Alexander Franz Mai

• In dieser Arbeit wurde die Signaltransduktion und differentielle Genexpression der Liganden BMP2 und GDF5, wichtige Mitglieder der TGF-β-Superfamilie, in den Zelllinien ATDC5 und C2C12 untersucht. Die Analyse fokussierte sich auf deren unterschiedliche Wirkungen, Interaktionen mit Typ-I-Rezeptoren, den SMAD-Signalweg, unterschiedliche Geninduktion und biologische Funktionen. Zunächst wurde die osteogene Aktivität von BMP2 und GDF5 sowie der GDF5-Mutante GDF5-R57A mittels ALP-Assay bestimmt. Die Ergebnisse zeigten, dass BMP2 eine starkeIn dieser Arbeit wurde die Signaltransduktion und differentielle Genexpression der Liganden BMP2 und GDF5, wichtige Mitglieder der TGF-β-Superfamilie, in den Zelllinien ATDC5 und C2C12 untersucht. Die Analyse fokussierte sich auf deren unterschiedliche Wirkungen, Interaktionen mit Typ-I-Rezeptoren, den SMAD-Signalweg, unterschiedliche Geninduktion und biologische Funktionen. Zunächst wurde die osteogene Aktivität von BMP2 und GDF5 sowie der GDF5-Mutante GDF5-R57A mittels ALP-Assay bestimmt. Die Ergebnisse zeigten, dass BMP2 eine starke osteogene Wirkung in beiden Zelllinien aufwies, während GDF5 und GDF5-R57A unterschiedliche Aktivitäten zeigten, abhängig von der Zelllinie. Mittels Western Blot wurde die Phosphorylierung von SMAD1/5/8 analysiert, wobei ähnliche Phosphorylierungsmuster für GDF5-R57A und BMP2 beobachtet wurden, trotz unterschiedlicher Ergebnisse in der ALP-Analyse. Es wurde festgestellt, dass die drei Liganden denselben SMAD-Signalweg aktivieren. Die Genexpressionsanalyse mittels Affymetrix Arrays offenbarte signifikante Unterschiede zwischen BMP2 und GDF5. BMP2 löst eine breitere und intensivere Genaktivierung aus und fördert Prozesse wie enchondrale Ossifikation und osteogene Differenzierung. Zahlreiche Kandidatengene wurden identifiziert, die für die unterschiedliche Aktivität von BMP2 und GDF5 verantwortlich sein könnten. Zudem wurden neue biologische Funktionen für GDF5 definiert. In C2C12-Zellen zeigte GDF5 eine Tendenz zur Inhibition der Zellproliferation und Unterdrückung der Differenzierung. Weitere Untersuchungen mittels RT-PCR zeigten, dass GDF5-R57A sich in der Mehrheit der analysierten Gene ähnlich wie BMP2 verhielt, insbesondere bei Genen, die mit osteogener Differenzierung assoziiert sind. Zusammenfassend zeigt die Arbeit die komplexen Mechanismen der Signaltransduktion durch BMP2 und GDF5 in unterschiedlichen zellulären Kontexten und unterstreicht die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen der spezifischen biologischen Funktionen und therapeutischen Anwendungen dieser Moleküle in der Knochenheilung und -regeneration.…
• In this work, the signal transduction and differential gene expression of the ligands BMP2 and GDF5, important members of the TGF-β superfamily, were investigated in the cell lines ATDC5 and C2C12. The analysis focused on their different effects, interactions with type I receptors, the SMAD signaling pathway, different gene induction and biological functions. First, the osteogenic activity of BMP2 and GDF5 as well as the GDF5 mutant GDF5-R57A was determined by ALP assay. The results showed that BMP2 exhibited a strong osteogenic effect in bothIn this work, the signal transduction and differential gene expression of the ligands BMP2 and GDF5, important members of the TGF-β superfamily, were investigated in the cell lines ATDC5 and C2C12. The analysis focused on their different effects, interactions with type I receptors, the SMAD signaling pathway, different gene induction and biological functions. First, the osteogenic activity of BMP2 and GDF5 as well as the GDF5 mutant GDF5-R57A was determined by ALP assay. The results showed that BMP2 exhibited a strong osteogenic effect in both cell lines, while GDF5 and GDF5-R57A showed different activities depending on the cell line. Using Western blot, phosphorylation of SMAD1/5/8 was analyzed and similar phosphorylation patterns were observed for GDF5-R57A and BMP2, despite different results in ALP analysis. The three ligands were found to activate the same SMAD signaling pathway. Gene expression analysis using Affymetrix arrays revealed significant differences between BMP2 and GDF5. BMP2 triggers broader and more intense gene activation and promotes processes such as enchondral ossification and osteogenic differentiation.Numerous candidate genes have been identified that could be responsible for the different activity of BMP2 and GDF5. In addition, new biological functions for GDF5 were defined. In C2C12 cells, GDF5 showed a tendency to inhibit cell proliferation and suppress differentiation. Further investigations using RT-PCR showed that GDF5-R57A behaved similarly to BMP2 in the majority of genes analyzed, especially in genes associated with osteogenic differentiation. In summary, the work shows the complex mechanisms of signal transduction by BMP2 and GDF5 in different cellular contexts and emphasizes the need for further investigation of the specific biological functions and therapeutic applications of these molecules in bone healing and regeneration.…