Molekulare Grundlagen nicht-klassischer Formen der Osteogenesis imperfecta

• Antragstellerin: Professorin Dr. Sandra Pohl
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517063424

Im Rahmen von ProBone konzentriert sich dieses Projekt (P4) auf eine große und klinisch relevante Gruppe der Erkrankungen mit früh-manifester Reduktion der Knochenmineraldichte, den nicht-klassischen Formen der Osteogenesis imperfecta (OI). Im Gegensatz zu klassischen OI-Formen, die genetisch durch pathogene Varianten von COL1A1 oder COL1A2 verursacht werden, werden die nicht-klassischen OI-Formen durch pathogene Varianten in einem von mehr als 20 anderen Genen ausgelöst. Während die Funktion einiger von diesen Genen kodierter Proteine bekannt ist, ist das molekulare Verständnis über die meisten Proteine noch gering. Dies gilt insbesondere für die Site-2-Protease, die vom Gen MBTPS2 kodiert wird und dessen pathogene Varianten die X-chromosomale OI-Form Typ XIX verursachen, aber auch für das Transmembranprotein IFITM5, das spezifisch in Osteoblasten exprimiert wird und wobei eine spezifische pathogene Variante (c.-14C>T) die autosomal-dominante OI-Form Typ V verursacht. P4 wird zunächst ein umfangreiches molekulares Profiling durchführen, um wichtige Kenntnisse über die molekularen Veränderungen im Verlauf der Differenzierung von Osteoblasten unter physisologischen und pathophysiologischen Bedingungen zu erhalten. Hier werden wir in Zusammenarbeit mit den ProBone-Projekten P1 und P6 verschiedene Omics-Ansätze kombinieren, die mit Hilfe des ProBone-Zentralprojekts 2 (CP2) bioinformatisch evaluiert werden. Zweitens wird sich P4 in Bezug auf die Site-2-Protease hauptsächlich auf ein neu generiertes Mausmodell konzentrieren, bei dem ein Mbtps2-gefloxtes Allel mit dem Runx2-Cre-Transgen kombiniert wird, um die Site-2-Protease spezifisch in Zellen der Osteoblastenlinie zu inaktivieren. Da Mbtps2-defiziente Mäuse nicht lebensfähig sind, wird dieser Ansatz, unterstützt durch funktionelle in-vitro-Studien, neue Einblicke in den molekularen Mechanismus liefern, der die Schlüsselrolle der Site-2-Protease für die Knochenbildung und die Skelettintegrität erklärt. Darüber hinaus wird P4 mittels zahlreicher molekularer Experimente das Verständnis über die Struktur und die Funktion von IFTIM5 und den krankheitsverursachenden Varianten zu vertiefen. Dabei wird der Fokus auf der c.-14C>T-Variante liegen, die sich in der 5´-UTR von IFITM5 befindet, wodurch ein neues Startcodon entsteht und der N-Terminus des Proteins um 5 Aminosäuren verlängert wird. Bezogen auf die pathogene c.-14C>T-Variante wird P4 zudem eine innovative Therapiestrategie untersuchen, die auf Antisense-Oligonukleotiden basiert, um das neue Startcodon in der IFITM5-Variante spezifisch zu maskieren. Dies wird mit Zellen von Patienten mit OI-Typ-V durchgeführt, entweder Fibroblasten oder induzierte pluripotente Stammzellen, die vom ProBone-Zentralprojekt 1 (CP1) generiert werden. Basierend auf den Ergebnissen von P4 und anderen ProBone-Projekten wollen wir in einer zweiten ProBone-Förderperiode nicht nur diesen Ansatz erweitern, sondern auch alternative Therapieoptionen etablieren.

• DFG-Verfahren: Klinische Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: KFO 5029: Präzisionsmedizin bei Erkrankungen mit früh-manifester Reduktion der Knochenmineraldichte