Zell- und Molekülbiologische Untersuchungen zur Einwirkung von Somatotropenhormonen (Großhormon, IGF-I) auf das Glucocorticoid (Dexamethason) - induzierte Wachstumsstörung von Epiphysenfugenchondrozyten
Christian Jux
Dr. Med. Zell- und Molekülbiologische Untersuchungen zur Einwirkung von Somatotropenhormonen (Growth Hormone, IGF-I) auf den Glukokortikoid (Dexamethason) induzierte Wachstumsstörung von Epiphysenfugenchondrozyten geboren am 19. 6. 1966 in Lübeck Reifeprüfung am 3. 7. 1985 in Lübeck Studium an der Fachschule Medizin von der SS 1987 bis zur WS 1993/94 Physik am 14. 3. 1989 an der Universität Göttingen Klinische Studien in Göttingen, London, Toronto Praktikum in Bremen und Toronto Staatsprüfungen am 27.04.1994 an der Universität Göttingen Promotion: Kindermedizin Doktorvater: Prof. Dr. med. O. Mehls Eine wesentliche Ursache für Wachstumsstörungen als Nebenwirkung von längerfristigen und höher dosierten Glucocorticoid-Medikamenten im Kindesalter sind Veränderungen der Somatotropen-Hormone. Dabei bestehen zwischen Glucocorticoiden und Somatotropen-Hormonen verschiedene und klinisch relevante Interaktionen, deren genaue Mechanismen auf zellulärer und molekularer biologischer Ebene des Zielorgans für das Längenwachstum bisher nur unzureichend verstanden und in vivo schwer zu untersuchen sind.
Wir haben daher die Wirkungen und möglichen Wirkmechanismen von Somatotropen untersucht.
Hormone (GH, IGF-I) und ein Glucocorticoid (Dexamethason) sowie deren Wechselwirkung
Wachstum mit Hilfe des experimentellen Modells der primär kultivierten Wachstumsfugen
Rattenchondrozyten. Durch dieses Modell konnten wir zeigen, dass Dexamethason, abhängig von der Dosis (10 -12 10 M), sowohl die Basal- als auch die GH-, IGF- und Kostimulations-DNA-Synthese und das Zellwachstum über Wochen reduziert. Ein IGF-I-Antikörper inhielt spezifisch den GH, aber kein bFGF stimulierte die Proliferation und reduzierte das Dosis-abhängige Wachstum von Knorpelzellen.
Dexamethason reduzierte das überschüssige, konditionierte, serumfreie Kulturmedium durch
ein spezifisches IGF-Bindungs-Protein mit RIA-blockiertem IGF-I-Konzentration,
Während GH die lokale IGF-I-Synthese bei Basalen wie bei Dexamethason-gehemmten
Im RNAse protection solution hybridization assay unterdrückte dexamethason die GHRmRNA-Transkriptionsrate zeitbezogen. Zusätzlich konnten durch Bindungsstudien eine dosebezogene Herabregung der (basalen) Anzahl somatogener GH-Rezeptoren auf Proteinebene gezeigt werden.
Im Gegensatz zur [
H]Thymidin-Inkorporation, die durch einen pulssiven/ kurzfristigen GH-Gefall verursacht wird
Im Vergleich zu dem dauerhaften Anwendungsmodus, der noch verbessert werden konnte, stellte sich heraus, dass
die ständige Anwesenheit von GH im Inkubationsmedium ist wichtig für die Erhaltung bzw.
Für eine direkte GH-Auswirkung sagten sie,
weder die Zugabe eines IGF-I-Antikörpers noch IGF-I selbst hatten einen Einfluss auf die GHRExpression. Eine Reduktion der homologen GHR-High-Regulation bei Dexamethason konnte auf mRNA- und Proteinebene gleichermaßen nachgewiesen werden. Während auch bei hohen Konzentrationen keine Wirkung von Dexamethason auf die basale Expression des IGF-Typ-I-Rezeptors nachweislich war, blockierte Dexamethason die homologische hohe Regulierung des IGFR vollständig.
Die Ergebnisse der immunzytochemischen Verfärbungen deuten darauf hin, dass
Rezeptorregulationen wurden nicht gleichmäßig über alle Zellen der jeweiligen Kulturen durchgeführt; vielmehr führten die Somatotropenhormone zu einem Anstieg des Prozentsatzes von intensivrezeptorpositiv gefärbten Chondrozyten, während Dexamethason diese Zellfraction reduzierte.
Durch mikrofluorometrische, zeitlich gelöste Messungen der intrazellulären frei/ionierten
Kalziumionenkonzentration, [Ca
Wir haben die Ergebnisse in den letzten drei Jahren auf einzelne Wachstumskondrocytes untersucht.
In der vorliegenden Studie wurde erstmals GH induziert [Ca
- Signale an Knorpelzellen nachweisen und
Es ist jedoch möglich, dass die durch GH induzierten
- Signale in den individuellen
Zellen variierten erheblich, sie konnten überwiegend als langlebige Transitanten beschrieben werden, die von der Ruhe-[Ca] auf das 4 bis 12-fache anstiegen und nach 30 bis 60 Minuten wieder auf Basiswerte zurückkehren. Die Abhängigkeit dieser Transitoren von der extrazellulären Kalzium-Ionenkonzentration und ihre Blockierbarkeit durch den Kalzium-Kanal-Blocker Verapamil bezog sich auf einen transmembranären Kalzium-Eingang über spannungsabhängige L-Typ-Kalzium-Kanäle als Ursache für die GH-abhängigen [Ca-Signale].
Dexamethason beeinflußte im getesteten Konzentrations- (10
-12
–
10 M) und Zeitbereich (bis zu
Es ist nicht möglich, eine Stunde zu überschreiten.
noch den Verlauf der GH-stimulierten [Ca
- Transienten.-
Proliferationsversuche mit steigenden Kalziumkonzentrationen im Kulturmedium zeigten
Es ist jedoch möglich, dass die DNA-Synthese stimuliert wird, während die basalen [
H]Thymidin-
Einbeziehung über ein breites Spektrum der extrazellulären Kalzium-Ionen-Konzentration konstant
Eine Kalzium-Kanal-Blockade mit Verapamil ließ die DNA-Synthese von Basal und GH stimulieren.
Die mögliche Interferenz zwischen Somatotropen-Hormonen und Glucocorticoiden
auf anderen, tiefer gelegenen Stufen des Signaltransduktionskaskades oder der Regulierungsmechanismen
Die Entwicklung der gemeinsamen genomischen Anschlagpunkte ist voranschreitend vorangetrieben.
Forschungsaktivitäten. Zusammenfassend beweisen die Untersuchungen der vorliegenden Arbeit in Übereinstimmung mit Tierversuchen und klinischen Erkenntnissen die antagonistische Wirkung von Somatotropen-Hormonen (GH, IGF-I) und Glucocorticoids (Dexamethason) auf Längenwachstumszellen. Die meisten Ergebnisse können sowohl als Hemmung von basal- und GH-stimulierten Zellverbreitung durch Dexamethason als auch als Kompensation für GH- und IGF-I-Glükocorticoid-induzierte Wachstumshemmung interpretiert werden.
Die phänotypisch angemessene Beschreibung dieser Prozesse durch das angewandte In-vitro-Modell
Es war die Voraussetzung für die Untersuchung der Interaktionsmechanismen auf zellulärem und
die molekulare Ebene. Gegenregulative Einflüsse von Somatotropen-Hormonen und
Dexamethason als Glukocorticoid konnte zur DNA-Synthese und zur Proliferation von
Wachstumsfugenchondrozyten, die lokale Synthese des Wachstumsfaktors IGF-I, die Transkription
von GH-Rezeptor mRNA sowie der Expression von IGF-I und GH-Rezeptorprotein gezeigt
Die in der Studie beschriebenen Mechanismen könnten dazu beitragen,
Erklärungen zur Pathogenese von Steroid-induzierten Minderjährigen und zur biologischen Vernunft
der Wachstumshormontherapie entsprechender Kinder sein.