembryonen und konnten damit die Unterschiede bei der Chondrogenese genau beobachten. Ein Vergleich ergab, dass SMAD4 den Beginn der chondrogenen Differenzierung in den Extremitätenknospen einleitet und auch die Dynamik des Aktinzytoskeletts reguliert. In Smad4-defizienten Extremitätenknospen wurde eine Fehlbildung der Sox9-positiven Fingeranlagen und Skelettkomponenten beobachtet. Auch war die Expression von Kollagen Typ II gestört, das als Marker für die chondrogene Differenzierung fungiert. Weiterhin sind offenbar kritische Faktoren wie Cadherin-Komplexe, das Gremlin1-Protein und Semaphorin-Liganden von der Smad4-Defizienz betroffen. Isoliert und charakterisiert wurde eine Population mesenchymaler Stromazellen (MSC)/Vorläuferzellen aus dem Knochenmark adulter Mäuse. In laufenden Studien, die über einen Sinergia Network Grant finanziert werden, werden Gemeinsamkeiten und Unterschiede der chondrogenen Differenzierung bei diesen adulten MSC und mesenchymalen Zellen der Extremitätenknospen ermittelt. Die Untersuchungen sollen Aufschluss über unterschiedliche Entwicklungsprozesse bei der Knochen- und Knorpelbildung geben. Damit liefert das Projekt neues Wissen zu den für die Knochen- und Knorpelbildung wichtigen Faktoren im Embryonalstadium, das nun die Entwicklung innovativer Knochen- und Knorpelersatzmaterialien vorantreiben könnte. Davon wiederum könnte vor allem die zunehmende Zahl älterer Menschen mit erhöhtem Frakturrisiko profitieren sowie all jene, die Hüft- und Knieprothesen benötigen.
Schlüsselbegriffe
Knochen, Knorpel, Embryonalentwicklung, BMP-Signalweg, Differenzierung, Chondrogenese, SMAD, Smad4, Extremitätenknospe, Aktin, Skelett, Sox9, Kollagen Typ II, MSC
