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Fragestellung: Notch Rezeptoren werden extrazellulär exprimiert und spielen eine wichtige Rolle bei der Differenzierung vieler Gewebstypen, insbesondere auch von Knochen. Es existieren vier Notch Rezeptoren, die evolutionär hoch konserviert sind und sich bei allen Säugetieren stark ähneln. Eine aktivierende Notch2-Mutation im Menschen führt zum Hajdu-Cheney-Syndrom (HCS). Betroffene Patienten zeigen eine kleine Statur, kraniofaziale Anomalien, eine früh einsetzende Osteoporose, Akroosteolysen, und ein erhöhtes Frakturrisiko. Unsere Arbeitsgruppe beschrieb zuvor ein Mausmodell, in dem der Notch2 Rezeptor in der PEST-Domäne mutiert ist und somit die Ubiquitinierung des aktivierten Notch2 Rezeptors behindert wird. Der Notch2 Rezeptor bleibt länger aktiviert, und ähnlich den HCS-Patienten kommt es zu einem gesteigerten Knochenstoffwechsel und einer Wachstumsminderung. Aufgrund des skelettalen Phänotyps stellte sich die Frage, inwiefern sich diese aktivierende Notch2-Mutation auf die Frakturheilung in diesem Modell auswirkt.

Methodik: In 18 Wildtyp (WT) Mäusen und 18 HCS-Mäusen wurde eine diaphysäre Femurosteotomie am rechten Hinterlauf durchgeführt. Fixiert wurde die Osteotomie mit einem Fixateur externe, der eine Dislokation der Fragmente verhindert und bei Winkelstabilität eine volle Mobilisation der Mäuse ermöglicht. Die Femora wurden 7, 14 und 21 Tage postoperativ zur radiologischen Analyse mittels µCT aufgearbeitet. Die Auswertung erfolgte gemäß den Richtlinien der American Society of Bone and Mineral Research. Nachfolgend wurden Gefrierschnitte angefertigt und die Präparate mit Movat-Pentachrom und Tartrate-Resistant Acid Phosphatase gefärbt. In zwei weiteren Kohorten wurde Kallusgewebe für Genexpressionsanalysen (n=36 Mäuse) sowie die geheilten Femora für biomechanische Untersuchungen (n=20 Mäuse) entnommen.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Radiologisch und histologisch war in HCS-Mäusen ein physiologischer Mineralisierungsprozess sowie eine regelhafte Überbrückung des Frakturspalts im Vergleich zur WT-Kontrolle zu beobachten. Während zu intermediären und späten Heilungsstadien tendenziell eine gesteigerte Expression von Osteoblastenparametern detektiert wurde, zeigte sich die Expression des Osteoklastenmarkers Acp5 sowie des pro-resorptivem Rankl in der frühen Heilungsphase in HCS-Mäusen deutlich erhöht. Dies korrelierte mit einer erhöhten Anzahl an Osteoklasten im intermediären Frakturkallus sowie verminderter biomechanischer Stabilität der geheilten Femora in mutierten Tieren.

Obgleich HCS-Mäuse durch eine high-turnover Osteopenie gekennzeichnet sind, konnte in diesem Modell morphologisch eine regelrechte Frakturheilung beobachtet werden. Im Frakturspalt der mutierten Tiere fanden sich jedoch Anzeichen für einen gesteigerten Kallusumbau, der funktionell mit einer reduzierten biomechanischen Belastbarkeit assoziiert war. Weiterführende klinische Studien sind notwendig, um den Heilungsverlauf in HCS-Patienten mit Frakturen zu charakterisieren.