Molekulare Analyse der BMP2/DLX3 induzierten osteogenen Differenzierung in Vorläuferzellen des dentalen Follikels

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Morsczeck
• Fachliche Zuordnung: Zahnheilkunde; Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319390412

Vorläuferzellen des humanen dentalen Follikels (DFVs) sind die Vorläufer des Zahnhalteapparats mit dem Potential zur endogenen Differenzierung in Zementoblasten, Alveolarosteoblasten und Fibroblasten des periodontalen Ligaments. DFVs bieten aufgrund ihres hohen Differenzierungspotentials eine vielversprechende Möglichkeit für regenerative Therapien des kraniofazialen Knochengewebes und möglicherweise auch bei der Behandlung peripherer Knochendefekte. Dafür müssen zunächst die molekularen Mechanismen der Differenzierung in (Alveolar-)Osteoblasten verstanden werden, welche trotz zahlreicher Fortschritte in den letzten Jahren noch immer unzureichend geklärt sind. Bereits gezeigt werden konnte, dass die Initiierung der osteogenen Differenzierung in DFVs wesentlich durch BMP2 und dessen Induktion des Transkriptionsfaktors DLX3 gesteuert wird, was die Expression weiterer osteogener Differenzierungsmarker veranlasst. Beteiligt ist zudem eine Aktivierung der Proteinkinase A, welche über eine Phosphorylierung die Stabilität von β-Catenin, dem Schlüsselprotein des kanonischen WNT-Signalwegs, erhöht. Durch Bindung an den TCF/LEF Promotor verstärkt β Catenin die Expression von DLX3. Der nicht-kanonische WNT-Signalweg über WNT5A hingegen steuert vor allem die Proliferation und Viabilität von DFVs und nimmt nur indirekt Einfluss auf die Differenzierung. Überdies konnte im bisherigen Projekt gezeigt werden, dass die osteogene Differenzierung im späteren Verlauf bis zur Mineralisierung wesentlich von einer Regulierung der Proteinkinase C (PKC) und Proteinkinase B (auch AKT genannt) abhängt. Sowohl beide Kinasen, als auch WNT5A und DLX3 beeinflussen außerdem die Viabilität von DFVs. Weitere Vorarbeiten zeigten, dass während der Differenzierung ein erhöhter oxidativer Stress und eine verringerte Expression des Hypoxie-induzierten Proteins HIF-1α beobachtet werden, sowie eine signifikant erhöhte Expression mitochondrialer Marker in der mittleren und späten Phase der Differenzierung. Die Vorarbeiten führen zur neuen Arbeitshypothese, dass der oxidative Stress während der osteogenen Differenzierung von DFVs zunimmt und durch OSD („oxidative stress defense“)-Proteine neutralisiert werden muss, deren Expression z.B. von PKC und Akt reguliert werden könnte, um eine erfolgreiche Differenzierung zu ermöglichen. Der oxidative Stress könnte vor allem aus vermehrter oxidativer Phosphorylierung in den Mitochondrien stammen, welche die energieaufwändigen Prozesse der Matrixsekretion und Mineralisierung ermöglicht. Im ersten Projektteil soll deshalb die Rolle von oxidativem Stress, Viabilität und Energiemetabolismus während der osteogenen Differenzierung untersucht werden, während im zweiten Teil die Beteiligung von PKC und Akt evaluiert wird. Die gewonnenen Erkenntnisse werden das molekulare Verständnis über DFVs weiter ausbauen und dazu beitragen, eine Grundlage zur Verwendung der Zellen in regenerativen Therapien von (kraniofazialem) Knochengewebe zu schaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen