Charakterisierung des Pyrophosphatmetabolismus bei Pseudoxanthoma elasticum

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 Gefaswande charakterisiert ist. Ursachlich fur 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 ausgewahlte Sequenzvarianten in Genen PPi-metabolisierender Enzyme auf eine mogliche 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 haufiger vor. Fur 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 fur 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 erhohte intrazellulare Kalziumkonzentrationen in PXE-Fibroblasten detektiert werden, welche auf eine gestorte zellulare Kalziumhomoostase hindeuten. Zum ersten Mal wurde gezeigt, dass die Regulation der kalzifizierungsinhibitorischen Proteine vom eingesetzten Kalzifizierungsinduktor abhangig ist. Des Weiteren konnte ein geeignetes Modellsystem fur 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 extrazellulare Matrixmolekulexpressionen 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-Homoostase bei PXE. Erstmalig konnte eine Beteiligung von ABCC6 an der zellularen PPi-Homoostase gezeigt werden. Dabei korrelierte eine signifikant erhohte Matrixkalzifizierung mit signifikant reduzierter ENPP1-Expression und -Aktivitat. Verglichen mit Kontrollzellen wurden in PXE-Fibroblasten signifikant reduzierte extra- (e) und intrazellulare (i) PPi-Konzentrationen detektiert. Die PXE-Fibroblasten kalzifizierten unter geringen PPi-Konzentrationen im Medium, wahrend 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 Funktionsstorung in der PPi-Bereitstellung aufgrund von PPi-Transportdefekten und reduzierter ENPP1-Aktivitat 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 fuhrte im Zellkulturmodell zu einer signifikant reduzierten Kalzifizierung und deutet auf eine mogliche Kompensation der gestorten PPi-Bereitstellung in PXE-Fibroblasten hin. Diese Ergebnisse liefern Hinweise auf eine potentielle Therapieoption fur PXE-Patienten. Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit PPi erstmalig als Schlusselmetabolit der PXE-Pathogenese und als Inhibitor der pathologischen Kalzifizierung bei PXE in einem neu etablierten Modellsystem, welches ohne Kalzifizierungsinduktor auskommt, beschrieben.