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Fragestellung: Obwohl zelluläre und molekulare Abläufe während der Knochenheilung bereits Gegenstand intensiver Forschung gewesen sind, ist die Regulation der Genexpression durch microRNAs (miRs) während der Knochenheilung bisher unklar. Wir hypothetisierten, dass (I) während der Entwicklung von Pseudarthrosen miRs ein unterschiedliches Expressionsprofil aufweisen und dass (II) Zielproteine dieser unterschiedlich exprimierten miRs in Pseudarthrosen ebenfalls unterschiedlich exprimiert werden als im Kallusgewebe physiologisch heilender Kno-chen.

Methodik: In CD-1 Mäusen (n=14; 30-40 g; 9-14 Wochen alt) wurden standardisiert Frakturen induziert, die zu einer Pseudarthrose (Nonunion; n=7) oder physiologischen Knochenheilung (Union; n=7) führen. 7 Tage postoperativ wurde im Gewebe des Frakturspalts die Expression von miRs mittels Microarray-Extraktionsanalyse (Analyse von 1079 murinen miRs gemäß miR-Base; Bestimmung des Fold Change (FC); hierarchische Clusteranalyse) und quantitativer real-time Polymerase Chain Reaction (qrt-PCR; mittlere Zyklusanzahl) und die Expression der Zielproteine von miRs mittels Western Blot (Pixelintensität x 10⁵) untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: In Microarrays wurden 342 murine miRs detektiert. Aus den 50 miRs mit der höchsten Varianz konnte ein spezifisches Expressionsprofil je Gruppe erstellt werden. 44 der detektierten miRs zeigten signifikante Unterschiede in der Expression oder einen mittleren FC von ≥ 2 oder ≤ -2 zwischen den beiden Gruppen. Hiervon wurden 4 miRs zur qrt-PCR selektiert. In der Pseudarthrosen-Gruppe zeigte sich eine geringere Zyklusanzahl und somit ein erhöhtes Vorkommen für miR-140-3p (Union: 25,1±0,3; Nonunion: 22,8±0,5; p=0,003) und miR-140-5p (Union: 24,0±0,2; Nonunion: 21,7±0,6; p=0,003), während miR-3096 und miR-5099 keine signifikanten Unterschiede aufwiesen. Die Western Blots ergaben in der Pseudarthrosen-Gruppe eine geringere Expression der von miR-140 regulierten Zielproteine Dnpep (Union: 4,1±0,4; Nonunion: 0,4±0,2; p<0,001) und - ohne signifikanten Effekt - Stromal Cell-Derived Factor (SDF)-1α (Union: 7,5±3,6; Nonunion: 2,8±1,1; p=0,289).

Diese Daten zeigen, dass Frakturen, die zu Pseudarthrosen führen, bereits zu einem frühen Zeitpunkt ein anderes miR-Expressionsprofil aufweisen als solche, die regelrecht heilen. MiR-140-3p als Antagonist von Tumor-Nekrose-Faktor-α hemmt hierbei die Inflammationsreaktion in der frühen Phase der Knochenheilung. Zudem lassen Versuche an miR-140-5p-Knockout-Mäusen (Nakamura et al., 2011) vermuten, dass die erhöhte Expression von miR-140-5p die Mineralisierung von Kallusgewebe stört. Darüber hinaus hemmt miR-140 die Synthese von Dnpep und SDF-1α, die beide eine modulierende Wirkung auf das osteogene Bone-Morphogenetic-Protein-2 haben. Zusammenfassend ist miR-140 bei der Entstehung von Pseudarthrosen von Bedeutung und deren Modulation könnte bei der Behandlung von Pseudarthrosen von Nutzen sein.