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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012)

23.10. - 26.10.2012, Berlin

Patientenspongiosa von Diabetes mellitus Typ 2 zeigt eine gesteigerte Genexpression von Stat1 bei Herunterregulation von ATF4 und SATB2: eine mögliche Ursache der diabetischen Osteopathie?

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Karl Braun - Klinik f. Unfallchirurgie RDI, MRI, München, Germany
  • Alexander Haug - Klinik f. Unfallchirurgie RDI, MRI, München, Germany
  • Thomas Freude - BG Unfallklinik Tübingen, Tübingen, Germany
  • Stefan Pscherer - Klinik für Innere Medizin, Traunstein, Germany
  • Ulrich Stöckle - BG Unfallklinik Tübingen, Tübingen, Germany
  • Andreas Nüssler - BG Unfallklinik Tübingen, Tübingen, Germany
  • Sabrina Ehnert - BG Unfallklinik Tübingen, Tübingen, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012). Berlin, 23.-26.10.2012. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2012. DocGR15-1361

DOI: 10.3205/12dkou459, URN: urn:nbn:de:0183-12dkou4597

Published: October 2, 2012

© 2012 Braun et al.
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Fragestellung: Patienten mit Diabetes mellitus Typ 2 (DM2) weisen eine verminderte Knochenqualität bei gleichzeitig erhöhter Knochendichte (BMD) auf. Um die zugrundeliegenden Mechanismen besser zu verstehen war es Ziel der folgenden Studie, Veränderungen der Genexpression von Schlüsselkomponenten osteogener Differenzierung in Osteoblasten unter Einfluss von Insulin und Glucose, sowie in diabetischer und nicht-diabetischer Patientenspongiosa zu analysieren.

Methodik: 32 humane Spongiosaproben (16 mit DM2 und 16 ohne DM2) wurden im Rahmen von Frakturversorgungen intraoperativ gewonnen. Nach initialer Schockgefrierung in flüssigem Stickstoff, erfolgte die Isolierung mittels TriFast®. Die RNA-Integrität und Reinheit wurde mittels Absorptionanalyse bestimmt. Expressionslevel der Gene wurde mittel RT-PCR bestimmt. Beta-Actin diente als house-keeping Ladekontrolle. Die densitometrische Auswertung wurde mittels ImageJ (NIH, Bethesda, USA) durchgeführt. Der Nachweis von TGF-Beta erfolgte mit Hilfe von Reporter Zellen.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: In vitro führt die Stimulation primärer humaner Osteoblasten mit Glukose und Insulin zu einer Herunterregulation von Stat1 und SATB2 gegenüber der Kontrollgruppe (p < 0,001) bei unverändertem ATF4. Dieselbe Regulation der Gene wurde durch Stimulation mit humanem rekombinantem TGF-Beta beobachtet. Die Gabe von Insulin induzierte die Sekretion von aktivem TGF-Beta. Nach Blockade des TGF-Beta-Signalings zeigt sich die durch Glukose und Insulin hervorgerufene Regulationsveränderung aufgehoben und die Expression der Transkriptionsfaktoren glich der Kontrollgruppe. Auch in vivo zeigen Patienten mit DM2 erhöhte TGF-Beta Serumspiegel. Spongiosa von Patienten mit DM2 zeigt, gegenüber der Kontrollgruppe, eine vermehrte Expression von Stat1 bei verminderter Expression von SATB2 und ATF4 (p<0,001).

Stat1 führt im Mausmodel zu einer verminderten Osteoblastenaktivität und enchondralen Knochenneubildung. Allgemein zeigt es antiproliferative und proapoptotische Effekte und beeinflusst den Knochenstoffwechsel entscheidend. Der Transkriptionsfaktor ATF4 findet sich fast ausschließlich in Osteoblasten und reguliert die Proteinsynthese von Kollagen I, einem Hauptbestandteil der ECM. Gleichzeitig führt er über eine verminderte Expression von Rankl zu einer Reduktion der Osteoklastenfunktion und hierüber zu einer gesteigerten BMD. SATB2 beeinflusst die Osteoblastendifferenzierung, unter anderem über Runx2. Eine Deletion von SATB2 im Mausmodel führte zu einer verzögerten Knochenbildung bei gleichzeitig fehlender Kollageneinlagerung in der extrazellulären Matrix. Die osteogene Differenzierung verschiedener Schlüsseltranskriptionsfaktoren primärer humaner Osteoblasten wird in vitro durch TGF-Beta und Insulin beeinflusst. Durch Blockade von TGF-Beta normalisiert sich die Expression der Transkriptionsfaktoren. Unsere Ergebnisse liefern somit eine mögliche Erklärung für die paradoxerweise gesteigerte BMD bei gleichzeitig verminderter Knochenqualität der ECM in DM2 via TGF-Beta.