Präosteoblasten stimulieren die Hämatopoese durch CCL4-Produktion

Einleitung Die Hämatopoese im Knochenmark wird von den Stromazellen des Knochenmarks reguliert. Dabei spielen die endostealen Präosteoblasten eine modifizierende Rolle. So bewirkte die Stimulation von Osteoblasten mit Parathormon eine Erhöhung der Anzahl an hämatopoetischen Stammzellen.

Vorherige Arbeiten unserer Gruppe zeigten, dass eine Isoform des Fibronektins, welche aus Osteoblasten stammt, zu einer Erhöhung der myeloiden Vorläuferzellen sowie einer Veränderung ihres Verhaltens im Tumor führt. Fibronektin vermittelt seine Wirkung durch Bindung an Integrine. Diese Bindung an der Zelloberfläche resultiert intrazellulär in einer Aktivierung von Rho-GTPasen. Somit stellte sich die Frage, welche Rho-GTPasen in den Osteoblasten die Myelopoese modulieren. Die Roh-GTPase Cdc42 kann die Signale der Integrine und weiterer Moleküle, wie z. B. Zytokine und Wnt-Moleküle, integrieren. Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss von Cdc42 auf die Myelopoese zu analysieren.

Methode und Ergebnisse Mittels des Osterix-Promoters wurde Cdc42 konditionell in Mäusen ausgeschaltet. Die Osteoblastenfunktion war sowohl in vitro in Differenzierungsassays als auch in vivo vermindert. Die Knochendichte war beeinträchtigt, und die dynamische Histomorphometrie zeigte eine Verminderung der Knochenbildung. Im Knochenmark wurden die Stadien der Hämatopoese mittels Durchflusszytometrie untersucht. Dabei ergab sich eine Erhöhung der myeloiden Vorläufern, den sogenannten “common myeloid progenitors” (CMPs) (p < 0,05; n = 10/16), und der hieraus entstehenden Osteoklasten (p < 0,01; n = 10/4). Im peripheren Blut waren sowohl die roten Blutkörperchen (p < 0,05; n = 27/28) als auch die Thrombozyten erhöht (p < 0,01; n = 27/28), was auf die Erhöhung der frühen myeloiden Vorläufer (CMPs) zurückzuführen ist. Weder die konditionelle Ausschaltung einer weiteren Rho-GTPase, Rac1, mittels des Osterix-Promotors noch die Ausschaltung von Cdc42 mittels des Col-1α Promoters, welcher in den differenzierenden Osteoblasten aktiv ist, konnten vergleichbare Effekte auf die Hämatopoese verursachen. Daraus lässt sich schließen, dass Cdc42 in frühen Osteoblastprogenitoren die Myelopoese beeinflusst. Um einen kausalen Zusammenhang zwischen Cdc42 in den Präosteoblasten und der Hämatopoese herzustellen, wurden Knochenmark-Stromazellen isoliert, mit verschiedenen Cdc42-Inhibitoren behandelt und der Einfluss dieser vorbehandelten Zellen auf die Entwicklung von sortierten hämatopoetischen Stammzellen untersucht. Ein Inhibitor (Casin) war in der Lage, die Differenzierung der Stammzellen in Richtung Myelopoese zu stimulieren. Daraufhin wurde nach dem verantwortlichen Differenzierungsmolekül gesucht. Eine mRNA-Analyse zeigte eine Erhöhung mehrerer Zytokine, für welche aber in vitro kein kausaler Zusammenhang hergestellt werden konnte. Im nächsten Schritt führten wir eine Bioplex-Untersuchung durch. Hierbei wurden sowohl Zellkulturüberstände von Casin-behandelten Stromazellen als auch Zelllysate aus Cdc42-cKO-Tieren analysiert. Zwei Moleküle waren in beiden Fällen erhöht: CCL4 und CCL3. Inhibitorische Antikörper gegen CCL4 konnten die Stimulation der Myelopoese durch Casin inhibieren (p < 0,05).

Diskussion Zusammengefasst konnten wir einen neuen Mechanismus der Modulation der Hämatopoese durch Knochenzellen aufzeigen. Dabei wiesen wir nach, dass die Rho-GTPase Cdc42 die Myelopoese durch Modulation des Chemokins CCL4 reguliert.

Keywords Präosteoblast, Hämatopoese, Knochen

Korrespondenzadresse Franziska Wirth, Universiät Heidelberg, Institut für Immunologie, Im Neuenheimer Feld 305, 69120 Heidelberg, Deutschland,

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