Osteoblasten stimulieren die Hämatopoese durch IL-4 Produktion

Einleitung Die Hämatopoese im Knochenmark wird von den Stromazellen des Knochenmarks und endostealen Präosteoblasten reguliert. Vorherige Arbeiten unserer Gruppe zeigten, dass eine Isoform des Fibronektins, welche aus Osteoblasten stammt, zu einer Erhöhung der myeloiden Vorläuferzellen sowie einer Veränderung ihres Verhaltens gegen Tumor führt. Fibronektin vermittelt seine Wirkung durch Bindung an Integrine. Diese wiederum agieren intrazellulär durch Rho-GTPasen, wie Cdc42. Dabei integriert Cdc42 Signale der Integrine und weiterer Moleküle, wie z.B. Zytokine und Wnt-Moleküle. Ziel dieser Arbeit ist es daher, den Einfluss von Cdc42 auf die Hämatopoese zu analysieren.

Methoden und Ergebnisse Mittels des Osterix-Promoters wurde Cdc42 konditionell in Mäusen ausgeschaltet. Die Osteoblastenfunktion war sowohl in vitro in Differenzierungsassays, als auch in vivo vermindert. Die Knochendichte war beeinträchtigt und die dynamische Histomorphometrie zeigte eine Verminderung der Osteoblastenfunktion. Im Knochenmark wurden die Stadien der Hämatopoese mittels Durchflusszytometrie untersucht. Dabei ergab sich eine Erhöhung der myeloiden Vorläufern, den sogenannten “commonmyeloid progenitors” (CMPs) (p < 0,05; n = 10/16), und der hieraus entstehenden Osteoklasten (p < 0,01; n = 10/4). Im peripheren Blut waren sowohl die Erythrozyten (p < 0,05; n = 27/28) als auch die Thrombozyten erhöht (p < 0,01; n = 27/28), was auf die Erhöhung der CMPs zurückzuführen ist. Weder die konditionelle Ausschaltung einer weiteren Rho-GTPase, Rac1, mittels des Osterix-Promotors noch die Ausschaltung von Cdc42 mittels des Col-α1(I) Promoters, welcher in den differenzierenden Osteoblasten aktiv ist, konnten Veränderungen bei der Hämatopoese verursachen. Daraus lässt sich entnehmen, dass Cdc42 in frühen Osteoblastprogenitoren die Myelopoese beeinflusst. Um einen kausalen Zusammenhang zwischen Cdc42 in den (Prä-)Osteoblasten und der Hämatopoese herzustellen, wurden Osteoblasten aus der Calvaria neugeborener Mäuse sowie Stromazellen aus dem Knochenmark 3-4 Wochen alter Mäuse isoliert, mit Cdc42-Inhibitoren behandelt und der Einfluss vorbehandelter Zellen auf die Differenzierung sortierter hämatopoetischen Stammzellen untersucht. Die Inhibitoren stimulierten die Differenzierung der Stammzellen in Richtung Myelopoese. Daraufhin wurde nach dem verantwortlichen Differenzierungsmolekül gesucht. Eine mRNA-Analyse von Differenzierungsmolekülen zeigte eine Erhöhung mehrerer Zytokine. Das Zytokin IL-4 war sowohl in Osteoblasten, als auch in Stromazellen nach Behandlung mit Cdc42-Inhibitor erhöht. Inhibitorische Antikörper gegen IL-4 konnten die Stimulation der Myelopoese durch Cdc42-Modulationnormalisieren (p < 0,05).

Diskussion Zusammengefasst konnten wir einen neuen Mechanismus der Regulation der Hämatopoese durch Knochenzellen aufzeigen. Dabei wiesen wir nach, dass die Rho-GTPase Cdc42 in den (Prä-)Osteoblasten die Myelopoese durch Modulation von Interleukin-4 reguliert.

Keywords Osteoblasten, Präosteoblasten, Hämatopoese, Knochen

Korrespondenzadresse Franziska Wirth, Universitätsklinikum Heidelberg, Institut für Immunologie, Im Neuenheimer Feld 305, 69120 Heidelberg, Deutschland

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Article published online:
05 March 2021