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Fragestellung: Diabetes mellitus Typ 2 (T2DM) führt zur Entwicklung der diabetischen Knochenkrankheit. Veränderungen der Mikroarchitektur führen zu einem erhöhten Frakturrisiko und vermindern das Frakturregenerationspotenzial bei erhöhter Knochendichte. T2DM ist dabei mit Polymorphismen des Wnt Signalweges assoziiert. Dabei zeigen insbesondere Genvarianten des TCF7L2 Gens die stärkste Assoziation mit der Entwicklung eines T2DM.

Ziel dieser Studie ist es, den Effekt dieser Genvarianten auf die Synthese von Osteocalcin in primären humanen Osteoblasten (phObs) von Typ-2-Diabetikern zu untersuchen.

Methodik: PhObs wurden aus Hüftköpfen von Typ-2-Diabetikern und nicht-diabetischen Kontrollen (je N = 10), die sich einer Hüft-TEP-Implantation unterzogen, isoliert und hinsichtlich bekannter Single Nucleotide Polymorphismen mittels TaqMan PCR genotypisiert. Dabei wurden nur Diabetiker eingeschlossen, die Träger des Single Nucleotide Polymorphism rs7903146 des TCF7L2 sind und Kontrollen, die diese Genvariante nicht tragen.

Anschließend erfolgte die Durchführung von in vitro Stimulationsexperimenten mit verschiedenen Konzentrationen von Glucose und Insulin sowie Liganden und Inhibitoren des Wnt Signalweges. Dabei wurden ausgewählte Transkriptionsfaktoren mittels siRNA Knock-down inhibiert, um eine Aussage über kausale Zusammenhänge der beobachteten Effekte zu identifizieren. Die Hauptendpunkte dieser Studie sind hier die Synthese von Osteocalcin, die mittels PCR und ELISA auf verschiedenen Genexpressionsebenen bis zur Proteinebene untersucht wurde.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Hohe Glucosekonzentrationen führen zu einer reduzierten Synthese von Osteocalcin sowohl in der diabetischen als auch in der nicht-diabetischen Gruppe. So zeigt sich bei einer Glucose-Konzentration 100mg/dl im Vergleich zu 200mg/dl eine Reduktion der Sekretion von Osteoclacin von mindestens 48% (T2DM Median 17,12ng/ml vs. 8,74ng/ml; Nicht-Diabetiker 15,81ng/ml vs. 8,21 ng/ml; p<0,001). Die Konzentration von Insulin scheint hierbei eine nachrangige Rolle zu spielen. Die exogene Stimulation mit Wnt3a, einem Liganden des kanonischen Wnt-Signalweges, führt zu einem Anstieg der Osteocalcin-Synthese in den nicht-diabetischen Kontrollen, wobei sich erhebliche Unterschiede zwischen den Kontrollen und den Diabetikern zeigen (Median 20,49ng/ml vs. 16,03 ng/ml; p=0,028). Interessanterweise kann dieser Effekt durch die Inhibition durch Knock-down von RUNX2, dem Schlüsselgen der Osteoblastendifferenzierung, aufgehoben werden.

Mit zunehmender Glucosekonzentration sinkt die Sekretion von Osteocalcin von phObs in vitro. Osteoblasten von T2DM Patienten mit einer Genvariante des Wnt Effektors TCF7L2 scheinen hier auf Stimuli durch Wnt3a, im Gegensatz zu der Kontrollgruppe, nicht mit einer erhöhten Osteocalcinsekretion zu reagieren. Somit zeigen sich erhebliche Unterschiede in der Synthese des Osteocalcins in Osteoblasten von Typ-2-Diabetikern. Dies könnte auch systemisch wichtig sein, da Osteocalcin hormonell die beta-Zelle des endogenen Pankreas reguliert.