Hyaluronansynthasen und Hyaluronan: Rolle und Funktion in der Mikroumgebung des Knochens

• Antragstellerin: Dr. Veronika Schönitzer
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270807211

Hyaluronan (HA) soll eine regulatorische Rolle beim Prozess des Knochenumbaus spielen, indem es das Verhalten der mesenchymalen Stammzellen, Osteoblasten und Osteoklasten beeinflusst. Die Hyaluronansynthasen (HAS1, HAS2 und HAS3), die für die Bildung von HA verantwortlich sind, werden in humanen MSCs (hMSCs) exprimiert. Obwohl die HAS nur aktiv sind, wenn sie in der Plasmamembran lokalisiert sind und obwohl es einen intrazellulären Pool an gelagerten HAS geben soll, wurden die Mechanismen, die den intrazellulären Transport der HAS regulieren, kaum untersucht. Wir stellen die Hypothese auf, dass die HAS in irgendeiner Weise mit dem Cytoskelett wechselwirken und dass ihre Expression, ihr Transport und/oder ihre Aktivität über Mechanotransduktion reguliert werden. Wir haben bereits immortalisierte hMSCs (SCP-1) hergestellt, die konstitutiv HAS1, HAS2 bzw. HAS3 mit einem eGFP-Tag in ihrer aktiven Form exprimieren (SCP1-HAS1-eGFP, SCP1-HAS2-eGFP und SCP1-HAS3-eGFP). In diesem Projekt wollen wir die mechanischen Eigenschaften dieser Zellen mittels Rasterkraftmikroskopie untersuchen. Außerdem werden wir die Zellen Scherkräften aussetzen und die Expression, Lokalisation und Aktivität der drei HAS Isoformen sowie die Signalwege, die die Organisation des Zytoskeletts oder den intrazellulären Transport der HAS regulieren, untersuchen. Das zweite Ziel dieses Projekts ist, zu untersuchen, wie die verschiedenen SCP-HAS-eGFP das Verhalten der hMSCs, Osteoblasten und Osteoklasten beeinflussen. Hierfür werden wir hMSCs zusammen mit SCP1-HAS-eGFP kultivieren oder sie mit exogenen HA mit verschiedenem Molekulargewicht behandeln. Wir werden ihr Migrations- Anheftungs- und Ausbreitungsverhalten, ihr Potential zur osteogenen Differenzierung sowie ihre Expressionslevel von RANKL und OPG analysieren. Osteoblasten, die zusammen mit SCP1-HAS-eGFP kultiviert oder mit HA behandelt wurden, werden bezüglich ihrer Viabilität, ihrem Potential zur Mineralisierung und ihren Expressionslevel von RANKL und OPG untersucht werden. Die Anheftung von Osteoklastenvorläuferzellen, die Osteoklastogenese und die Expression von RANK durch Osteoklasten werden in Gegenwart von den SCP1-HAS-eGFP oder von exogenen HA untersucht werden. Bei einigen Knochenerkrankungen, wie bei Osteogenesis Imperfecta, Multiplem Myelom und Osteoporose, sind der Gehalt von HA im Knochen oder die Expression der HAS in den hMSCs verändert. Die Rolle von HA bei der Knochenregeneration und die Regulationsmechanismen der HAS in den hMSCs zu verstehen, wird uns neue therapeutische Ansatzpunkte für eine verbesserte Frakturheilung bei Patienten, die an einer dieser Knochenerkrankungen leiden, liefern. Langfristig könnte diese Studie ein Grundstein für die Entwicklung neuer adaptiver Implantatmaterialien sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen