Die mitogen aktivierten Proteinkinasen ERK1 und ERK2 als Bestandteil der Mechanotransduktion in primären bovinen Osteoblasten

Zusammenfassung Knochen ist adaptives Gewebe! Je nach Belastung wird Knochen auf-, ab- und umgebaut. Dies ist schon lange bekannt. Allerdings ist bis heute ungeklärt, welche mechanischen Komponenten für den Knochenumbauprozeß und welche intrazellulären Signaltransduktionswege letztendlich dafür verantwortlich sind. Während normaler Fortbewegungen werden Belastungen in Höhe von 2000 ? 4000µstrain auf den Knochen ausgeübt, wodurch sowohl Osteoblasten als auch Osteoklasten zum ?Bone remodeling? stimuliert werden. Durch Immobilisation oder Schwerelosigkeit verschiebt sich das Gleichgewicht zwischen Auf- und Abbau, wodurch es zu einem raschen Verlust an Knochensubstanz kommt. Gegenstand dieser Arbeit war die Untersuchung der Mechanotransduktion in primären bovinen Osteoblasten, insbesondere der Einfluß von mechanischer Belastung auf die ?extracellular regulated Kinases? ERK1 und ERK2 als Bestandteil der MAPKinase-Kaskade und der Einfluß von Schwerelosigkeit auf den Aktivierungsgrad dieser MAPKinasen. Ziel war es, neue Hinweise auf die beteiligten Signalkaskaden zu erlangen, um damit langfristig einen Beitrag zu neuen Präventions- und Therapiekonzepten bei verschiedenen Knochenerkrankungen zu leisten. Mit dieser Arbeit konnte erstmals dargelegt werden, dass die MAPKinasen ERK1 und ERK2 an der Mechanotransduktion in primären bovinen Osteoblasten beteiligt sind. Es kommt innerhalb eines Zeitraumes von 2-10 Minuten nach Dehnung mit der 4-Punkt-Dehnungsmaschine zu einer Phosphorylierung von ERK1 und ERK2, mit einem Maximum nach 5 Minuten. Bereits eine einmalige physiologische Belastung mit 4000µstrain ist ausreichend, um die untersuchten Kinasen zu aktivieren. Durch Inhibition vorgeschalteter Kinasen konnte nachgewiesen werden, dass ERK1 und ERK2 durch Bestandteile der bekannten MAPKinase-Kaskade aktiviert werden, nämlich durch MEK. Eine Übertragbarkeit dieser Ergebnisse auf die Bedingungen unter Schwerelosigkeit sollte durch Parabelflug-Experimente untersucht werden. Auch hierbei konnte eine Beteiligung der MAPKinasen ERK1 und ERK2 nachgewiesen werden. Zwischen Positiv- und Negativkontrollen dieser Experimente sind eindeutige Unterschiede im Aktivierungsmuster von ERK1 und ERK2 zu erkennen, so dass davon ausgegangen werden kann, dass Schwerelosigkeit und die damit verbundenen physiologischen Veränderungen des Knochens und seiner Zellen auch über die MAPKinasen ERK1 und ERK2 beeinflusst werden. Sicherlich sind zukünftig noch eine Vielzahl weiterer Experimente notwendig, um den Prozeß der Mechanotransduktion in Osteoblasten gänzlich zu ergründen