Die Bedeutung der mechanotransduktiv induzierten HIF1α-Stabilisierung für die Regulation der kieferorthopädischen Zahnbewegung

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Kirschneck; Professor Dr. Peter Proff
• Fachliche Zuordnung: Zahnheilkunde; Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318600394

Zur kieferorthopädischen Zahnbewegung, einem auf zellulär-molekularer Ebene steril-inflammatorischen, immunologischen Prozess, wird eine mechanische Kraft auf einen Zahn übertragen. Dadurch entstehen im Parodontalligament (PDL) Druck- und Zugzonen, an denen Knochenabbau- bzw. Knochenaufbauprozesse stattfinden, was eine Zahnbewegung in Kraftrichtung ermöglicht. In eigenen Vorarbeiten im Rahmen des DFG-Projektes KI2105/1-1 wurde in vivo im Tiermodell Ratte und in vitro an humanen PDL-Fibroblasten untersucht, ob bei einer kieferorthopädischen Kraftapplikation und Zahnbewegung im PDL der hypoxie-assoziierte Transkriptionsfaktor HIF1α verstärkt stabilisiert wird und ob diese Stabilisierung unter Nikotineinfluss weiter zunimmt, was die zuvor beobachtete Potenzierung des Ausmaßes parodontaler Knochenverluste erklären könnte. Zudem wurde im Rahmen des Projektes untersucht, ob HIF1α während der kieferorthopädischen Zahnbewegung eher hypoxisch oder eher nicht-hypoxisch (z.B. mechanotransduktiv/inflammatorisch) reguliert wird. Aus unseren Ergebnissen geht hervor, dass im Vergleich zur Kontrolle eine signifikante Verstärkung der HIF1α-Stabilisierung im PDL unter Krafteinwirkung (Zahnbewegung) auftrat. Überraschenderweise hatte Nikotin weder mit noch ohne Krafteinwirkung einen additiven Effekt auf diese HIF1α-Induktion, sodass sich die zuvor beobachtete Potenzierung im PDL nicht mit einer verstärkten HIF1α-Expression bzw. hypoxischen Zuständen erklären lässt. Weitere in-vitro-Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Regulation von HIF1α im Rahmen der Zahnbewegung im PDL v.a. durch die Kraftapplikation selbst (Mechanotransduktion) gesteuert wird, während hypoxische Effekte nur eine untergeordnete Rolle zu spielen scheinen. Neben hPDL-Fibroblasten spielen dabei auch Makrophagen als Immunzellen eine entscheidende Rolle, zum Einen durch Sekretion von Zytokinen und Chemokinen, zum Anderen aber auch als direkte Vorläuferzellen von Osteoklasten. Im Rahmen des beantragten Projektes soll daher die tatsächliche Rolle und Bedeutung von HIF1α für die kieferorthopädischen Zahnbewegung und deren Regulation auf molekular-zellulärer Ebene geklärt werden. Hierzu sollen das Ausmaß, die Lokalisation, die Auswirkungen und ein möglicher Mechanismus der mechanotransduktiv induzierten Stabilisierung bzw. Inhibierung (siRNA-Silencing) des Transkriptionsfaktors HIF1α in hPDL-Fibroblasten und Makrophagen bzw. im (peri)dentalen Gewebe in etablierten in-vitro- und in-vivo-Modellen der kieferorthopädischen Zahnbewegung untersucht werden. Da HIF1α durch transkriptionelle Aktivierung über 100 Gene reguliert, welche z.T. bereits im Zusammenhang mit der kieferorthopädischen Zahnbewegung beschrieben wurden (Zellproliferation und –migration, Angiogenese, Inflammation, Osteoklastogenese), und HIF1α zudem eine inhibitorische Wirkung auf die kraftinduzierte Knochenbildung zu haben scheint, ist zu vermuten, dass HIF1α maßgeblich an der Regulation der kieferorthopädischen Zahnbewegung beteiligt ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr. Agnes Schröder