Wie Knochenzellen äußere Beanspruchung erkennen und darauf reagieren, haben US-Wissenschaftler der Universität San Diego in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Bonn herausgefunden. Ihre Erkenntnisse ebnen den Weg zu neuen Therapiemöglichkeiten gegen die Knochenschwund-Krankheit Osteoporose. Die Publikation ist in der Zeitschrift Science Signaling erschienen (doi: 10.1126/scisignal.2001423).
Das internationale Forscherteam unter Bonner Beteiligung hat einen biochemischen Signalweg in Knochenzellen identifiziert, der äußere Kräfte registriert und die Information in den Zellkern weiterleitet. Dort wird das Knochenwachstum angeregt. Verantwortlich sind vier Eiweißmoleküle, die sich in einer Kettenreaktion gegenseitig anschalten und so die Botschaft weitergeben.
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„Knochen sind nicht statisch, sondern unterliegen einem ständigen Umbau“, sagt Professor Dr. Alexander Pfeifer vom Institut für Pharmakologie und Toxikologie, der an der Studie mitgewirkt hat. Knochen passen sich der jeweiligen Belastung an: Wo man Kraft auf sie ausübt, wachsen sie; wo Beanspruchung fehlt, bauen sie sich ab. Das weiß jeder, der schon mal längere Zeit einen Gips getragen hat. Bisher war jedoch unklar, wie die Zellen mechanische Belastungen interpretieren und in den Zellkern weiterleiten. Diese Lücke haben die Forscher jetzt geschlossen.
„Stellen Sie sich ein Schiff vor, das mit ausgeworfenem Anker fährt“, sagt Prof. Pfeifer. „Hängt bei einem solchen Schiff der Anker am Meeresgrund fest, ist die Ankerkette gespannt und das Schiff muss mehr Gas geben, um weiterzufahren. Übertragen wir dieses Bild auf die Knochenzellen, ist der Anker der Kraftfühler der Zelle und die Schaltzentrale der Zellkern. Wir haben nun herausgefunden, wie so eine Ankerkette aussieht.“ In der Schaltzentrale, dem Zellkern, wird bei Belastung dann dafür gesorgt, dass sich mehr und bessere Knochenzellen bilden. Mäuse, bei denen die Forscher den Signalweg künstlich ausgeschaltet haben, sind kleinwüchsig: Ihre Knochenbildung ist gestört.
Entscheidend bei dem natürlichen Verlauf aus Knochenaufbau und –abbau ist stets, dass nicht mehr Knochengewebe abgebaut als gebildet wird. Bei Osteoporose-Patienten ist das Gleichgewicht hingegen gestört: Sie bilden nicht ausreichend Knochenmasse, um den Abbau zu kompensieren; die Knochen der Patienten brechen daher leicht.
Für die Krankheit existiert bisher keine Therapie: „Knochenaufbauende Medikamente gibt es noch nicht“, erläutert Professor Pfeifer. Die neuen Erkenntnisse sind ein viel versprechender Schritt in diese Richtung, denn „der neue Signalweg hat einen anabolen Effekt, das heißt, er fördert den Aufbau von körpereigenem Knochengewebe.“ Seine Eiweißmoleküle sind daher aussichtsreiche Ziele für neue Medikamente gegen Osteoporose.
Die Studie ist im Fachmagazin „Science Signaling“ erschienen:
H. Rangaswami, R. Schwappacher, N. Marathe, S. Zhuang, D.E. Casteel, B. Haas, Y. Chen, A. Pfeifer, H. Kato, S. Shattil, G.R. Boss, R.B. Pilz, Cyclic GMP and Protein Kinase G Control a Src-Containing Mechanosome in Osteoblasts, Science Signaling, 3, 2010.
Kontakt:
Prof. Dr. Alexander Pfeifer
Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Universität Bonn
Telefon: 0228/287-51300
E-Mail: alexander.pfeifer@uni-bonn.de
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