The role of macrophages during embryonic endochondralen ossification in wild-type and osteoclast deficient mice.
Evolutionary Cell and Developmental Biology (Zoology)
Final Report Abstract
Während der Embryonalentwicklung muss die Knorpelanlage des zukünftigen Skelett-elements in Knochen umgewandelt werden, hierbei ist die Bildung der Knochenmarkshöhle essentiell. Letztere entsteht durch den Abbau der mineralisierten hypertrophen Knorpel-zone. Der Abbau dieser hypertrophen Knorpelzellen erfordert sehr wahrscheinlich das Zusammenspiel mehrerer Zelltypen, wie den Endothelzellen, Osteoklasten, Chondroklasten und Septoklasten. In der Literatur findet sich häufig die Aussage, dass die Knochenmarkshöhle durch die Aktivität der Osteoklasten entsteht. In diesem Projekt sollte untersucht werden, welche Rolle Osteoklasten und Makrophagen tatsächlich bei der Bildung der Knochenmarkshöhle spielen. Hierzu wurden Mäuse, die keine Osteoklasten haben (defizient für den RANK-Rezeptor) und Mäuse, in denen keine Monozyten und Makrophagen gebildet werden (defizient für den Transkriptionsfaktor Pu.1), untersucht. Die embryonalen Untersuchungen haben gezeigt, dass weder Makrophagen noch Osteoklasten für die Bildung der Knochenmarkshöhle essentiell sind. Allerdings ermöglicht die Osteoklastenaktivität die Invasion der Blutgefäße in die zentrale Region der Knorpelanlage in der Anfangsphase dieses Prozesses. Die Aktivität der Osteoklasten spielt auch beim Abbau der hypertrophen Zone eine gewisse Rolle, da diese in beiden Mausmutanten leicht vergrößert ist. In den Rank-defizienten Mäusen wurde eine vier- bis fünffach erhöhte Anzahl an Makrophagen im Knochenmark festgestellt, die basierend auf einer Lineage-tracing Analyse hämatopoetischer Abstammung sind. Dies bedeutet, dass in Abwesenheit der Osteoklasten mehr hämato-poetische Vorläufer in das Knochenmark rekrutiert werden, die dann in Abwesenheit des RANK-Rezeptors in Makrophagen statt Osteoklasten differenzieren. Überraschenderweise war dies mit einer Abnahme der gewebsständigen Makrophagen, die ihren Ursprung im Dottersack bzw. der Aorta haben, verbunden. Die Ursachen dafür sind derzeit noch unklar. Unsere Untersuchungen haben außerdem gezeigt, dass sowohl in den Rank- als auch in den Pu.1-defizienten Mäusen nach wie vor MMP9-positive Zellen vorhanden sind. Diese finden sich bevorzugt an der Übergangszone von hypertrophen Knorpelzellen zur primären Spongiosa. Basierend auf unseren Untersuchungen handelt es sich dabei nicht um MMP9-produzierende Endothelzellen des Blutgefäßsystems, sondern um eigenständige Zellen. Diese könnten zusammen mit den Endothelzellen für die Entstehung der Knochenmarks-höhle verantwortlich sein. Aus der Literatur ist bekannt, dass die Bildung der Knochenmarks-höhle sowohl in den Mmp9-defizienten Mäusen als auch durch die Inhibierung der Vaskularisierung verzögert erfolgt. Das Zusammenspiel von Osteoklasten und Mmp9-positiven Zellen soll in Folgeuntersuchungen weiter analysiert werden. Außerdem haben unsere Untersuchungen auch gezeigt, dass ein Verlust an Osteoklasten einen Anstieg an, sowohl Knorpelzell- als auch Perichondrium-abstammenden Osteoblasten zur Folge hat. Ob dies durch den Verlust der resorbierenden Aktivität oder eines Faktors der von Osteoklasten sezeniert wird bedingt ist, ist derzeit unklar.
