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Fragestellung: Das Cystein-reiche Protein 61 (CYR61/CCN1) wirkt in fundamentalen Prozessen wie Proliferation, Differenzierung, Angiogenese und Geweberegeneration. Wir konnten zeigen, dass die Expression von CYR61 durch osteogene und angiogene Faktoren in Osteoblasten in vitro zunimmt und dass die Expression in Situationen verstärkter Knochenneubildung und Frakturheilung in vivo erhöht ist. CYR61 enthält kurze Sequenzelemente mit Homologie zu BMP-2 interagierenden (und inhibitorisch wirkenden) Faktoren wie Chordin. Ziel der Studie war die Aufklärung einer möglichen Interaktion von CYR61 mit dem „bone-morphogenetic protein 2“ (BMP-2) und daraus resultierenden funktionellen Konsequenzen.

Methodik: Das CYR61 Protein wurde als Fusionsprotein mit dem IgG-Fc-Tag aus Baculovirus-infizierten Insektenzellen durch Affinitätschromatographie gereinigt. Proliferative Wirkungen zur Funktionskontrolle erfolgten mit dem WST-Test. Ein modifizierter Biacore-Assay diente der Analyse der Protein-Protein Interaktion. Die BMP-2-abhängige Stimulation der Alkalischen Phosphatase (AP)-Aktivität wurde photometisch anhand der C2C12 Zelllinie untersucht. Die Analyse der mRNA-Spiegel BMP-2-abhängiger Genprodukte erfolgte durch semiquantitative RT-PCR.

Ergebnisse: CYR61 wurde auf Protein A Filtern immobilisiert, und mit markiertem BMP-2 behandelt. Die in diesem Assay gemessene, spezifische Interaktion von CYR61 mit BMP-2 erfolgte mit einer Kd von 10-30 nM. Die funktionelle Konsequenz dieser Interaktion auf die Aktivitätsspiegel der BMP-2-abhängigen AP-Aktivität wurde in C2C12 Zellen untersucht. Dabei zeigte sich eine deutliche Stimulierung der AP-Aktivität von 100% durch eine Ko-Behandlung der Zellen mit BMP-2 (3-50 nM) und 250-500 ng/ml CYR61 verglichen mit der BMP-2 behandelten Kontrolle. CYR61 allein hatte keinen Effekt auf die AP-Aktivitätspiegel. Der BMP-2- Inhibitor Noggin reduzierte sowohl die BMP-2-abhängige als auch BMP-2/CYR61 zusätzlich stimulierten AP-Aktivitätsspiegel. Mehrere BMP-2 abhängige Genprodukte („distal-less homeobox 3“, Prostaglandin Endoperoxid Synthase 1, Hitze Schock 22 kDa Protein 8) wurden durch die Ko-Behandlung von C2C12-Zellen mit niedrigen BMP-2-Konzentrationen und CYR61 stimuliert, verglichen mit den Einzelbehandlungen.

Schlussfolgerung: Zusammenfassend dokumentieren die Ergebnisse die spezifische Interaktion von CYR61 mit BMP-2. Funktionelle Konsequenz dieser Interaktion ist eine Verstärkung der BMP-2-abhängigen Genregulation. Demzufolge ist CYR61 als ein neuer positiver Modulator BMP-2-abhängiger Prozesse im Mikroenvironment des Knochens aufzufassen. Diese Befunde unterstützen das Potential von CYR61 für die gezielte Stimulierung von Knochenneubildung und Frakturheilung in vivo.