Entwicklung eines Mimetikums von hCYR61 zur Förderung der Geweberegeneration bei degenerativen Erkrankungen des Knochens
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Basierend auf Vorarbeiten zu CYR61 in Osteoblasten und mesenchymalen Stammzellen war vor Projektbeginn evident geworden, dass CYR61 ein vielversprechendes Protein im muskuloskelettalen System in Hinblick auf Geweberegeneration sein könnte. Dementsprechend war das Ziel, die Funktion des Proteins besser zu verstehen und spezifische Funktionen Teilbereichen des Proteins zuzuordnen, um Voraussetzungen für die Generierung von Mimetika zu erarbeiten. Es stellte sich dabei heraus, dass die rekombinant hergestellten CYR61-Domänen in den verschiedenen Assays keine Wirkung zeigten. Insofern schien die dreidimensionale Faltung des Proteins wesentlich fur die CYR61-Funktion zu sein. Daher wurde der Arbeitsplan ergänzt und zusätzlich zu den Domänen auch CYR61-Mutanten durch in vitro-Mutagenese hergestellt, die defekt in der Bindung an Integrine und somit in Integrin-abhängigen Prozessen sind und diese anschließend in mehreren zellulären Systemen getestet. Das vollständige Protein als Werkzeug ermöglichte erstmalig für die Familie der CCN-Proteine die Identifizierung von Osteoklasten als Zielzelle der CYR61-Wirkung. Die Protein-Mutanten zeigten, dass die Inhibition der osteoklastären Differenzierung unabhängig von Integrin-Signalübertragungsprozessen ist. Dies war überraschend, da gerade Integrine als Bindungspartner für CYR61 bekannt sind. Analoge Befunde wurden auch hinsichtlich der Beeinflussung der Migration mesenchymaler Stammzellen erhoben. Demgegenüber waren Wirkungen auf endotheliale Vorläuferzellen zum Teil Integrin-abhängig. Die Existenz zusätzlicher Bindungspartner für CYR61 wird diskutiert, da sich zunehmend herauskristallisiert, dass CYR61, wie auch die anderen CCN-Proteine, multifunktionelle integrative Modulatoren von Signaltransduktionsprozessen sind. Es gelang in diesem Zusammenhang BMP2, ein wesentlicher osteoinduktiver Faktor, als Bindungspartner für CYR61 zu identifizieren. Zelluläre Studien belegten, dass die funktionelle Konsequenz dieser Interaktion in der Verstärkung der BMP2-Wirkung besteht. Hergestellte Antiseren werden innerhalb einer Vertriebsvereinbarung auf dem Markt angeboten. Im eigenen Teilprojekt gehen Arbeiten auch zu CYR61 weiter, und es wird das Ziel verfolgt, einen marktreifen, quantitativen immunologischen Assay zu entwickeln. Dieser könnte z. B. bei Frakturheilungsstörungen von Bedeutung sein, da, basierend auf Vorarbeiten, die Hypothese besteht, dass eine fehlende Hochregulation von CYR61 in der frühen Phase der Frakturheilung mit fehlender Heilung einhergeht. In der Projektlaufzeit konnte somit die Mehrzahl der Projektziele erreicht werden, wenngleich es bis zur Herstellung von Mimetika noch der Aufklärung weiterer Signalmechanismen bedarf. Auch zusammen mit Kooperationspartnern wurde eine Reihe von Original arbeiten publiziert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- CYR61 (CCN1) Protein expression during fracture healing in an ovine tibial model and its relation to the mechanical fixation stability. J Orthop Res 2005; 24(2):254-262
Lienau J, Schell H, Epari DR, Schütze N, Jakob F, Bail HJ, Duda GN
- Differential expression of CCN-family members in primary human bone marrow-derived mesenchymal stem cells during osteogenic, chondrogenic and adipogenic differentiation. Cell Commun Signal 2005; 17;3(1):5
Schütze N, Nöth U, Schneidereit J, Hendrich C, Jakob F
- Expression, purification, and functional testing of recombinant CYR61/CCN1. Protein Expr Purif 2005; 42(1):219-225
Schütze N, Kunzi-Rapp K, Wagemanns R, Nöth U, Jatzke S, Jakob F
- CCN1. AfCS-Nature Molecule Pages (2006)
Schütze N, Wagemanns R, Schilling T, Jakob F
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/mp.a003362.01) - Expression of the angiomatrix and angiogenic proteins CYR61, CTGF and VEGF in osteonecrosis of the femoral head. J Orthop Res 2006; 24(5):945-952
Radke S, Battmann A, Jatzke S, J Eulert J, Jakob F, Schütze N
- CYR61/CCN1 and WISP3/CCN6 are chemoattractive ligands for human multipotent mesenchymal stroma cells. BMC Cell Biology 2007, 8:45
Schütze N, Wagemanns R, Fiedler J, Mattes T, Jakob F, Brenner RE
- The matricellular protein CYR61 inhibits osteoclastogenesis by a mechanism independent of alphavbeta3. Endocrinology 2007
Crockett JC, Schütze N, Tosh D, Jatzke S, Duthie A, Jakob F, Rogers MJ
