Rank-Ligand und Osteoprotegerin als gemeinsame Regulatoren des kardiovaskulären und skeletalen Systems
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Receptor activator of NF-KB ligand (RANKL) und Osteoprotegerin [OPG) stellen ein Zytokinsystem mit skeletalen, vaskulären und immunologischen Effekten dar. RANKL stimuliert den Rezeptor RANK, der auf Osteoklasten und dendritischen Zellen lokalisiert Ist. OPG fungiert als endogener RezeptorantagonIst und neutralisiert neben RANKL auch TNF-related opoptosls-induclng llgand (TRAIL). Störungen dieses Systems liegen metabolischen Knochenerkrankungen zugrunde und werden auch in der Pathogenese vaskulärer Erkrankungen diskutiert. Die zentrale Hypothese dieses Projekts lautet: Chronische Entzündungsprozesse infolge von Störungen des RANKL-OPG-Systems bilden die pathophysiologische Basis für die klinische Assoziation von Osteoporose und kardiovaskulären Erkrankungen. Die spezifischen Ziele und Einzelprojekte dieses Antrags waren: (I) Immunhistochemische Lokalisation von RANKL, OPG und TRAIL im kardiovaskulären System: Endothelzellen und glatte Muskelzellen produzieren In der Gefäßwand OPG. Neben OPG ist auch das proopoptotische TRAIL, welches wie RANKL durch OPG neutralisiert wird, in der Nähe von Gefäßkalzifizierungen bei der Mediasklerose vom Typ M. Mönckeberg, bei der heterotopen Ossifikation In der Gefäßwand sowie im Myokard bei dilatativer Kardiomyopathie nachweisbar. (II) Analyse von RANKL-, TRAIL- und OPG-Serumspiegeln bei kardiovaskulären und skeletalen Erkrankungen: Bei schwerer koronarer Herzerkrankung (KHK) waren die OPG-Serumspiegel erhöht und die löslichen RANKL (sRANKL)- sowie TRAIL-Serumspiegel erniedrigt. Unter Einnahme der von Kontrazeptiva lagen die OPG-Serumspiegel ebenfalls höher, noch Prednisolontherapie [bei M. Crohn) sowie bei M. Bechterew waren die OPG-Serumspiegel dagegen erniedrigt. (III) Regulation, Signalwege und biologische Effekte von RANKL/OPG in skeletalen, kardiovaskulären und endokrinen Zellen: In glatten Gefäßmuskelzellen führte lL-4 kurzfristig über eine Aktivierung des STAT6-Signalwegs zu einer gesteigerten OPG-Produktion. Eine IL-4- Langzeitexposition dagegen verursachte eine Cbfa1-abhängige osteogene Transformation mit Kalzifizierung und einer Hemmung von OPG. Auch in Endothelzellen (HUVEC) aktivierte IL-4 den STAT6-SIgnalweg und steigerte selektiv die OPG-Expression und -Sekretion. In einem Kokulturmodell mit humanen Osteoklasten war das durch lL-4 endothelial gebildete OPG imstande, die Differenzierung und Aktivierung von Osteoklasten zu hemmen, ein Hinweis auf die zelluläre Kommunikation zwischen Gefäß- und Knochenzellen. Des Weiteren konnten dendritische Zellen [DC), die wichtigsten Antigen-präsentierenden Zellen des Immunsystems, als Produzenten von OPG Identifiziert werden. Die Expression von OPG wurde Im Rahmen der DC-Reifung über verschiedene Signalwege (TNF-Liganden, Liganden von Toll-like-Rezeptoren) gesteigert und ist NF-κB-abhängig. Somit sind für OPG auch immunlogische-vaskuläre Interaktionen denkbar. In Osteoblasten konnten Raloxifen, Extrakte der Traubensilberkerze sowie Atorvastatin die Expression von OPG über eine gesteigerte Osteoblastendifferenzierung Induzieren. In pankreatischen Inselzellen war OPG imstande, die lL-1-induzierte prolongierte Aktivierung der p38 MAPK und dadurch den IL-1- induzierten Zelltod zu hemmen und stellt somit einen neuen Überlebensfaktor für Inselzellen dar. (IV) Evaluierung von OPG-Genpolymorphismen bei skeletalen und kardiovaskulären Erkrankungen: Die 950/1181-OPG-Genhaplotypen waren bei Männern mit vs. ohne KHK ungleichmäßig verteilt, und Männer mit dem Genotyp 950TC/1181GC wiesen ein relatives Risiko von 1.67 für eine KHK auf (p = 0.03). In einem prospektiven Projekt wird derzeit die Rolle bestimmter OPG-Genpolymorphismen für die Koinzidenz von Osteoporose und Gefäßkalzifizierung sowie deren Assoziation mit anderen skeletal-vaskulären Risikofaktoren untersucht. (V) Effekte von Denosumab In einem transgenen hRANKL-Knock in-Modell der Glukokortikoidinduzierten Osteoporose: Die Applikation von Prednisolon führte bei Knock In-Mäusen, die einen humanisierten RANKL exprimieren, zu einem Knochenmasseverlust, welcher sich durch RANKL-Blockade mittels Denosumab, einem humanen Antikörper gegen RANKL, komplett verhindern. (VI) RANKL/OPG beim multiplen Myelom und anderen malignen Knochenerkrankungen: Mittels FACS-Analyse konnte RANKL direkt auf Myelomzellen nachgewiesen werden und die RANKL-Expression war positiv mit dem Ausmaß osteolytischer Läsionen korreliert. Die Serumspiegel von RANKL und OPG waren dagegen nicht mit der Krankheitsaktivität assoziiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Expression of receptor activator of NF-KB ligand on bone morrow plasma cells correlates with osteolytic bone disease In patients with multiple myeloma. Clinical Cancer Research, Vol. 9. 2003, Issue 4, pp. 1436-1440.
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Hofbauer L.C., Neubauer A., Schoppet M.
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Hofbauer L.C., Schoppet M., Schüller P., Viereck V., Christ M.
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Localization of osteoprotegerin, TNF-related apoptosis-inducing ligand, and receptor activator of NF-KB ligand In Mönckeberg's sclerosis and atherosclerosis. Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, Vol. 89. 2004, Issue 8, pp. 4104-4112.
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Osteoprotegerin gene polymorphisms in men with coronary artery disease. Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, Vol. 89. 2004, Issue 8, pp. 3764-3768.
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Expression of bone-regulating factors osteoprotegerin (OPG) and receptor activator of NF-kB ligand (RANKL) in heterotopic vascular ossification. Thrombosis and Haemostasis, Vol. 94. 2005, Issue 6, pp. 1335-1337.
Al-Fakhri N., Hofbauer L.C., Preissner K.T., Franke F.E., Schoppet M.
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Isopropanollc extract of black cohosh stimulates osteoprotegerin
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Viereck V., Grundker C., Friess S.C., Frosch K.H., Raddotz D., Schoppet M., Nisslein T., Emons G., Hofbauer L.C.
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TNF-related apoptosis-inducing ligand and Its decoy receptor osteoprotegerin in nonischemic dilated cardiomyopathy. Biochemical and Biophysical Research Communications, Vol. 338. 2005, Issue 4, pp. 1745–1750.
Schoppet M., Ruppert V., Hofbauer L.C., Henser S., Al-Fakhri N., Christ M., Pankuwelt S., Maisch B.
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Changes in the RANK llgand/osteoprotegerin system are correlated to changes In bone mineral density in bisphosphonate-treoted osteoporotic patients. Osteoporosis International, Vol. 17. 2006, Issue 5, pp. 693-703.
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Osteoprotegerin (OPG) and Tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) levels In atherosclerosis.
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Tumor necrosis factorrelated apoptosis-inducing ligand and osteoprotegerin serum levels in psoriatic arthritis.
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Cytokine-induced osteoprotegerin expression protects pancreatic beta
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Schroder J., Rennekamp W., Niebergall U., Schoppet M., Jahr H., Mengel M.D., Hörsch D., Hofbauer L.C.
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Osteoprotegerin expression in dendritic cells increases with maturation and is NF-KB dependent. Journal of Cellular Biochemistry, Vol. 100. 2007, Issue 6, pp. 1430–1439.
Schoppet M., Henser S., Ruppert V., Stübig T., Al-Fakhri N., Maisch B., Hofbauer L.C.
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Prevention of glucocorticoid-induced osteoporosis with alendronate or alfacalcidol: relations between change in bone mineral density, bone markers and calcium homeostasis. Journal of Rheumatology, Vol. 34. 2007, Issue 5, pp. 1051-1057.
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Retinoic acid inhibits angiogenesis and tumor growth of thyroid cancer cells. Molecular and Cellular Endocrinology, Vol. 264. 2007, Issues 1–2, pp. 74–81.
Hoffmann S., Rockenstein A., Romaswomy A., Celik I., Wunderlich A., Lingelboch S., Hofbauer L.C., Zielke A.
