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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-75151
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2015/7515/


Funktion Mannose-6-Phosphat-haltiger Proteine im Knochenstoffwechsel : Untersuchungen am Gnptabc.3082insC-Mausmodell (mus musculus)

Karkmann, Kathrin

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Basisklassifikation: 44.77
Institut: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin, Gesundheit
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Braulke, Thomas (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 09.06.2015
Erstellungsjahr: 2014
Publikationsdatum: 27.08.2015
Kurzfassung auf Deutsch: Nonsense- und Frameshift-Mutationen im GNPTAB-Gen führen zu einer lysosomalen Speichererkrankung, Mukolipidose II (MLII). Das Gen kodiert die N-Acetylglucosamin-1-Phosphotransferase (GlcNAc-1-Phosphotransferase), das Schlüsselenzym bei der Synthese vom Mannose-6-Phosphat (M6P)-Erkennungssignal an löslichen lysosomalen Enzymen. Das Fehlen der M6P-Markierung führt zu einer Fehlsortierung und Sekretion lysosomaler Enzyme, lysosomaler Dysfunktion und Akkumulation nicht abbaubaren Materials in den Lysosomen. Klinisch sind MLII-Patienten durch psychomotorische Retardierung, Dysostosis multiplex (z.B. kurze Extremitäten, Gibbusdeformitäten, Osteopenie und Wachstumsstillstand) und frühzeitigen Tod in der ersten Lebensdekade gekennzeichnet. Für die experimentellen Analysen der vorliegenden Arbeit stand eine GlcNAc-1-Phosphotransferase-knock-in Maus zur Verfügung, die alle Symptome der menschlichen Erkrankung aufwies. Die Ziele der hier durchgeführten Untersuchungen waren auf 1. die Aufklärung der Mechanismen der erhöhten Knochenresorption bei MLII und 2. die Identifizierung von Osteoblasten-gesteuerten Proteinen gerichtet, die
potentiell für die gestörte Osteoklastogenese bei MLII in Frage kommen. Folgende Ergebnisse wurden erzielt:
1. Konfokalmikroskopische Analysen von Osteoklasten aus WT- und MLII-Mäusen, die auf Dentinmaterial wuchsen, haben in vitro keine signifikanten Unterschiede in der Resorptionsaktivität ergeben.
2. Microarray-Analysen des Transkriptoms von WT- und MLII-Osteoblasten zeigten, dass in MLII-Osteoblasten Gene der Osteoblastendifferenzierung erniedrigt und Gene, die die Osteoklastogenese regulieren, erhöht waren. Besonders stark erhöht war die Expression des pro-osteoklastogenen Zytokins Interleukin-6 (IL-6). Die Array-Daten wurden für eine Anzahl von Genen durch quantitative Realtime-PCR verifiziert.
3. Aus konditionierten Medien von Maus-Osteoblasten wurde die Gesamtheit neu synthetisierter M6P-modifizierter Proteine durch eine anti-M6PZusammenfassung Affinitätschromatographie gereinigt und durch Massenspektrometrie analysiert. Unter den so identifizierten Proteinen befanden sich 41 bekannte lysosomale Proteine sowie 42 Kandidaten-Proteine, für die bisher keine lysosomale Funktion bekannt ist. Zusammenfassend zeigen die vorgelegten Daten, dass die erhöhte Zahl von Osteoklasten bei MLII, die die gleiche Resorptionsaktivität aufwiesen wie WT-Osteoklasten, zusammen mit der eingeschränkten Mineralisierungsfunktion der MLII-Osteoblasten für den osteopenischen Phänotyp verantwortlich sind. Die Transkriptionsanalysen in MLII-Osteoblasten zeigten die zentrale RANKL-unabhängige Rolle von IL-6 für die gesteigerte Osteoklastogenese bei MLII. Damit stellt dieses Zytokin ein neues Zielprotein für alternative Behandlungsstrategien von Veränderungen im Skelettsystem bei MLII und anderen lysosomalen Speichererkrankungen dar. Die identifizierten M6P-haltigen Kandidaten-Proteine, die von Osteoblasten sezerniert werden, können als potentielle neue Signalmoleküle für eine Osteoblasten-regulierte Osteoklastogenese angesehen werden und sind das Ziel weiterführender biochemischer und zellbiologischer Untersuchungen.

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