Evaluation der molekularen Mechanismen von DLX3 in dentalen Follikel-Vorläuferzellen

Die aus dem Zahnfollikel isolierten Stammzellen, die dentalen Follikel-Vorläuferzellen (DFVs), können sich in vitro in Zellen des parodontalen Ligaments, des Alveolarknochens bzw. des Zahnzements differenzieren. Die DFVs stellen demzufolge ein ideales Modell für In-vitro-Studien bezüglich der Differenzierung in mineralisierendes Gewebe bzw. Zellen im Parodont dar. Wie in anderen mineralisierenden Zellen wird DLX3 in DFVs exprimiert. Das Distal-less Homeobox 3 (DLX3)-Protein ist ein wichtiger Transkriptionsfaktor der Skelettentwicklung von Wirbeltieren und könnte deshalb eine wichtige Rolle bei der Differenzierung der DFVs spielen. Über die regulatorischen Funktionen von DLX3 in DFVs ist jedoch wenig bekannt. Diese Studie befasste sich daher mit der Untersuchung der molekularen Mechanismen von DLX3 während der osteogenen Differenzierung in DFVs. Durch gezielte Regulation von DLX3 in DFVs wurde gezeigt, dass Zellmorphologie, Proliferation und Vitalität/Apoptose durch die DLX3-Expression beeinflusst werden. Beispielsweise erhöhte sich nach DLX3-Inhibition die Anzahl an apoptotischen Zellen in DFVs. DLX3 stimuliert zudem die Expression von osteogenen Markern wie RUNX2 sowie die Aktivität der alkalischen Phosphatase (ALP) und die Matrixmineralisierung. Darüber hinaus wurde nachgewiesen, dass DLX3 durch einen dosisabhängigen BMP2-Feedbackmechanismus reguliert wird. Infolgedessen ist die osteogene Differenzierung vom Gleichgewicht zwischen DLX3 und BMP2 abhängig. Auch weitere Signalwege wie WNT oder NOTCH scheinen an dieser Regulation durch Crosstalk Networks beteiligt zu sein. Obwohl der kanonische WNT-Signalweg einen negativen Einfluss auf die osteogene Differenzierung hat, ist die Aktivierung von β-Catenin via BMP2/PKA für die Regulation von DLX3 und somit für die osteogene Differenzierung in humanen DFVs essenziell. BMP2 leitet eine Wechselwirkung zwischen SMAD4/LEF1/β-Catenin und der Bindung von LEF1 an den DLX3-Promotor in DFVs ein. Eine Behandlung mit einem Induktor des WNT-Signalweges, WNT3A, inhibierte diese Wechselwirkung. Dies deutet darauf hin, dass ein Crosstalk zwischen dem WNT- und dem BMP2-Signalweg die osteogene Differenzierung nach der Expression von DLX3 reguliert. Es wurde zum ersten Mal nachgewiesen, dass DLX3 ähnlich wie BMP2 den WNT-/β-Catenin-Signalweg induzieren kann. DLX3 sowie BMP2 stimulieren die Phosphorylierung von β-Catenin an Serin 675 durch PKA und induzieren somit die Aktivierung von β-Catenin. Zielgene des WNT-Signalweges, wie APCDD1, wurden während der über DLX3/BMP2 induzierten osteogenen Differenzierung ebenfalls hochreguliert. Mittels einer APCDD1-Silencing-Analyse wurde nachgewiesen, dass APCDD1 in DFVs an der Expression von β-Catenin beteiligt ist, obwohl es als WNT-Inhibitor bekannt ist. Zudem zeigten die Daten, dass APCDD1 ebenfalls die osteogene Differenzierung in DFVs unterstützt. DLX3 induziert ebenfalls die Expression von Genen des NOTCH-Signalweges. Allerdings hatte die Aktivierung des NOTCH-Signalweges eine negative Wirkung auf die DLX3-Expression und auf die osteogene Differenzierung. Dies deutet auf einen negativen Feedbackmechanismus zwischen DLX3 und dem NOTCH-Signalweg hin. Darüber hinaus ist DLX3 an der Regulation von EZM-Molekülen wie Kollagen I und Laminin beteiligt. Während Kollagen I die Expression von frühen osteogenen Markern unterstützt, werden späte osteogene Marker und der Zementoblastenmarker sowie die Matrixmineralisierung durch Laminin induziert. Es wurde nachgewiesen, dass der Rezeptor Integrin-alpha 2 durch Laminin induziert wird und dass er über die Aktivierung des FAK/ERK-Signalweges osteogene/zementogene Marker hochreguliert. Allerdings werden die osteogenen Marker ALP und OPN auf Kollagen I jeweils durch FAK und ERK unabhängig voneinander reguliert. Zusammenfassend bestätigte diese Studie den Einfluss von DLX3 auf die osteogene Differenzierung in DFVs und brachte neue Erkenntnisse über die regulatorischen Mechanismen von DLX3 hervor. Ein genaueres Verständnis von DLX3 in DFVs könnte es ermöglichen, diese Zellen zukünftig für therapeutische Zwecke gezielt in biomineralisiertes Gewebe zu differenzieren

Crystallization and preliminary characterization of a novel haem-binding protein of Streptomyces reticuli

The haem-binding protein HbpS from Streptomyces reticuli was crystallized and diffraction data were collected to a maximal resolution of 2.25 Å

Soft matrix supports osteogenic differentiation of human dental follicle cells

The differentiation of stem cells can be directed by the grade of stiffness of the developed tissue cells. For example a rigid extracellular matrix supports the osteogenic differentiation in bone marrow derived mesenchymal stem cells (MSCs). However, less is known about the relation of extracellular matrix stiffness and cell differentiation of ectomesenchymal dental precursor cells. Our study examined for the first time the influence of the surface stiffness on the proliferation and osteogenic differentiation of human dental follicle cells (DFCs). Cell proliferation of DFCs was only slightly decreased on cell culture surfaces with a bone-like stiffness. The osteogenic differentiation in DFCs could only be initiated with a dexamethasone based differentiation medium after using varying stiffness. Here, the softest surface improved the induction of osteogenic differentiation in comparison to that with the highest stiffness. In conclusion, different to bone marrow derived MSCs, soft ECMs have a superior capacity to support the osteogenic differentiation of DFCs