| License: Publishing license for publications excluding print on demand (788kB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-192311
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.19231
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 7 February 2011 |
| Referee: | Prof. Dr. Dr. Peter Proff and Prof. Dr. Michael Behr |
| Date of exam: | 14 January 2011 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Kieferorthopädie |
| Interdisciplinary Subject Network: | Not selected |
| Keywords: | enchondrale Ossifikation, Synchondrosis sphenooccipitalis, extrazelluläre Matrix, Kollagen, Wachstumszentrum |
| Dewey Decimal Classification: | 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 19231 |
Abstract (German)
Die Synchondrosis sphenooccipitalis ist als basikraniales Wachstumszentrum von großer Bedeutung für die kraniofaziale Entwicklung. In der vorliegenden Studie wurde die Kollagen-Genexpression in der Synchondrosis sphenooccipitalis im Hinblick auf physiologisch wichtige Entwicklungsstadien untersucht, um den Prozess der enchondralen Ossifikation, die auf der Proliferation der Chondrozyten und deren ...
Abstract (German)
Die Synchondrosis sphenooccipitalis ist als basikraniales Wachstumszentrum von großer Bedeutung für die kraniofaziale Entwicklung. In der vorliegenden Studie wurde die Kollagen-Genexpression in der Synchondrosis sphenooccipitalis im Hinblick auf physiologisch wichtige Entwicklungsstadien untersucht, um den Prozess der enchondralen Ossifikation, die auf der Proliferation der Chondrozyten und deren Eintritt ins Stadium der Hypertrophie basiert, in dieser Struktur darzustellen. Diese Wachstumsvorgänge in der sphenookzipitalen Synchondrose spielen bei der postnatalen Morphogenese der viszerokranialen Schädelanteile eine wichtige Rolle und hängen auch vom jeweiligen physiologischen Entwicklungsstadium ab. Ziel der Studie war es, die wichtigsten Zeitpunkte für die Produktion extrazellulärer Matrix und das Einsetzen der Verknöcherung dieses Wachstumszentrums der Schädelbasis zu erfassen. Aus diesem Grund wurde die Expression von für Typ-II– und X–Kollagen codierender mRNA untersucht. Typ-II–Kollagen gilt als einer der Hauptbestandteile des hyalinen Knorpels und kann als Marker der Proliferation und der prähypertrophen Phase der Chondrozyten betrachtet werden. Typ-X–Kollagen wird ausschließlich im hypertrophen Stadium der Chondrozyten gebildet und ist nötig für die Kalzifizierung der ursprünglichen Knorpelmatrix. Die Messungen der Kollagen–Expression erfolgten am Tag der Geburt (Tag 0 postnatal), am zehnten Lebenstag in der Mitte der Säugeperiode, am 21. Lebenstag am Ende der Säugeperiode und am 52. Lebenstag beim Erreichen der Geschlechtsreife. Aus den Proben der Synchondrosis sphenoccipitalis wurde die RNA isoliert und in cDNA transkribiert. Anschließend wurde diese cDNA in Real–Time–PCRs amplifiziert und mit der Delta-Ct–Methode quantifiziert. Dabei erhält man den Delta-Ct–Wert, indem man den Ct–Wert des konstant erprimierten ß–Aktin vom Ct–Wert der für Typ-II– bzw. X–Kollagen codierender mRNA subtrahiert. Die PCR–Produkte wurden in Agarose-Gelelektrophoresen auf ihre Spezifität überprüft.
In der Mitte der Säugephase am 10. Lebenstag postnatal war eine deutliche Hochregulation der Typ-II– und X–Kollagen-Expression in der sphenookzipitalen Synchondrose feststellbar (4,688 ± 3,127 Kopien von für Typ-II–Kollagen codierender mRNA pro Kopie von für ß–Aktin codierender mRNA; 0,62 ± 0,462 Kopien von für Typ-X–Kollagen codierender mRNA pro Kopie von für ß–Aktin codierender mRNA). Diese Höchstwerte der Genexpression kommen vermutlich aufgrund der Volumenzunahme des Gehirns zu diesem Zeitpunkt zustande. Die dabei erzeugte mechanische Belastung stimuliert die Produktion von extrazellulärer Matrix und führt so zu einer Expansion der sphenookzipitalen Synchondrose. An den darauffolgenden Messtagen fiel die Kollagen–Genexpression jedoch ab (Tag 52: 0,791 ± 0,346 Kopien von für Typ-II–Kollagen codierender mRNA pro Kopie von für ß–Aktin codierender mRNA; 0,122 ± 0,032 Kopien von für Typ-X–Kollagen codierender mRNA pro Kopie von für ß–Aktin codierender mRNA). Diese Ergebnisse kommen wahrscheinlich durch das Fortschreiten der enchondralen Ossifikation zustande, wodurch die Knorpelanteile nach und nach durch Knochen ersetzt werden. An Stelle von Typ-II– und X–Kollagen wird nun verstärkt Typ-I-Kollagen von den vermehrt auftretenden Osteoblasten exprimiert. Die am Tag 52 festgestellte Genexpression von Typ-II– und X–Kollagen stimmt jedoch mit der Erkenntnis überein, dass die sphenookzipitale Synchondrose der Ratte nicht vollständig verknöchert, wogegen beim Menschen ihre vollständige Ossifikation gegen Ende der Wachstumsphase erfolgt.
Abschließend lassen die gewonnenen Ergebnisse darauf schließen, dass die Entwicklung der Synchondrosis sphenooccipitalis sowohl genetisch determiniert ist, als auch durch äußere Faktoren beeinflusst wird.
Translation of the abstract (English)
The spheno–occipital synchondrosis is part of the cranial base growth plate and is of crucial importance in craniofacial development. In the present study, changes in collagen gene expression in the spheno–occipital synchondrosis have been analysed in order to identify the development stages most important for extracellular matrix production and ossification and to clarify the progress of ...
Translation of the abstract (English)
The spheno–occipital synchondrosis is part of the cranial base growth plate and is of crucial importance in craniofacial development. In the present study, changes in collagen gene expression in the spheno–occipital synchondrosis have been analysed in order to identify the development stages most important for extracellular matrix production and ossification and to clarify the progress of endochondral ossification, especially the chondrocyte proliferation and the onset of hypertrophy in the rat cranial base growth plate. This process is considered to influence the shape of the viscerocranium during postnatal development and is specific for age and physiological circumstances. Therefore, we analysed the temporal gene expression of type II and X collagen in order to assess the growth of the cranial base growth plate at different stages of physiological development in the rat. Type II collagen belongs to the most abundant organic components of hyaline cartilage and is considered to be a marker for the proliferation of chondrocytes and the prehypertrophic phase. Type X is exclusively synthesized by hypertrophic chondrocytes and is discussed to be essential for facilitation of the matrix calcification process. Because type X collagen is exclusively synthesized in hypertrophic chondrocytes it is considered to be a perfect marker for the hypertrophic stage. Four different points in development were established for sample collection: days 0 (day of birth), 10 (middle of lactation period), 21 (end of lactation period), and day 52 (sexual maturity). The RNA was isolated from the samples and transcribed to cDNA. In this investigation, RT – real time PCR was used to amplificate the target cDNA. The relative expression of type II and X collagen was calculated by the delta Ct method, where delta Ct is the value obtained by subtracting Ct value of ß–actin from the Ct value of the target mRNA. The PCR products were generally visualized using agarose gel electrophoresis in order to confirm specificity.
Gene transcripts of type II and X collagen were most abundant at day 10 postnatally in the spheno–occipital synchondrosis during the lactation period (4,688 ± 3,127 copies of type II collagen mRNA / copy ß- actin mRNA; 0,62 ± 0,462 copies of type X collagen mRNA / copy ß–actin mRNA). This peak–value at day 10 is probably affected by the volume increase of the rat brain at this time, which due to mechanical stimulation or pressure, stimulates the extracellular matrix production. From days 10 to 52 postnatally a decrease of collagen gene expression was detected (day 52: 0,791 ± 0,346 copies of type II collagen mRNA / copy ß–actin mRNA; 0,122 ± 0,032 copies of type X collagen mRNA / copy ß–actin mRNA). This observation may be explained by the progression of endochondral ossification, where the cartilaginous part of the synchondrosis becomes smaller and is converted into bone. Type II and X collagen is now replaced by type I collagen formed by now appearing osteoblasts. Nevertheless there was still collagen type II and X gene expression detectable at day 52. This agrees with the fact the rat´s sphenooccipital synchondrosis remains open throughout life, while the human analogues close around the late growth phase. In conclusion the present study shows that development of the cranial growth plate is genetically determined and also regulated by environmental factors.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 07:37
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