gms | German Medical Science

Fragestellung: Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) müssen in unphysiologisch hohen Konzentrationen appliziert werden, um Knochenheilung zu stimulieren. Eine Ursache hierfür ist möglicherweise die Hemmung von BMPs durch Antagonisten wie Noggin. L51P ist ein strukturmodifiziertes BMP2 ohne Bindung an die BMP Rezeptoren Ia und Ib bei gesteigerter Bindung an Noggin. Unsere Hypothese war, daß L51P die Noggin vermittelte Hemmung von BMP2 aufhebt und zu einer indirekten Osteoinduktion führt. In diesem Zusammenhang wurde (1) der Einfluß von L51P auf die Differenzierung von primären Osteoblasten (OB), (2) die Aktivierung der BMP Rezeptor abhängigen intrazellulären Signaltransduktion durch L51P, und (3) die BMP2 und L51P vermittelte Genexpression in OB untersucht.

Methodik: Zur Untersuchung, ob L51P eine direkte osteoinduktive Aktivität besitzt oder über eine Hemmung endogener BMP2 Antagonisten osteoinduktiv wirkt, wurden primäre OB mit (i) L51P, (ii) BMP2, (iii) BMP2 + Noggin, (iv) BMP2 + Noggin + L51P in äquimolaren Konzentrationen (32nM) über 6 Tage kultiviert. Die OB Proliferation und OB Differenzierung wurde mit XTT- bzw. ALP-Assays quantifiziert. Zur Untersuchung der BMP Rezeptor abhängigen intrazellulären Signaltransduktion wurden Western Blots auf phosphoSMAD1/5/8 durchgeführt. Die Genexpression von BMP2, Noggin, BMP Rezeptor Ia (BMPRIa), BMP Rezeptor II (BMPRII), Osteokalzin (Bglap) und ALP wurde mittels real-time PCR untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: L51P induzierte alleine keine OB Differenzierung, antagonisierte aber die Noggin vermittelte Hemmung der BMP2 induzierten OB Differenzierung (Tabelle 1 [Tab. 1]). Die BMP Rezeptor abhängige intrazelluläre Signaltransduktion über SMAD1/5/8 wurde durch L51P nicht aktiviert. Die Stimulierung der OB Kulturen mit BMP2 führte zu einer gesteigerten Expression von BMP2, Noggin, Bglap und ALP, welche durch Noggin inhibiert wurde. L51P hob diese Noggin vermittelte Hemmung der BMP2 induzierten Genexpression auf, ohne direkte Effekte auf die Genexpression zu haben.

L51P vermittelt seine osteoinduktive Aktivität über eine Hemmung des BMP2 Antagonisten Noggin und einer damit verbundenen Steigerung der Wirkung von BMP2 ohne eigene osteoinduktive Aktivität zu besitzen. Dieser Mechanismus hat gegenüber einer Osteoinduktion mit BMP2 potentiell Vorteile, da BMP2 die Expression seines Antagonisten Noggin stimuliert und seine osteoinduktive Aktivität selbstlimitiert. Dagegen hemmt L51P Noggin ohne dessen Expression zu steigern. Diese Effekte machen L51P auch für die klinische Anwendung interessant. Die derzeit zur Stimulation der Knochenheilung notwendigen hohen Konzentrationen von exogenem BMP2 könnten durch L51P reduziert werden. Zur Überprüfung dieser Hypothese sind weitere in vivo Studien notwendig.