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- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-315129
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.31512
Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
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Open Access Art: | Primärpublikation |
Datum: | 25 März 2015 |
Begutachter (Erstgutachter): | PD Dr. Christian Morsczeck |
Tag der Prüfung: | 4 März 2015 |
Institutionen: | Medizin > Lehrstuhl für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie |
Stichwörter / Keywords: | dentale Follikel-Vorläuferzellen, DLX3, osteogene Differenzierung, WNT-Signalweg, NOTCH-Signalweg |
Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin |
Status: | Veröffentlicht |
Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
Dokumenten-ID: | 31512 |
Zusammenfassung (Deutsch)
Die aus dem Zahnfollikel isolierten Stammzellen, die dentalen Follikel-Vorläuferzellen (DFVs), können sich in vitro in Zellen des parodontalen Ligaments, des Alveolarknochens bzw. des Zahnzements differenzieren. Die DFVs stellen demzufolge ein ideales Modell für In-vitro-Studien bezüglich der Differenzierung in mineralisierendes Gewebe bzw. Zellen im Parodont dar. Wie in anderen mineralisierenden ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Die aus dem Zahnfollikel isolierten Stammzellen, die dentalen Follikel-Vorläuferzellen (DFVs), können sich in vitro in Zellen des parodontalen Ligaments, des Alveolarknochens bzw. des Zahnzements differenzieren. Die DFVs stellen demzufolge ein ideales Modell für In-vitro-Studien bezüglich der Differenzierung in mineralisierendes Gewebe bzw. Zellen im Parodont dar. Wie in anderen mineralisierenden Zellen wird DLX3 in DFVs exprimiert. Das Distal-less Homeobox 3 (DLX3)-Protein ist ein wichtiger Transkriptionsfaktor der Skelettentwicklung von Wirbeltieren und könnte deshalb eine wichtige Rolle bei der Differenzierung der DFVs spielen. Über die regulatorischen Funktionen von DLX3 in DFVs ist jedoch wenig bekannt. Diese Studie befasste sich daher mit der Untersuchung der molekularen Mechanismen von DLX3 während der osteogenen Differenzierung in DFVs.
Durch gezielte Regulation von DLX3 in DFVs wurde gezeigt, dass Zellmorphologie, Proliferation und Vitalität/Apoptose durch die DLX3-Expression beeinflusst werden. Beispielsweise erhöhte sich nach DLX3-Inhibition die Anzahl an apoptotischen Zellen in DFVs. DLX3 stimuliert zudem die Expression von osteogenen Markern wie RUNX2 sowie die Aktivität der alkalischen Phosphatase (ALP) und die Matrixmineralisierung.
Darüber hinaus wurde nachgewiesen, dass DLX3 durch einen dosisabhängigen BMP2-Feedbackmechanismus reguliert wird. Infolgedessen ist die osteogene Differenzierung vom Gleichgewicht zwischen DLX3 und BMP2 abhängig. Auch weitere Signalwege wie WNT oder NOTCH scheinen an dieser Regulation durch Crosstalk Networks beteiligt zu sein.
Obwohl der kanonische WNT-Signalweg einen negativen Einfluss auf die osteogene Differenzierung hat, ist die Aktivierung von β-Catenin via BMP2/PKA für die Regulation von DLX3 und somit für die osteogene Differenzierung in humanen DFVs essenziell. BMP2 leitet eine Wechselwirkung zwischen SMAD4/LEF1/β-Catenin und der Bindung von LEF1 an den DLX3-Promotor in DFVs ein. Eine Behandlung mit einem Induktor des WNT-Signalweges, WNT3A, inhibierte diese Wechselwirkung. Dies deutet darauf hin, dass ein Crosstalk zwischen dem WNT- und dem BMP2-Signalweg die osteogene Differenzierung nach der Expression von DLX3 reguliert.
Es wurde zum ersten Mal nachgewiesen, dass DLX3 ähnlich wie BMP2 den WNT-/β-Catenin-Signalweg induzieren kann. DLX3 sowie BMP2 stimulieren die Phosphorylierung von β-Catenin an Serin 675 durch PKA und induzieren somit die Aktivierung von β-Catenin. Zielgene des WNT-Signalweges, wie APCDD1, wurden während der über DLX3/BMP2 induzierten osteogenen Differenzierung ebenfalls hochreguliert. Mittels einer APCDD1-Silencing-Analyse wurde nachgewiesen, dass APCDD1 in DFVs an der Expression von β-Catenin beteiligt ist, obwohl es als WNT-Inhibitor bekannt ist. Zudem zeigten die Daten, dass APCDD1 ebenfalls die osteogene Differenzierung in DFVs unterstützt.
DLX3 induziert ebenfalls die Expression von Genen des NOTCH-Signalweges. Allerdings hatte die Aktivierung des NOTCH-Signalweges eine negative Wirkung auf die DLX3-Expression und auf die osteogene Differenzierung. Dies deutet auf einen negativen Feedbackmechanismus zwischen DLX3 und dem NOTCH-Signalweg hin.
Darüber hinaus ist DLX3 an der Regulation von EZM-Molekülen wie Kollagen I und Laminin beteiligt. Während Kollagen I die Expression von frühen osteogenen Markern unterstützt, werden späte osteogene Marker und der Zementoblastenmarker sowie die Matrixmineralisierung durch Laminin induziert. Es wurde nachgewiesen, dass der Rezeptor Integrin-alpha 2 durch Laminin induziert wird und dass er über die Aktivierung des FAK/ERK-Signalweges osteogene/zementogene Marker hochreguliert. Allerdings werden die osteogenen Marker ALP und OPN auf Kollagen I jeweils durch FAK und ERK unabhängig voneinander reguliert.
Zusammenfassend bestätigte diese Studie den Einfluss von DLX3 auf die osteogene Differenzierung in DFVs und brachte neue Erkenntnisse über die regulatorischen Mechanismen von DLX3 hervor. Ein genaueres Verständnis von DLX3 in DFVs könnte es ermöglichen, diese Zellen zukünftig für therapeutische Zwecke gezielt in biomineralisiertes Gewebe zu differenzieren.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
The stem cells of the dental follicle (DFCs) can differentiate in vitro into cells of the parodontal-ligament, alveolar osteoblasts, and cementoblasts. DFCs are therefore an ideal model for in vitro studies concerning differentiation of mineralized tissue/cells in the periodontium. DLX3 was expressed differentially during osteogenic differentiation in DFCs, similar than in other mineralising ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
The stem cells of the dental follicle (DFCs) can differentiate in vitro into cells of the parodontal-ligament, alveolar osteoblasts, and cementoblasts. DFCs are therefore an ideal model for in vitro studies concerning differentiation of mineralized tissue/cells in the periodontium.
DLX3 was expressed differentially during osteogenic differentiation in DFCs, similar than in other mineralising cells. The Distal-less Homeobox 3 (DLX3) protein is an essential transcription factor for bone development of vertebrates, hence it might play an important role in the differentiation of DFCs. However, the regulatory effects of DLX3 are unknown; therefore this work investigated the molecular mechanisms of DLX3 in DFCs.
Through the directed regulation of DLX3 could be here demonstrated that cell morphology, proliferation, and viability/apoptosis are directly influenced by the expression of DLX3, for example, the amount of apoptotic cells in DFCs was increased after DLX3 silencing. Furthermore, DLX3 induces the expression of osteogenic markers such as RUNX2 as well as the alkaline phosphatase (ALP)-activity and the matrix-mineralization in DFCs.
Moreover, DLX3 is regulated via a dose-dependent BMP2-feedback-mechanism and the osteogenic differentiation is influenced consequently by the balance between DLX3 and BMP2. Further signaling pathways such as WNT and NOTCH seem to collaborate through crosstalks with this regulatory DLX3/BMP2-feedback-mechanism.
Although the canonical WNT-signaling pathway influence negatively the osteogenic differentiation, the activation of β-Catenin via BMP2/Proteinkinase A (PKA) is essential for regulation of DLX3 and hence for osteogenic differentiation in human DFCs. This work shows that BMP2 induces the formation of a LEF1/SMAD4/β-Catenin complex and the binding of LEF1 to the DLX3 promoter, while these interactions were inhibited after a treatment with the WNT-inductor, WNT3A. These results suggest that a crosstalk between the canonical WNT/β-Catenin and the BMP2/SMAD-signaling pathways regulates the expression of DLX3 and consequently directs the osteogenic differentiation.
For the first time could be shown, that DLX3 can induce similarly to BMP2 the WNT/β-Catenin pathway. BMP2 as well as DLX3 induce the phosphorylation of β-Catenin at Ser-675 via PKA and hence activate β-Catenin. Furthermore, WNT-target genes such as APCDD1 were up-regulated during DLX3/BMP2-induced osteogenic differentiation. APCDD1-Silencing analysis revealed that albeit APCDD1 is known as a WNT-inhibitor, it participates in the regulation of β-Catenin-expression in DFCs. Besides, we prove that APCDD1 also sustains the osteogenic differentiation in DFCs.
DLX3 induces also the expression of genes from the NOTCH-signaling pathway. However, the activation of the NOTCH-pathway inhibits the DLX3-expression and osteogenic differentiation. These results suggest a negative feedback-mechanism between DLX3 and the NOTCH-pathway. In addition, DLX3 regulates extracellular matrix (ECM) molecules such as collagen I and laminin. While collagen I supports the expression of early osteogenic markers, late osteogenic and cementogenic markers as well as biomineralization are supported by laminin. Interestingly, the receptor, integrin-alpha 2, is induced through laminin and it up-regulates the expression of osteogenic/cementogenic markers via the FAK/ERK-pathway. Moreover, collagen I induces the expression of the osteogenic markers, ALP and OPN using the FAK- and ERK-signals independently from each other.
In conclusion, this study confirms the influence of DLX3 on the osteogenic differentiation of DFCs and discloses unknown mechanisms about the regulatory functions of DLX3. A better knowledge about DLX3 in DFCs should allow in future a directly differentiation of this cells in mineralized tissue for therapeutic purpose.
Metadaten zuletzt geändert: 26 Nov 2020 00:14