Anja Widdermann

• Die In vivo Expression des konstitutiv aktiven PTH/PTHrP-Rezeptors in Osteoblasten führt einerseits zu einer starken Volumenzunahme des Trabekularknochens, andererseits zu einer reduzierten Dicke der Kortikalis bei verminderter periostaler Mineralisierungsrate (CL2+-Mäuse). Um die Rolle der Kollagenasen im Rahmen von Parathormon-induzierten Knochenumbauvorgängen näher zu untersuchen, wurden transgene CL2+-Mäuse mit solchen gekreuzt, die aufgrund einer Mutation im Gen für Kollagen Ia1 eine Resistenz gegen Abbau durch Kollagenase 3 und andereDie In vivo Expression des konstitutiv aktiven PTH/PTHrP-Rezeptors in Osteoblasten führt einerseits zu einer starken Volumenzunahme des Trabekularknochens, andererseits zu einer reduzierten Dicke der Kortikalis bei verminderter periostaler Mineralisierungsrate (CL2+-Mäuse). Um die Rolle der Kollagenasen im Rahmen von Parathormon-induzierten Knochenumbauvorgängen näher zu untersuchen, wurden transgene CL2+-Mäuse mit solchen gekreuzt, die aufgrund einer Mutation im Gen für Kollagen Ia1 eine Resistenz gegen Abbau durch Kollagenase 3 und andere Kollagenasen aufweisen (r) und auf Parathormonstimulation mit einer deutlich abgeschwächten Knochenresorption reagieren. Mithilfe verschiedener histologischer Techniken wurden Tibia, Fußwurzelknochen und die Knochen der Schädeldecke von zwei und vier Wochen alten Tieren untersucht. Die so generierten Experimentmäuse (CL2+/rr) waren im Alter von zwei bis vier Wochen makroskopisch durchweg kleiner als die Vergleichstiere. Sie zeichneten sich im Bereich der Tibia und der Fußwurzelknochen durch eine im Vergleich zum Wildtyp (CL2-/--) und zur transgenen Maus (CL2+/--) signifikant erhöhte trabekuläre Knochenmasse aus. Die trabekuläre Knochenbildungsrate der Experimentmäuse (CL2+/rr) war verglichen mit der transgenen Maus (CL2+/--) leicht reduziert, verglichen mit dem Wildtyp (CL2-/--) jedoch signifikant erhöht. Mit Hilfe von In situ-Hybridisierungen und tartrate-resistant acid phophatase (TRAP)-Färbungen konnte in den doppelt mutierten Mäusen (CL2+/rr) eine sehr große Osteoklastenpopulation nachgewiesen werden. Die Untersuchungen der Kortikalis und der Schädelknochen erbrachten für die Experimentmaus (CL2+/rr) zu diesen Zeitpunkten keine signifikanten Unterschiede zur transgenen Maus (CL2+/--). Da zum einen viele Osteoklasten vorhanden waren, zum anderen keine Zunahme der Knochenformation im Kortikalknochen festgestellt werden konnte, kann der beschriebene Phänotyp nur durch eine Dysfunktion der Osteoklasten erklärt werden. Aufgrund der Kollagen I- Mutation und der damit verbundenen verminderten Kollagendegradierung können die zahlreichen Osteoklasten in diesem Knochenkompartiment keine effektive Knochenresorption durchführen. Somit konnte nachgewiesen werden, dass Kollagenasen eine entscheidende Rolle bei der Parathormon induzierten Knochenresorption spielen und als Downstream-Effektoren des PTH/PTHrP-Rezeptor im Trabekularknochen, nicht jedoch im Periost agieren. Schließlich verdeutlichen die Untersuchungen, dass verminderte Osteoklastenaktivität unter bestimmten Bedingungen durchaus mit verstärkter Knochenbildung vereinbar ist.…
• The in vivo expression of the constitutively active PTH/PTHrP receptor in osteoblasts causes an increase in trabecular bone volume and a reduction in thickness of cortical bone with an associated decrease in the periosteal mineral apposition rate (CL2+- mice). To investigate the role of collagenases in parathyroid hormone induced bone remodelling, a new experimental mouse model (CL2+/rr) was created combining CL2+- mice with animals that carry a resistance for digestion by collagenase-3 and other collagenases due to a mutation in the geneThe in vivo expression of the constitutively active PTH/PTHrP receptor in osteoblasts causes an increase in trabecular bone volume and a reduction in thickness of cortical bone with an associated decrease in the periosteal mineral apposition rate (CL2+- mice). To investigate the role of collagenases in parathyroid hormone induced bone remodelling, a new experimental mouse model (CL2+/rr) was created combining CL2+- mice with animals that carry a resistance for digestion by collagenase-3 and other collagenases due to a mutation in the gene encoding collagen Ia1, and therefore show a decrease in bone resorption when stimulated by parathyroid hormone. Tibia, tarsal and parietal bones of two and four week old mice were analyzed using various histological techniques. The generated experimental mice (CL2+/rr) were macroscopically smaller than the wildtype (CL2-/--) and transgenic mice (CL2+/--) at the age of two and four weeks. In comparison to the wildtype and the transgenic mice they showed a significant increase in trabecular bone mass in tibia and tarsal bones. The trabecular bone formation rate in the experimental mice (CL2+/rr) compared to the transgenic mice (CL2+/--) was slightly reduced but still significantly higher than in wildtype littermates (CL2-/--). In situ hybridisation and tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) staining confirmed the presence of a large osteoclast population. However, analysis of cortical and parietal bone did not reveal significant differences between experimental (CL2+/rr) and transgenic (CL2+/--) mice. Since there were a large number of osteoclasts, the new phenotype of the experimental mice (CL2+/rr) is thought to be a result of osteoclast dysfunction. Osteoclasts cannot effectively resorb bone in the trabecular compartment, due to the collagen I mutation and the resulting lack of collagen degradation. This study provides evidence that collagenases play an important role in parathyroid hormone induced bone resorption and act as downstream effector of the PTH/PTHrP receptor in trabecular bone, but not in the periosteum. Furthermore, these experiments indicate that reduced osteoclast activity under certain conditions is still compatible with enhanced bone formation.…