Die molekulare Rolle der Site-2-Protease für die Funktion von Osteoblasten

• Antragstellerin: Professorin Dr. Zoya Ignatova, seit 4/2024
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 506621076

Osteogenesis imperfecta ist eine Gruppe seltener genetisch bedingter Knochendysplasien, die durch Skelettanomalien der betroffenen Patienten gekennzeichnet sind, darunter Knochenbrüchigkeit, Kleinwuchs und verschiedene Knochendeformitäten. Die häufigsten "klassischen" Formen von Osteogenesis imperfecta werden durch Mutationen in zwei Genen verursacht, die für die Polypeptidketten von Kollagen Typ I kodieren, dem am häufigsten vorkommenden extrazellulären Matrixprotein, das von den Osteoblasten im Knochen sezerniert wird. Die einzige bisher identifizierte X-chromosomal rezessive Form der Osteogenesis imperfecta ist mit Mutationen im MBTPS2-Gen assoziiert, das für die Site-2-Protease (S2P) kodiert. S2P ist eine Golgi-residente Membranprotease, die eine Reihe von membrangebundenen Transkriptionsfaktoren aktiviert, die am Lipidstoffwechsel und an der Reaktion auf Stress im endoplasmatischen Retikulum (ER) beteiligt sind. Da kollagenproduzierende Osteoblasten eine hohe Proteinsyntheserate aufweisen, können schon geringe Defizite in der ER-Stressreaktion und Proteostase ihre Differenzierung, Kollagendeposition und schließlich die Homöostase des Knochengewebes beeinträchtigen. Ob eine gestörte ER-Stressreaktion, eine Lipiddysregulation und/oder andere noch unbekannte Faktoren dem Pathomechanismus der MBTPS2-assoziierten Form der Osteogenesis imperfecta zugrunde liegen, ist bisher weitgehend unklar. Da mehrere Transkriptionsfaktoren durch S2P prozessiert werden, sind die Auswirkungen eines S2P-Defizits auf das Skelettgewebe wahrscheinlich multifaktoriell. Daher ist das Hauptziel dieses Projekts, die Rolle der S2P-Protease in die Regulierung der Knochenhomöostase zu entschlüsseln, wofür ein Osteoblasten-basiertes Modell der MBTPS2-assoziierten Osteogenesis imperfecta verwendet wird. Dafür werden wir Transkriptom- und Proteom-Profile von S2P-defizienten Osteoblasten erstellen, um molekulare Signalwege und Faktoren zu identifizieren, die durch das Fehlen von S2P während der Osteoblastendifferenzierung in vitro spezifisch beeinflusst werden. Wir werden außerdem die Rolle der beiden ATF6-Signalwege untersuchen, die bei ER-Stress durch S2P proteolytisch aktiviert werden und deren spezifische nachgeschaltete Zielgene in Bezug auf die Osteoblastenfunktion bisher kaum untersucht worden sind. Ob der ATF6α- und/oder ATF6β-Signalweg für die Osteoblastendifferenzierung und Kollagensynthese entscheidend ist, wird anhand stabil exprimierender Zelllinien untersucht. Schließlich wollen wir herausfinden, ob S2P-defiziente Osteoblasten eine dysregulierte Proteostase aufweisen und welche molekularen Determinanten als potenzielle therapeutische Ziele zur Korrektur des Phänotyps von S2P-defizienten Knochenzellen dienen könnten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Tatyana Danyukova, bis 3/2024