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Titel:Die mitogen aktivierten Proteinkinasen ERK1 und ERK2 als Bestandteil der Mechanotransduktion in primären bovinen Osteoblasten
Autor:Leitsch, Juergen Egid
Erscheinungsjahr:2003
URI:http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2003/0715
DOI: https://doi.org/10.17192/z2003.0715
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2003-07155
DDC: Medizin, Gesundheit
Titel(trans.):The mitogen activated protein kinases ERK1 and ERK2 as a part of the mechanotransduction in primary bovine osteoblasts

Dokument

Schlagwörter:
four-point-bending machine ,, Schwerelosigkeit, mechanotransduction, Signaltransduktion, microstrain, osteoblasts, microgravity, ERK, MAP-Kinase, Osteoporose, MAPkinases, ERK, Mechanotransduktion, Osteoblast

Zusammenfassung:
Zusammenfassung Knochen ist adaptives Gewebe! Je nach Belastung wird Knochen auf-, ab- und umgebaut. Dies ist schon lange bekannt. Allerdings ist bis heute ungeklärt, welche mechanischen Komponenten für den Knochenumbauprozeß und welche intrazellulären Signaltransduktionswege letztendlich dafür verantwortlich sind. Während normaler Fortbewegungen werden Belastungen in Höhe von 2000 ? 4000µstrain auf den Knochen ausgeübt, wodurch sowohl Osteoblasten als auch Osteoklasten zum ?Bone remodeling? stimuliert werden. Durch Immobilisation oder Schwerelosigkeit verschiebt sich das Gleichgewicht zwischen Auf- und Abbau, wodurch es zu einem raschen Verlust an Knochensubstanz kommt. Gegenstand dieser Arbeit war die Untersuchung der Mechanotransduktion in primären bovinen Osteoblasten, insbesondere der Einfluß von mechanischer Belastung auf die ?extracellular regulated Kinases? ERK1 und ERK2 als Bestandteil der MAPKinase-Kaskade und der Einfluß von Schwerelosigkeit auf den Aktivierungsgrad dieser MAPKinasen. Ziel war es, neue Hinweise auf die beteiligten Signalkaskaden zu erlangen, um damit langfristig einen Beitrag zu neuen Präventions- und Therapiekonzepten bei verschiedenen Knochenerkrankungen zu leisten. Mit dieser Arbeit konnte erstmals dargelegt werden, dass die MAPKinasen ERK1 und ERK2 an der Mechanotransduktion in primären bovinen Osteoblasten beteiligt sind. Es kommt innerhalb eines Zeitraumes von 2-10 Minuten nach Dehnung mit der 4-Punkt-Dehnungsmaschine zu einer Phosphorylierung von ERK1 und ERK2, mit einem Maximum nach 5 Minuten. Bereits eine einmalige physiologische Belastung mit 4000µstrain ist ausreichend, um die untersuchten Kinasen zu aktivieren. Durch Inhibition vorgeschalteter Kinasen konnte nachgewiesen werden, dass ERK1 und ERK2 durch Bestandteile der bekannten MAPKinase-Kaskade aktiviert werden, nämlich durch MEK. Eine Übertragbarkeit dieser Ergebnisse auf die Bedingungen unter Schwerelosigkeit sollte durch Parabelflug-Experimente untersucht werden. Auch hierbei konnte eine Beteiligung der MAPKinasen ERK1 und ERK2 nachgewiesen werden. Zwischen Positiv- und Negativkontrollen dieser Experimente sind eindeutige Unterschiede im Aktivierungsmuster von ERK1 und ERK2 zu erkennen, so dass davon ausgegangen werden kann, dass Schwerelosigkeit und die damit verbundenen physiologischen Veränderungen des Knochens und seiner Zellen auch über die MAPKinasen ERK1 und ERK2 beeinflusst werden. Sicherlich sind zukünftig noch eine Vielzahl weiterer Experimente notwendig, um den Prozeß der Mechanotransduktion in Osteoblasten gänzlich zu ergründen.

Summary:
It is known that many cells are sensitive to mechanical loading. They respond to it by inducing and modulating biochemical pathways. One well established response of osteoblasts is to increase their metabolism and proliferation rate. In this work we investigated single, well known members of the signal transduction pathway such as activation of the proteins ERK1 and ERK2 in primary bovine osteoblasts after mechanical stress and unter microgravity conditions. The result shows a significant activation of ERK1 and ERK2 2-10 minutes post stretch and also a participation of these proteins in the microgravity signaltransduction. The results of this work could help to understand intracellular signalling pathways participating in mechanotransduction. Apart from this, information could be gained to develop new therapeutical drugs and training programs for patients suffering osteoporosis or other bone diseases.It is known that many cells are sensitive to mechanical loading. They respond to it by inducing and modulating biochemical pathways. One well established response of osteoblasts is to increase their metabolism and proliferation rate. In this work we investigated single, well known members of the signal transduction pathway such as activation of the proteins ERK1 and ERK2 in primary bovine osteoblasts after mechanical stress and unter microgravity conditions. The result shows a significant activation of ERK1 and ERK2 2-10 minutes post stretch and also a participation of these proteins in the microgravity signaltransduction. The results of this work could help to understand intracellular signalling pathways participating in mechanotransduction. Apart from this, information could be gained to develop new therapeutical drugs and training programs for patients suffering osteoporosis or other bone diseases.


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