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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
71. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 93. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie und 48. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

24. - 27.10.2007, Berlin

Molekulare und bioinformatische Analyse der Plastizität zwischen adipogener und osteogener Differenzierung humaner mesenchymaler Stammzellen

Meeting Abstract

  • N. Schütze - Orthopädische Klinik, Universität Würzburg, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Würzburg, Germany
  • R. Küffner - Ludwig Maximilians Universität München, Institut für Praktische Informatik, Abtlg für Bioinformatik, München, Germany
  • L. Klein-Hitpass - Universität Duisburg-Essen, Institut für Zellbiology (Tumorforschung), Essen, Germany
  • R. Zimmer - Ludwig Maximilians Universität München, Institut für Praktische Informatik, Abtlg für Bioinformatik, München, Germany
  • F. Jakob - Orthopädische Klinik, Universität Würzburg, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Würzburg, Germany
  • T. Schilling - Orthopädische Klinik, Universität Würzburg, Orthopädisches Zentrum für Muskuloskelettale Forschung, Würzburg, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 71. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 93. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 48. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 24.-27.10.2007. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2007. DocE34-187

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/dkou2007/07dkou164.shtml

Veröffentlicht: 9. Oktober 2007

© 2007 Schütze et al.
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Gliederung

Text

Die altersassoziierte Zunahme des Fettgewebes und die Abnahme der Knochenmasse sind invers miteinander verknüpft. Neben Änderungen in der Effizienz der zugrunde liegenden Differenzierungswege könnte die Transdifferenzierung von (Pre-)Osteoblasten zur fettigen Degeneration beitragen. Da die molekularen Grundlagen dieses Prozesses jedoch unbekannt sind, ist das Auffinden von neuen Angriffspunkten für therapeutische Anwendungen, die die Adipogenese inhibieren und die osteogene Differenzierung stimulieren, von fundamentaler Bedeutung. Wir konnten ein Zellkultursystem aus humanen mesenchymalen Stammzellen (MSCs) des Knochenmarks etablieren, in dem eine Transdifferenzierung von Osteoblasten zu Adipozyten und umgekehrt möglich ist. Ziel dieser Arbeit war die Identifizierung von mRNA-Spezies, die für die Initiation dieser Transdifferenzierung verantwortlich sind. Die Isolierung der MSCs, die adipogene und osteogene Differenzierung bzw. Transdifferenzierung sowie Kontrollen der Differenzierungen auf Protein und RNA-Ebene erfolgten nach Standardmethoden. 3h und 24h nach Initiation der adipogenen Transdifferenzierung von Osteoblasten-Vorläufern bzw. auch der osteogenen Transdifferenzierung von Adipozyten wurden RNA-Proben für Affymetrix-Analysen (Gene Chip HG-U 133 2.0 plus) isoliert. Die Auswertung der doppelt durchgeführten Genarrays erfolgte anhand der Signal Log Ratios und Change p-Values. Reevaluierungen erfolgten mit RT-PCR. Die adipogene bzw. osteogene Transdifferenzierung lieferte 415 bzw. 920 reproduzierbar regulierte Gene (Regulation ≥ 2-fach, Change p-Value <0,001 bzw. >0,999). Viele Gene waren in beiden Transdifferenzierungsrichtungen reziprok reguliert. Ein bioinformatischer Algorithmus wurde entwickelt, um alle 16 „gene chips“ im Kontext auszuwerten und damit eine Rangliste der regulierten Gene zu erstellen. Dabei ging die Reproduzierbarkeit der Regulation, das Ausmaß der Regulation und besonders auch die reziproke Regulation in den reziproken Transdifferenzierungswegen ein. Besonders gute Kandidaten-Gene als molekulare Schaltstelle waren u. a. Komponenten der Wnt/catenin, IGF und FGF-Signalwege. Die funktionelle Überprüfung zeigte, dass die Gabe von FGF1 (6-25 nM) effizient die adipogene Differenzierung von MSCs inhibieren konnte.

Die Identifizierung von Schlüsselmolekülen, die mit der Transdifferenzierung von Osteoblasten bzw. Adipozyten bei MSCs in Zusammenhang stehen, wurde durch die Kombination der Affymetrix-„GeneChip Operating Software“ mit weiterer bioinformatischer Analyse ermöglicht. Die prinzipielle Verwertbarkeit der erhaltenen Rangliste regulierter Gene wurde durch die funktionellen Testungen mit FGF1 belegt. Die funktionelle Untersuchung einzelner Gene, die nach den Ergebnissen in den beiden verschiedenen Transdifferenzierungsrichtungen reziprok reguliert sind, könnte neue Signalwege und Faktoren aufdecken, die den Prozess auslösen oder sogar als „molekulare Schalter“ zwischen den beiden Differenzierungswegen agieren.