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Fragestellung: Osteoporose entsteht durch ein Ungleichgewicht der Knochenhomöostase zugunsten des Knochenabbaus, u.a. reguliert durch Osteoprotegerin (OPG).

Das Protein Periostin wird von Osteoblasten (OB) im Periost exprimiert und wirkt als matrizelluläres Protein, welches den Knochenaufbau fördert. Es sind zehn durch alternatives Spleißen generierte Isoformen bekannt.

Die Rolle von Periostin bei der Pathogenese der Osteoporose war Gegenstand der vorliegenden Studie. Dazu wurde die Expression der Spleißvarianten in OB und die Abhängigkeit von Periostin in Bezug auf die Knochendichte analysiert. Des Weiteren sollte der Einfluss von Periostin auf die OPG-Sekretion in OB untersucht werden.

Methodik: Alle Versuche wurden in Zellkulturen primärer OB durchgeführt, welche aus Hüftköpfen im Rahmen von endoprothetischen Operationen gewonnen wurden. Es erfolgte zusätzlich eine DXA-Messung und die Einteilung je nach T-Wert entsprechend den WHO-Grenzwerten in Osteoporose- und knochendichtegesunde Zellen.

Die Kultivierung der OB erfolgte für 21 Tage unter Zugabe von 100 ng/mL Periostin oder 10 µM PF-573228, welcher signifikant die Periostin-Proteinexpression inhibiert. Anschließend wurden die Zellen und der Mediumüberstand analysiert. Die mRNA-Expression wurde in der qPCR mit Primern nach Cai et al. 2019 aus Zellisolaten bestimmt und mit der 2-DDCt Methode ausgewertet. OPG-ELISA erfolgten aus den Mediumüberständen.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Es zeigte sich eine prädominante Expression der Spleißvariante Periostin-4 in OB, ohne signifikante Änderung bei Osteoporose. Sie wird über 4,2-fach mehr als Periostin-3, das am zweithäufigsten nachgewiesen wurde, und signifikant vermehrt im Vergleich zu den Spleißvarianten 1 und 5 – 8 exprimiert (Dunn’s multiple comparison, p < 0,05, n = 16).

Im Vergleich zu knochendichtegesunden Patienten ist die Periostin-mRNA-Expression bei Osteoporose auf ein Drittel vermindert (p = 0,081, n = 14), die Periostin-Sekretion auf das 1,34-fache vermehrt (p = 0,4476, n = 10). Die Zugabe von Periostin inhibierte signifikant die OPG-Sekretion nach Differenzierung der OB auf das 0,92-fache (p = 0,004, n = 14).

Im menschlichen Knochen wird überwiegend Periostin-4 exprimiert, das vermutlich für die Funktionen im Knochen verantwortlich ist. Ferner konnten wir zeigen, dass es zu keiner alternativen Spleißvarianten-Expression in OB von Osteoporose-Patienten kommt.

mRNA-Expression und Proteinsekretion je nach Knochendichte zeigen einen entgegengesetzten Trend. Der zugrundeliegende Mechanismus ist unklar, möglich wäre eine posttranslationale Modifikation.

Extrazelluläres Periostin senkt die OPG-Sekretion. Zudem sezernieren OB von Patienten mit Osteoporose mehr Periostin, was zum Knochendichteverlust beitragen könnte. Periostin könnte somit eine Rolle in der Pathogenese der Osteoporose übernehmen.