Lutz Thorsten Weber
Dr. med.
Interaktionen von Insulin-like growth factor I und 1α,25(OH)2D3 bezüglich
Proliferation und Rezeptorexpression epiphysealer Knorpelzellen von Ratten in vitro
Geboren am 27. 02. 1969 in Duisburg
Reifeprüfung am 16. 06. 1988 in Duisburg
Studiengang der Fachrichtung Medizin vom SS 1990 bis WS 1996/97
Physikum am 30. 03. 1992 an der Universität Freiburg
Klinisches Studium in Freiburg und Heidelberg
Praktisches Jahr in Bad Mergentheim
Staatsexamen am 07. 11. 1996 an der Universität Heidelberg
Promotionsfach: Kinderheilkunde
Doktorvater: Professor Dr. med. Otto Mehls
Bei Kindern mit chronischer Niereninsuffizienz besteht häufig eine Wachstumsstörung, die
sowohl auf Störungen in der Homöostase der somatotrophen als auch der calciotrophen
Hormone zurückgeführt wird. Wachstumsknorpel ist ein Zielorgan für IGF-I und für
1α,25(OH)2D3 und exprimiert die jeweiligen Rezeptoren. Da beide Hormonsysteme
gleichzeitig gestört sind, sollte die vorliegende Studie klären, inwieweit eine Interaktion von
1α,25(OH)2D3 und IGF-I an der Wachstumsknorpelzelle stattfindet. Im einzelnen sollte
geklärt werden, inwieweit 1α,25(OH)2D3 die IGF-I-Rezeptorexpression und die IGF-I
abhängige Zellproliferation beeinflußt, zum anderen, ob umgekehrt IGF-I die Vitamin D-
Rezeptorexpression und die Vitamin D-abhängige Zellproliferation moduliert.
Ex vivo gewonnene Wachstumsknorpelchondrozyten aus der proximalen Tibiametaphyse von
60 g schweren Sprague-Dawley-Ratten wurden nach Anzucht in Medium mit fötalem
Kälberserum (FCS,10%) unter serumfreien Bedingungen in Monolayer-Kulturen und in
Agarose-stabilisierten Suspensionskulturen untersucht. Die Expression des Vitamin D-
Rezeptors und des IGF-Typ-I-Rezeptors wurden durch Bindungsstudien (Scatchard-Analysen)
mit Hilfe von [3H]-1,25(OH)2D3 und dem jodierten IGF-Typ-I-Rezeptor-Antikörper [125J]-
alpha-IR3 untersucht. Die DNA-Synthese der Zellen wurde durch [3H]-
Thymidininkorporation, die Zellproliferation durch Wachstumskurven (Monolayer-Kulturen)
und Kolonienbildungen (in Agarose-stabilisierten Suspensionskulturen) quantifiziert.
IGF-I steigerte dosisabhängig die [3H]-Thymidininkorporation mit einer maximalen Wirkung
bei 60 ng/ml. Der Effekt von 1α,25(OH)2D3 auf die Zellproliferation gestaltete sich
biphasisch. Niedrige Konzentrationen (10-12 M) stimulierten die Proliferation, während hohe
Konzentrationen (10-8 M) keinen derartigen Effekt zeigten. Das Stereoisomer 1β,25(OH)2D3
als Spezifitätskontrolle hatte keinerlei Einfluß auf die [3H]-Thymidininkorporation.
Der Effekt von IGF-I auf die DNA-Synthese war additiv zum Effekt von 1α,25(OH)2D3 (IGF-
I (60 ng/ml) 196 ± 4 %; 1α,25(OH)2D3 (10-12 M) 180 ± 7 %; IGF-I + 1α,25(OH)2D3 258 ± 4
%; gegenüber Kontrolle, p<0,05 ANOVA). Der additive Effekt konnte spezifisch durch den
polyklonalen IGF-I-Antikörper (AB-1) verhindert werden. Die Monolayer-Kultur-
Experimente wurden durch Experimente mit Agarose-stabilisierten Suspensionskulturen
bestätigt.
IGF-I (60 ng/ml) steigerte die Expression des IGF-Typ-I-Rezeptors deutlich. Dieser Effekt
konnte wiederum durch Koinkubation mit dem IGF-I-Antikörper inhibiert werden.
Koinkubation mit 1α,25(OH)2D3 (10-12 M) führte zu einer signifikanten Steigerung der
Rezeptorexpression. 1α,25(OH)2D3 (10-12 M) bewirkte eine homologe Hochregulation der
Vitamin D-Rezeptorexpression. Die Koinkubation von IGF-I (60 ng/ml) und 1α,25(OH)2D3
(10-12 M) steigerte die Vitamin D-Rezeptorexpression auf das Dreifache des Basalwertes.
Diese Steigerung konnte nicht bei Koinkubation von IGF-II (60 ng/ml) und 1α,25(OH)2D3
(10-12 M) beobachtet werden, obwohl IGF-II dosisäquivalent wie IGF-I die Proliferation
stimulierte. Aktinomycin D führte zu einer Hemmung des IGF-I Effektes. Dies weist auf einen
transkriptionellen Mechanismus hin, d.h. IGF-I bewirkte eher eine Rezeptorneubildung als
eine (Re-)Aktivierung ruhender Rezeptoren.
Aus den Befunden kann geschlossen werden, daß IGF-I und 1α,25(OH)2D3 sowohl homolog
die Expression des eigenen Rezeptors als auch die Expression des heterologen Rezeptors
erhöhen. Diese Befunde erklären möglicherweise auf molekularer Ebene, auf welche Weise
IGF-I und 1α,25(OH)2D3 additive Effekte auf die Zellproliferation ausüben.
Sollten sich die gefundenen Ergebnisse in vivo bestätigen, wäre bei Kindern mit chronischer
Niereninsuffizienz eine Korrektur beider Hormonsysteme wünschenswert, um ein optimales
Wachstum zu garantieren. Dabei sollte bedacht werden, daß es bei zu hohen 1α,25(OH)2D3-
Spiegeln möglicherweise zur Hemmung der Interaktionen kommen kann, wie wir es in
unserem experimentellen System zeigen konnten.
