DFG - Aufklärung neuer Pathomechanismen von Knochen- und Knorpelerkrankungen

Die extrazelluläre Matrix (ECM) ist über Integrine in der Zelloberfläche mit dem Aktinzytoskelett der Zelle verbunden. So können entscheidende chemische und mechanische Signale für die Morphogenese, Differenzierung und Homöostase des Gewebes übertragen werden. Plastin 3 (PLS3) ist ein ubiquitär exprimiertes, aktinbindendes und -bündelndes Protein, das die Dynamik des Aktinzytoskeletts maßgeblich reguliert. Zuvor berichteten wir, dass Mutationen in PLS3 juvenile Osteoporose (OP) verursachen. Andererseits haben wir gezeigt, dass eine PLS3-Überexpression (OE) bei Frauen ein schützender Modifier bei spinaler Muskelatrophie (SMA) ist, und konnten diese schützende Wirkung in SMA-Fisch- und -Mausmodellen bestätigten. Allerdings scheinen erhöhte PLS3 Werte auch mit der Degeneration der ECM bei Osteoarthrose (OA) assoziiert zu sein. Jedoch ist die Funktion von PLS3 für die ECM-Homöostase in Knochen und Knorpel noch unbekannt. Vermutlich ist PLS3 im Prozess der Mechanotransduktion involviert, die zum Umbau der ECM führt. Das Ziel des Projektes ist aufzuklären, wie PLS3 die skelettale ECM destabilisiert und welche Rolle es in der Pathogenese von OP und Osteoarthrose (OA) spielt. Hierfür haben wir bereits ein konditionales PLS3 OE-Mausmodell hergestellt und eine Pls3-Knockout (KO)-Maus von EUCOMM erworben. Während PLS3 OE Mäuse einen Osteopetrose-ähnlichen Phänotyp aufwiesen, entwickelten PLS3 KO Mäuse eine Osteoporose. In beiden Fällen war die Morphologie der Osteoklasten gestört und insbesondere der Sealingring, der für die Knochenresorption essentiell ist, war deutlich verändert oder fehlte. Wir fanden eine fehlregulierte Expression von NFKB- und NFATC1. Die Proteomanalyse unserer PLS3 Mausmodelle ergab 168 neue Proteine, unter anderem einen Repressor von NFΚB, der mit PLS3 interagiert. Wir wollen nun: (I) durch Analyse der Knochenhomöostase in PLS3 KO- und OE-Mäusen die zellulären und molekularen Mechanismen identifizieren, die bei einem Fehlen von PLS3 zu OP oder durch eine OE von PLS3 zu einem Osteopetrose-ähnlichen Phänotyp führen (II) die Rolle der relevantesten Zelltypen beim Knochenumbau in vivo im ubiquitären PLS3 KO und durch Zelltyp-spezifische PLS3 OE verifizieren; (III) entschlüsseln, ob die Hochregulation von PLS3 eine primäre oder sekundäre Ursache für OA ist und durch Analyse der Zell- und ECM-Homöostase und Zell-Matrix-Interaktionen aufdecken, welche Mechanismen OA in PLS3 OE-Mäusen verursachen; (IV) in vivo die Rolle von PLS3 in der Mechanobiologie der ECM von Knochen und Knorpel aufklären. Wir werden hierzu in vitro und in vivo ein breites Spektrum an transkriptionellen, proteomischen, biochemischen, molekularen, zellulären, histologischen, morphologischen, und biomechanischen Methoden, sowie verschiedene Knochen- und ECM-Funktionsanalysen anwenden, bei denen sich beide PIs perfekt ergänzen. Die Ergebnisse sind von höchster Relevanz für zukünftige Therapieansätze für diese Volkskrankheiten.