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Main Title: Regulation des WNT Inhibitors DKK1 im in vitro Kondensationsmodell
Translated Title: Regulation of the WNT inhibitor DKK1 in an in vitro condensation model
Author(s): Tschirschmann, Miriam
Advisor(s): Lauster, Roland
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Osteoarthrose ist eine Volkskrankheit und bislang gibt es noch keine Therapie mit Langzeiterfolg. Bei einer nicht entzündlichen Osteoarthrose ist die Knorpel-schutzschicht auf den artikulären Gelenken degeneriert. Dieser Prozess ist irreversibel. Die Zellen in dem Gewebe sind im ausdifferenzierten Zustand nicht mehr teilungsfähig. Bei traumatischer Schädigung der Schicht oder einem Abbau des Gewebes infolge von Fehl- oder Überbelastung der Gelenke kann nur eine Gewebeersatztherapie erfolgen. Der Bedarf an alternativen Therapieansätzen ist hoch. Aktuelle Strategien zielen immer mehr auf eine Bereitstellung von Gewebeaufbauenden Bedingungen ab und favorisieren den Einsatz von Vorläuferzellen, die im Gewebe differenzieren können und neues Gewebe aufbauen können. Für solche Ansätze ist eine Kenntnis über die molekularen Ursachen der Gewebedegeneration ebenso wichtig, wie die Aufklärung der Entstehung von Gewebe. Nur auf diesem Weg können letztlich Faktoren identifiziert werden, die den Degenerationsprozess im Gewebe umkehren können. In dieser Arbeit stand die Untersuchung der initialen Schritte der Entstehung mesenchymaler Gewebe im Vordergrund. Dazu wurden primäre Zellen mesen-chymalen Ursprungs mit mesenchymalem Differenzierungspotential in einem ge-eigneten in vitro Kultursystem untersucht. Die mesenchymale Kondensation als initialer Schritt mesenchymaler Gewebedifferenzierung kann in Low Attachment Kulturplatten der Firma Corning nachgestellt und analysiert werden. Genomweite Genexpressionsanalysen zu verschiedenen Zeitpunkten der Zellkon-densation haben gezeigt, dass der Inhibitor des WNT Signalweges DKK1 der am stärksten herab regulierte Faktor in den kondensierenden Zellen ist. Neben den Signalwegen der FGF und TGF Familie wird auch der WNT Signalweg zunehmend in den Zusammenhang mit mesenchymalen Differenzierungs-vorgängen gebracht. Bislang liegen noch keine verlässlichen humanen Daten vor. Lediglich erste Ergebnisse aus Tiermodellen geben einen Hinweis auf eine Beteiligung von WNT Vertretern an dem Prozess aktiver Zell-Zellinteraktionen beim Übergang von Proliferation zu Differenzierung. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Runterregulation von DKK1 assoziiert ist mit dem Kondensationsereignis. Eine Stimulation mit chondrogenen Faktoren wie Hypoxie und TGFß1 hat keinen Einfluss auf die DKK1 Expression. Weitere Untersuchungen konnten zeigen, dass eine stabile Inhibierung von DKK1 in nicht kondensierenden Zellen auf transkriptioneller Ebene eine Hochregulation von Zell-Zellsignaling und Adhäsionsmolekülen bewirkt. Wenngleich auch eine spontane Kondensation durch die Inhibierung des Faktors nicht initiiert werden konnte, so erfolgt dennoch bereits eine Umstellung auf Zellinteraktionsvorgänge. Die Daten der kondensierenden Zellen sind vergleichbar mit den Daten transduzierten Zellen bei inhibierter DKK1 Expression. Weitere Versuche werden zeigen, ob sich Interventionen in DKK1 gesteuertes WNT Signaling eignen, den Kondensations- und Differenzierungsprozess für regenerative Therapieansätze zu verfolgen.
Osteoarthritis is a widespread disease without any longterm benefit of current therapeutic concepts. As a non-inflammatory disease osteoarthritis affects the cartilage tissue of the articular joints. Such a degenerative process is irreversible. Differentiated tissue specific cells within the cartilage are non-proliferative. Up to now the gold standard for cartilage degeneration resulting from traumatic injury or followed by chronic inappropriate mechanical stress and overload are artifical tissue replacement therapies. Future strategies tend to provide reconstructive conditions within the damaged tissue. For this purpose the use of precursor cells is favoured considering that these cells are able to differentiate into new tissue structures in vivo. The search for new regenerative strategies precedes further findings on both the molecular cause of tissue degeneration and on the first stages on embryonic tissue formation. This work analyses the initial steps of mesenchymal tissue formation in an appropriate in vitro test system using primary human cells. Mesenchymal condensation is a process of active cell aggregate formation and is characterized as the initial stage of embryonic tissue formation. Such a condensation process can be mimicked in low attachment culture plates (Corning Costar). Genomwide genexpression analyses at various points in time have shown that DKK1 an inhibitor of the canonical WNT signaling is strongly down regulated in condensated cells. Several members of the FGF and TGF family are already associated with mesenchymal differentiation processes and also members of the WNT signaling network gain more and more attention. Nevertheless an involvement of WNT molecules during mesenchymal condensation could not be confirmed for the human system yet. First results from animal models consider that WNT signaling is present in active cell aggregation. The results from this study could show for the first time that the down regulation of DKK1 is associated with the condensation process in human primary cells. Other chondrogenic factors like hypoxic conditions and TGFß1 stimulation had no influence on the DKK1 expression. Further analyses by the use of retroviral vectors resulted in a stable inhibition of DKK1 genexpression. These experiments showed that proliferating cells that do not express DKK1 upregulate cell-cell signaling an adhesion genes. Even though no sponteneous condensation could be detected in these cells we could still identify a switch from proliferation to cell-cell signaling on transcriptional level. The retroviral transduced cells with inhibited DKK1 expression are comparable to the condensated cells underlining the hypothesis that DKK1 is involved in the regulation of cell-cell signaling.. Further attempt is needed to clarify the role of DKK1 during mesenchymal cell condensation and chondrogenic differentiation.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-23868
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2588
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2291
Exam Date: 7-Sep-2009
Issue Date: 18-Nov-2009
Date Available: 18-Nov-2009
DDC Class: 570 Biowissenschaften; Biologie
Subject(s): Chondrogenese
DKK1
Mesenchymale Kondensation
WNT Inhibitor
Chondrogenesis
DKK1
Mesenchymal condensation
WNT inhibitor
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Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 3 Prozesswissenschaften » Institut für Biotechnologie » Publications

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