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Fragestellung: Die Mechanotransduktion, ein zellulärer Mechanismus zur Umwandlung des mechanischen Stimulus in eine zelluläre Antwort, spielt eine entscheidende Rolle in der Erhaltung der Knochenmasse. An der Mechanotransduktion sind verschiedene intrazelluläre Signalwege beteiligt, die miteinander interagieren können und damit die zelluläre Antwort modulieren. Zwei dieser Signaltransduktionswege sind der Wnt/beta-Catenin- und der Östrogenrezeptor-Signalweg, die einen wichtigen Einfluss auf die Knochenbildung haben. Ungeklärt ist der Einfluss und Mechanismus einer Interaktion der beiden Signalwege bei der Mechanotransduktion in osteoblastären Zellen im Hinblick auf die Expression eines von über beiden Signalwegen regulierten Gens Cyclooxygenase-2 (Cox-2), das für die Prostaglandinsynthese wichtig ist.

Methodik: Primäre osteoblastäre Zellen aus Calvarien neonataler Mäuse und murine preosteoblastäre MC3T3-E1-Zellen wurden nach einer Kultivierungszeit von 5 Tagen mit spezifischen Aktivatoren (LiCl, E2) der Signaltransduktionswege inkubiert und mechanisch stimuliert. Parallel behandelte, nicht mit Aktivatoren und nicht mechanisch stimulierte Kulturen dienten als Kontrollen. Die Veränderung der Cox-2-Expression wurde mittels quantitativer RT-PCR analysiert. Statistik: Wilcoxon-Signed-Rank-Test.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Mechanische Stimulation führte zu einer Heraufregulation der Cox-2-Expression in primären osteoblastären Zellen und MC3T3-E1-Zellen. LiCl und E2 führte ebenfalls zu einer Erhöhung der Cox-2-Expresssion in primären osteoblastären Zellen. Nach Behandlung mit LiCl, E2 und mechanischer Stimulation erfolgte eine Herunterregulation der Cox-2-Expression. In MC3T3-E1-Zellen erfolgte nach Zugabe von LiCl eine Erhöhung der Cox-2-Expresssion und nach zusätzlicher mechanischer Stimulation eine Herunterregulation. E2 hatte keinen signifikanten Effekt auf die Expression von Cox-2, sensibilisierte jedoch für die mechanische Regulation. Die zusätzliche Zugabe von LiCl führte zu einer Aufhebung des Sensibilisierungseffekts.

Mechanische Stimulation bzw. der Wnt/beta-Catenin- und Östrogenrezeptor-Signalweg sind an der Regulierung der Cox-2-Expression in osteoblastären Zellen beteiligt. Die Aufhebung des sensibilisierenden Effektes von E2 auf die mechanische Stimulierbarkeit osteoblastärer Zellen durch LiCl weist auf eine Interaktion der beiden Signalwege mit mechanisch induzierten Signaltransduktionswegen bei der Regulation der Cox-2-Expression hin. Es kann angenommen werden, dass diese Interaktion einen wichtigen Regulationsmechanismus für die mechanisch induzierte Knochenbildung darstellt.