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Fragestellung: Die Überexpression des AP-1 Transkriptionsfaktors ΔFosB sowie seiner N-terminal trunkierten Isoform Δ2ΔFosB führt zu einem osteosklerotischen Phänotyp in vivo. Ex vivo und in vitro kommt es zu einer gesteigerten Expression osteoblastärer Marker sowie zu einer verstärkten Osteoblastendifferenzierung. Ziel dieser Arbeit ist die Analyse diesem Phänotyp zugrunde liegender molekularer Mechanismen.

Methodik: Zur Identifizierung und Charakterisierung von interagierenden Proteinen wurden yeast-two-hybrid screens und Co-Immunopräzipitationsassays angewendet. Ein transgenes Mausmodell zur Überexpression von Zfp521 wurde etabliert und histomorphometrisch analysiert. In situ Hybridisierungen und konfokale Lasermikroskopie dienten der weiteren Charakterisierung. Funktionelle Analysen erfolgten ex vivo und in vitro mittels RNAi-knockdown und adenoviralem Gentransfer. Die Osteoblastendifferenzierung wurde anhand der Aktivität der alkalischen Phosphatase, der Matrixmineralisierung und durch quantitative Analysen von Markersequenzen bestimmt.

Ergebnisse: Zfp521 wurde als Δ2ΔFosB-Interaktionspartner identifiziert. Zfp521 besteht aus 30 Zinkfingern vom C2H2-Typ und hat ein Molekulargewicht von 180 kDa. Zfp521 ist embryonal sehr früh (E12.5) in mesenchymalen Kondensationen exprimiert und findet sich später im Perichondrium, im Periost, in Osteoblast- und Chondroblastvorläuferzellen, in prä-hypertrophen Chondrozyten, in Osteoblasten und in Osteozyten. Zfp521 ist nukleär lokalisiert, interagiert zusätzlich zu Δ2ΔFosB auch mit Runx2 und unterdrückt dessen transkriptionelle Aktivität als auch die Expression von Runx2 selbst wie auch die der Alkalischen Phosphatase und anderer Osteoblastenmarker. Die Proteininteraktion wird von den Zinkfingern 6-10 und 26-30 vermittelt. RNAi-knockdown von Zfp521 mittels RNAi begünstigt die Osteoblastendifferenzierung in vitro. Die adenovirale Überexpression von Runx2 ex vivo hingegen konnte dosisabhängig den durch Zfp521 vermittelten Phänotypen aufheben, was zeigt, dass Zfp521 nicht nur mit Runx2 interagiert, sondern auch funktionell antagonistisch wirkt. Ungeachtet des negativen Effektes von Zfp521 auf die Osteoblastendifferenzierung in vitro führt die Überexpression in vivo jedoch zu einem osteosklerotischen Phänotyp.

Schlussfolgerungen: Aufgrund der bekannten Dualität von Runx2 bestehend aus der Stimulation der Osteoblastendifferenzierung in der Frühphase und der Antagonisierung der Osteoblastenreifung in der Spätphase schlussfolgern wir, dass Zfp521 die Osteoblastendifferenzierung zu einem frühen Zeitpunkt durch Antagonisierung von Runx2 inhibiert und die spätere Osteoblastenreifung stimuliert. Demnach würde das Gleichgewicht von Zfp521 und Runx2 die Osteoblastendifferenzierung während der embryonalen Knochenentwicklung als auch im adulten Skelett bestimmen. Dies könnte zumindest teilweise den durch Δ2ΔFosB verursachten Phänotyp erklären.