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German Congress of Orthopaedics and Traumatology (DKOU 2016)

25.10. - 28.10.2016, Berlin

Gendefizienz des nikotinischen alpha9 Acetylcholinrezeptors im Knockout-Mausmodell führt zu Veränderung der Knochenstruktur

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Lisa Baumann - Institut für experimentelle Unfallchirurgie, JLU Gießen, Gießen, Germany
  • Vivien Kauschke - Institut für experimentelle Unfallchirurgie, JLU Gießen, Gießen, Germany
  • Anna Kovtun - Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Ulm, Germany
  • Lutz Dürselen - Institut für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik, Ulm, Germany
  • Marian Kampschulte - Experimentelle Radiologie, JLU Gießen, Gießen, Germany
  • Christian Heiß - Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, UKGM Gießen, Institut für Experimentelle Unfallchirurgie, JLU Gießen, Gießen, Germany
  • Katrin Susanne Lips - Institut für experimentelle Unfallchirurgie, JLU Gießen, Gießen, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2016). Berlin, 25.-28.10.2016. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2016. DocPO30-830

doi: 10.3205/16dkou795, urn:nbn:de:0183-16dkou7955

Published: October 10, 2016

© 2016 Baumann et al.
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Fragestellung: Acetylcholin (ACh) spielt nicht nur im Nervensystem als Neurotransmitter, sondern auch als vielseitiges Signalmolekül in nicht-neuronalen Zellen eine wichtige Rolle. In Knochenzellen ist ACh entscheidend an der Steuerung von Proliferation, Differenzierung und Apoptose beteiligt. ACh bindet dabei an muskarinerge oder nicotinerge Acetylcholinrezeptoren (nAChR). Letztere sind ligandengesteuerte Ionenkänale, die aus fünf Untereinheiten aufgebaut sind. Die Untereinheit α9 kann als Homopentamer oder in Kombination mit α10-Unterheiten als Heteropentamer aufgestellt sein. In Zellkulturversuchen mit humanen osteogen differenzierten, mesenchymalen Stammzellen konnten sowohl nAChRα9 als auch nAChRα10 nachgewiesen werden. Osteoblasten weiblicher, osteoporotischer Spender zeigten eine Reduktion des nAChRα10 auf mRNA-Ebene. In der vorliegenden Studie sollte ermittelt werden, wie sich eine Deletion des nAChRα9 oder nAChRα10 auf die Festigkeit, Mikrostruktur und das Expressionsprofil des Knochens auswirkt.

Methodik: Je 8 weibliche α9-Knockout-Mäuse ( α9-KO) und α10-Knockout-Mäuse (α10-KO) sowie ihre korrespondierenden Wildtypen (WT) wurden im Alter von 16 bis 20 Wochen euthanasiert und ihre Knochen für folgende Analysen vorbereitet: 3-Punkt-Biegetest, Mikro-Computed-Tomographie (Mikro-CT), real-time Reverse-Transkriptase-Polymerase-Ketten-Reaktion (real-time RT-PCR), Histomorphometrie und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM). Die statistische Auswertung wurde bei Normalverteilung mittels t-Test, anderenfalls mittels Mann-Whitney-Test in SPSS V22 durchgeführt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Der biomechanische 3-Punkt-Biege-Test ergab eine signifikant reduzierte Biegesteifigkeit (α9-KO: 2597,2 ± 169,1 Nmm²; α9-WT: 2944,6 ± 96,3 Nmm²; p<0,000) und Biegefestigkeit (α9-KO: 9,3 ± 0,4 N; α9-WT:10,7 ± 0,6 N; p<0,000) des Femurs der α9-KO-Tiere im Vergleich zu den korrespondierenden WT. Außerdem zeigte das Femur der α9-KO im Mikro-CT neben einem relativ verminderten trabekulären Knochenvolumen (BV/TV) und einer verminderten Trabekular-Thickness (Tb.Th) einen erhöhten Strukture-Model-Index (SMI). Molekularbiologisch ließ sich auf Expressionsebene signifikant weniger Collagen1α1 (p<0,05) und Connexin43 (p<0,05) mRNA in α9-KO-Tieren nachweisen. Zwischen den α10-KO-Mäusen und ihren WT konnten keine signifikanten Unterschiede gefunden werden.

Die Femora der nAChRα9-KO-Mäuse wiesen eine hochsignifikant verminderte biomechanische Stabilität auf. Die signifikante Abnahme des relativen Knochenvolumens und der Tb.Th sowie der erhöhte SMI deuten auf eine veränderte Mikroarchitektur hin. Sowohl die geringere Genaktivität des Extrazellulärmatrixproteins Collagen1α1 als auch des Zellzellinteraktionsproteins in Osteozyten, Connexin43, lassen auf eine modifizierte Kommunikation zwischen den Knochenzellen schließen.

Gefördert durch die DFG (SFB/TRR79, Projekt B7).