Funktion Mannose-6-Phosphat-haltiger Proteine im Knochenstoffwechsel : Untersuchungen am Gnptabc.3082insC-Mausmodell (mus musculus)

Nonsense- und Frameshift-Mutationen im GNPTAB-Gen fuhren zu einer lysosomalen Speichererkrankung, Mukolipidose II (MLII). Das Gen kodiert die N-Acetylglucosamin-1-Phosphotransferase (GlcNAc-1-Phosphotransferase), das Schlusselenzym bei der Synthese vom Mannose-6-Phosphat (M6P)-Erkennungssignal an loslichen lysosomalen Enzymen. Das Fehlen der M6P-Markierung fuhrt zu einer Fehlsortierung und Sekretion lysosomaler Enzyme, lysosomaler Dysfunktion und Akkumulation nicht abbaubaren Materials in den Lysosomen. Klinisch sind MLII-Patienten durch psychomotorische Retardierung, Dysostosis multiplex (z.B. kurze Extremitaten, Gibbusdeformitaten, Osteopenie und Wachstumsstillstand) und fruhzeitigen Tod in der ersten Lebensdekade gekennzeichnet. Fur die experimentellen Analysen der vorliegenden Arbeit stand eine GlcNAc-1-Phosphotransferase-knock-in Maus zur Verfugung, die alle Symptome der menschlichen Erkrankung aufwies. Die Ziele der hier durchgefuhrten Untersuchungen waren auf 1. die Aufklarung der Mechanismen der erhohten Knochenresorption bei MLII und 2. die Identifizierung von Osteoblasten-gesteuerten Proteinen gerichtet, die potentiell fur die gestorte Osteoklastogenese bei MLII in Frage kommen. Folgende Ergebnisse wurden erzielt: 1. Konfokalmikroskopische Analysen von Osteoklasten aus WT- und MLII-Mausen, die auf Dentinmaterial wuchsen, haben in vitro keine signifikanten Unterschiede in der Resorptionsaktivitat ergeben. 2. Microarray-Analysen des Transkriptoms von WT- und MLII-Osteoblasten zeigten, dass in MLII-Osteoblasten Gene der Osteoblastendifferenzierung erniedrigt und Gene, die die Osteoklastogenese regulieren, erhoht waren. Besonders stark erhoht war die Expression des pro-osteoklastogenen Zytokins Interleukin-6 (IL-6). Die Array-Daten wurden fur eine Anzahl von Genen durch quantitative Realtime-PCR verifiziert. 3. Aus konditionierten Medien von Maus-Osteoblasten wurde die Gesamtheit neu synthetisierter M6P-modifizierter Proteine durch eine anti-M6PZusammenfassung Affinitatschromatographie gereinigt und durch Massenspektrometrie analysiert. Unter den so identifizierten Proteinen befanden sich 41 bekannte lysosomale Proteine sowie 42 Kandidaten-Proteine, fur die bisher keine lysosomale Funktion bekannt ist. Zusammenfassend zeigen die vorgelegten Daten, dass die erhohte Zahl von Osteoklasten bei MLII, die die gleiche Resorptionsaktivitat aufwiesen wie WT-Osteoklasten, zusammen mit der eingeschrankten Mineralisierungsfunktion der MLII-Osteoblasten fur den osteopenischen Phanotyp verantwortlich sind. Die Transkriptionsanalysen in MLII-Osteoblasten zeigten die zentrale RANKL-unabhangige Rolle von IL-6 fur die gesteigerte Osteoklastogenese bei MLII. Damit stellt dieses Zytokin ein neues Zielprotein fur alternative Behandlungsstrategien von Veranderungen im Skelettsystem bei MLII und anderen lysosomalen Speichererkrankungen dar. Die identifizierten M6P-haltigen Kandidaten-Proteine, die von Osteoblasten sezerniert werden, konnen als potentielle neue Signalmolekule fur eine Osteoblasten-regulierte Osteoklastogenese angesehen werden und sind das Ziel weiterfuhrender biochemischer und zellbiologischer Untersuchungen.