Die Bedeutung von Apolipoprotein E für die Differenzierung von Osteoblasten in vitro

Abstract

Im Mausmodell führt genetische ApoE Defizienz aufgrund einer erhöhten Knochenformation zu einer erhöhten Knochenmasse. Der zugrunde liegende molekulare Mechanismus dieses Phänotyps wird bisher nicht verstanden. Mit dieser Arbeit sollte die Hypothese geprüft werden, dass ApoE die Differenzierung und Funktion von Osteoblasten direkt inhibiert. Ebenfalls wird postuliert, dass eine unterschiedliche inhibitorische Potenz zwischen den einzelnen ApoE Isoformen (ApoE2, E3, E4) besteht. Humane mesenchymale Stammzellen mit genetisch modifizierter Überexpression der ApoE Isoformen E3 und E4, sowie mit shRNA vermittelter verminderter ApoE Expression, wurden als Zellmodell verwendet, um den Effekt endogener Unterschiede der ApoE Expression auf das Differenzierungsverhalten zu analysieren. Anhand des shRNA ApoE Knockdown wurde deutlich, dass eine verminderte endogene ApoE Expression zu einer Steigerung der Osteoblastenaktivität führt. Experimente mit exogenem ApoE ergaben hingegen einen inhibitorischen Effekt auf osteogene Differenzierungsmarker und Aktivitätsmarker. Diese Ergebnisse zeigen eindeutig, dass ApoE einen inhibitorischen Effekt auf die Differenzierung und Aktivität von Osteoblasten in vitro ausüben kann, wobei die Inhibition durch ApoE4 tendenziell stärker ausfiel als die durch ApoE3. Hinsichtlich der endogenen ApoE Überexpression ergaben sich keine isoform-spezifischen Unterschiede. Ergänzend zum humanen Zellmodell wurden murine Osteoblasten mit genetisch bedingter ApoE Defizienz analysiert. Sowohl im humanen als auch im murinen Zellsystem wurde der Einfluss von ApoE auf die wnt/ß-catenin Signaltransduktionskaskade untersucht. Die zelluläre ß-catenin Akkumulation wurde durch ApoE reduziert und durch ApoE Defizienz gesteigert. Die Aktivität des Transkriptionsfaktors LEF/TCF sowie die Transkription LEF/TCF abhängiger Gene wurden ebenfalls durch ApoE reduziert und durch ApoE Defizienz gesteigert. Zusammenfassend demonstrieren die Ergebnisse dieser Arbeitet, dass ApoE einen inhibitorischen Effekt auf die Differenzierung und Funktion humaner und muriner Osteoblasten ausübt. Es wurde gezeigt, dass die Inhibition zumindest partiell über die wnt/ß-catenin Signaltransduktionskaskade vermittelt wird. Dadurch kann der Knochenphänotyp ApoE defizienter Mäuse jetzt auf molekularer Ebene erklärt werden. Bezüglich der Frage, ob diesbezüglich Unterschiede zwischen den ApoE Isoformen bestehen, sind weitere Untersuchungen erforderlich.