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Östrogen reguliert krankhafte Veränderungen von Knochen über Knochenbelegzellen

28.07.2017

Das weibliche Sexualhormon Östrogen unterstützt die strukturelle Stabilität der Knochen. Bislang war jedoch unklar, über welche Zellen das Hormon schützend eingreift und Veränderungen der Knochendichte verhindert. Forschende der Vetmeduni Vienna konnten nun erstmals zeigen, dass Östrogen einen bestimmten Zelltyp als „Vermittler“ für seinen positiven Effekt nutzt. Bindet das Hormon an die sogenannten „Bone Lining Cells“, die um die Knochen angelagert sind, dann reguliert es in diesen Zellen die Bildung des wichtigen Botenstoffs RANKL, der sich sonst bei Hormonmangel unkontrolliert vermehrt und für krankhafte Veränderungen in den Knochen sorgen kann. Veröffentlicht in Scientific Reports.

Das wichtigste weibliche Sexualhormon, Östrogen, spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Regulation der Knochendichte. Bei Frauen ist etwa bekannt, dass der reduzierte Östrogenspiegel nach der Menopause Osteoporose, Knochenschwund, auslösen kann. Stabilität und krankhafte Veränderungen des Skeletts hängen damit direkt von der Verfügbarkeit und der Interaktion des Hormons mit den Knochenzellen ab.


Östrogen schützt Knochen vor Veränderung durch die Kontrolle des Botenstoffs RANKL in den Knochenbelegzellen.

Grafik: Reinhold G. Erben, Scientific Reports: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Bislang war jedoch unklar, an welche speziellen Zielzellen Östrogen bindet, um seine Wirkung auf die Knochen zu entfalten. Forschenden der Vetmeduni Vienna gelang nun der Nachweis, dass die sogenannten Bone Lining Zellen den „Pförtner“ für das Hormon spielen. Durch die Bindung an diesen Zelltyp kontrolliert es den Botenstoff RANKL, einen wichtigen Faktor des Knochenumbaus.

Östrogen nutzt einen bestimmten Zelltyp für positiven Einfluss auf Knochendichte

Wie sich die Struktur unserer Knochen entwickelt, hängt von einem komplexen System aus Botenstoffen und Proteinen ab. Eine wichtige Komponente ist das Signalmolekül RANKL. Dieses beeinflusst die Entwicklung spezieller Zellen, der sogenannten Osteoklasten, die für den Knochenabbau verantwortlich sind. Ohne Östrogen oder die entsprechenden Zellrezeptoren, an die es binden kann, wird RANKL vermehrt gebildet und löst krankhafte Knochenveränderungen aus.

Dass das Hormon die Bildung des Botenstoffs reguliert und damit die bestehende Knochendichte schützt, ist durch mehrere Studien bestätigt. „An welche Zellen es für diesen positiven Effekt allerdings andocken muss, war dagegen umstritten“, sagt Studienleiter Reinhold Erben von der Abteilung für Physiologie, Pathophysiologie und experimentelle Endokrinologie. „Wir konnten nun bestätigen, dass Östrogen seine Wirkung primär über die Bindung an die Bone Lining Cells entfaltet.“

Dieser Zelltyp umhüllt die Knochen und ist mit anderen Knochenzellen, wie den im Knocheninneren liegenden Osteozyten, durch Zell- zu Zellkontakte verbunden. Es bestand die Vermutung, dass sie an der Kontrolle des Knochenabbaus durch die Osteoklasten beteiligt sind. Dass die Bone Lining Cells als Zielzellen des Östrogens ein Schlüsselfaktor für den Erhalt der Knochenstruktur sind, bestätigt diese Vermutung.

Bindegewebszellen, die den Knochen umgeben, sind Vermittler der Hormonwirkung

Der Nachweis des Zelltyps gelang dem Team um Erben mit einem speziellen Mausmodell und neuen, experimentellen Methoden. Um die die Zielzellen des Hormons eingrenzen zu können, nutzten wir unterschiedliche Mauslinien, bei denen entweder der Östrogenrezeptor oder RANKL in blutbildenden oder Bindegewebszellen inaktiv waren. Der von uns untersuchte Effekt zeigte sich nur in den Zellen des Bindegewebes, erklärt Erben.

Für die Eingrenzung der Zellen nutzte das Forschungsteam eine spezielle Mikroskopiertechnik, die sogenannte Laser Capture Microdissection Methode, mit der man exakt einzelne Zelltypen vom restlichen Gewebe trennen kann. Anschließend bestimmten sie durch eine RNA-Analyse die Genhäufigkeit und konnten damit die Bone Lining Cells als primäre Zielzellen bestätigen.

„Die Bone Lining Cells machen auch durch ihre Position am Knochen und die Verbindung zu anderen Knochenzellen als Pförtner oder Vermittler für den Effekt des gebundenen Hormons Sinn“, so Erben. „Ob auch andere Hormone über diesen Zelltyp in den Knochenumsatz eingreifen oder andere Zellen nutzen, müssen zukünftige Versuche klären. Unser Ansatz galt rein der Frage, wie die Interaktion von Östrogen mit den Knochen funktioniert.“

Service:
Der Artikel „Estrogen Regulates Bone Turnover by Targeting RANKL Expression in Bone Lining Cells“ von Carmen Streicher, Alexandra Heyny, Olena Andrukhova, Barbara Haigl, Svetlana Slavic, Christiane Schüler, Karoline Kollmann, Ingrid Kantner, Veronika Sexl, Miriam Kleiter, Lorenz C. Hofbauer, Paul J. Kostenuik und Reinhold G. Erben wurde in Scientific Reports veröffentlicht.
https://www.nature.com/articles/s41598-017-06614-0?WT.feed_name=subjects_medical...

Über die Veterinärmedizinische Universität Wien
Die Veterinärmedizinische Universität Wien (Vetmeduni Vienna) ist eine der führenden veterinärmedizinischen, akademischen Bildungs- und Forschungsstätten Europas. Ihr Hauptaugenmerk gilt den Forschungsbereichen Tiergesundheit, Lebensmittelsicherheit, Tierhaltung und Tierschutz sowie den biomedizinischen Grundlagen. Die Vetmeduni Vienna beschäftigt 1.300 MitarbeiterInnen und bildet zurzeit 2.300 Studierende aus. Der Campus in Wien Floridsdorf verfügt über fünf Universitätskliniken und zahlreiche Forschungseinrichtungen. Zwei Forschungsinstitute am Wiener Wilhelminenberg sowie ein Lehr- und Forschungsgut in Niederösterreich gehören ebenfalls zur Vetmeduni Vienna. http://www.vetmeduni.ac.at

Wissenschaftlicher Kontakt:
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Abteilung für Physiologie, Pathophysiologie und experimentelle Endokrinologie
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