PUB - Publikationen an der Universität Bielefeld

Pseudoxanthoma elasticum (PXE) ist eine autosomal rezessive Erkrankung des Bindegewebes, welche durch progressive Kalzifizierung und Fragmentierung der elastischen Fasern in der Haut, der Bruchmembran des Auges sowie der Gefäßwände charakterisiert ist. Ursächlich für PXE sind Mutationen im ATP-Bindungskassettentransporter-Protein 6 (ABCC6). Ein Zusammenhang zwischen ABCC6 und der Matrixkalzifizierung konnte bis heute nicht hergestellt werden. Insbesondere ist die Bedeutung von Pyrophosphat (PPi) als wichtigster lokaler Regulator des Kalzifizierungsprozesses und die der PPi-metabolisierenden Enzyme im Kalzi-fizierungsprozess bei PXE unklar. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden ausgewählte Sequenzvarianten in Genen PPi-metabolisierender Enzyme auf eine mögliche Assoziation in einer PXE-Patienten- und einer Kontrollkohorte (jeweils n = 190) untersucht. Die Einzelnukleotidvarianten c.1190-65C>A im Gen der Alkalischen Phosphatase, c.313+9G>T im Gen der Ektonukleotidpyrophosphatase 1 (ENPP1) und c.294C>T im Ankylosis-Gen kamen bei PXE signifikant häufiger vor. Für das krankheitsassoziierte Allel c.313+9T konnte eine hoch signifikante Odds Ratio von 27,96 (1,66-472,30; P=0,0008) detektiert werden, weshalb von einem starken Risikofaktor für PXE ausgegangen werden kann. In einem zweiten Teil der Arbeit wurde der Kalzifizierungsprozess dermaler Fibroblasten von PXE-Patienten und gesunden Kontrollen unter dem Einfluss verschiedener Kalzifizierungsinduktoren untersucht. Dabei konnten erhöhte intrazelluläre Kalziumkonzentrationen in PXE-Fibroblasten detektiert werden, welche auf eine gestörte zelluläre Kalziumhomöostase hindeuten. Zum ersten Mal wurde gezeigt, dass die Regulation der kalzifizierungsinhibitorischen Proteine vom eingesetzten Kalzifizierungsinduktor abhängig ist. Des Weiteren konnte ein geeignetes Modellsystem für die Untersuchung der in vitro-Kalzifizierung bei PXE ohne den Einsatz von Phosphaten oder Kalzium zur Kalzifizierungsinduktion etabliert werden. In kalzifizierten PXE-Fibroblasten konnten erstmalig stark verminderte extrazelluläre Matrixmolekülexpressionen in Kombination mit hohen Expressionen der Matrixmetalloproteinasen 2 und 12 detektiert werden. Diese Ergebnisse zeigen, dass die pathologische Kalzifizierung eine wichtige Rolle in der PXE-Pathogenese spielt. Der Hauptaspekt dieser Arbeit war die Untersuchung der PPi-Homöostase bei PXE. Erstmalig konnte eine Beteiligung von ABCC6 an der zellulären PPi-Homöostase gezeigt werden. Dabei korrelierte eine signifikant erhöhte Matrixkalzifizierung mit signifikant reduzierter ENPP1-Expression und -Aktivität. Verglichen mit Kontrollzellen wurden in PXE-Fibroblasten signifikant reduzierte extra- (e) und intrazelluläre (i) PPi-Konzentrationen detektiert. Die PXE-Fibroblasten kalzifizierten unter geringen PPi-Konzentrationen im Medium, während die Kontrollzellen die reduzierten ePPi-Konzentrationen mit der Generierung und dem Transport von iPPi ausgleichen und so eine Kalzifizierung verhindern konnten. Diese Ergebnisse weisen auf eine Funktionsstörung in der PPi-Bereitstellung aufgrund von PPi-Transportdefekten und reduzierter ENPP1-Aktivität in PXE-Fibroblasten hin. In einem letzten Teil dieser Arbeit wurde die Eigenschaft von PPi als potentieller Kalzifizierungsinhibitor bei PXE untersucht. Eine Supplementation von PPi führte im Zellkulturmodell zu einer signifikant reduzierten Kalzifizierung und deutet auf eine mögliche Kompensation der gestörten PPi-Bereitstellung in PXE-Fibroblasten hin. Diese Ergebnisse liefern Hinweise auf eine potentielle Therapieoption für PXE-Patienten. Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit PPi erstmalig als Schlüsselmetabolit der PXE-Pathogenese und als Inhibitor der pathologischen Kalzifizierung bei PXE in einem neu etablierten Modellsystem, welches ohne Kalzifizierungsinduktor auskommt, beschrieben.