Steuerungsprotein für die Knochen der Hand

Forschern des Berliner Max-Planck-Instituts für molekulare Genetik und der Berliner Charité ist es gelungen, wichtige Faktoren für die Entwicklung von langen Röhrenknochen zu identifizieren. Fast alle Knochen entstehen durch die Verknöcherung eines knorpeligen Vorskeletts. Allerdings unterscheiden sich die Mechanismen, nach denen die verschiedenen Knochen wachsen und schließlich mineralisieren. Lange Röhrenknochen, wie sie in Armen und Beinen vorkommen, haben Gelenkflächen an den Enden und dazwischen den Knochenschaft. Dieser weist im Inneren einen Hohlraum auf, der das Knochenmark enthält. Kurze, runde Knochen, wie sie in der Handwurzel vorkommen, wachsen hingegen völlig anders. Sie bilden Gelenkflächen um den ganzen Knochen herum und entwickeln keinen Knochenschaft. Was die Identität eines langen Röhrenknochens gegenüber einem runden Knochen festlegt, war bisher unbekannt.

Die Wissenschaftler interessierten sich für die Funktion des Proteins Hoxd13 bei der Verknöcherung des Knorpelskeletts. Dazu untersuchten sie Mäuse, bei denen das Protein Hoxd13 verändert und daher nicht mehr funktionsfähig ist. Bei den betroffenen Tieren wurden die Röhrenknochen der Mittelhand und der Finger in runde Handwurzelknochen umgewandelt. Dies zeigte sich zum einen am Fehlen des Knochenschafts, außerdem entstanden zusätzliche Gelenkflächen um die Knochen herum. Durch den Verlust von Hoxd13 kam es zu einer "homeotischen Transformation", also der Umwandlung von einem Körperteil in ein anderes. Darüber hinaus konnten die Forscher zeigen, dass an der Transformation auch andere Hox-Gene beteiligt sind. Sie schließen daraus, dass Hox-Gene eine wichtige Rolle für die Festlegung der verschiedenen Knochenformen spielen, wobei Hoxd13 von besonderer Bedeutung zu sein scheint.

Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass Hox-Gene während der frühen Embryonalentwicklung vornehmlich Prozesse der Musterbildung, wie die Zahl der Finger, steuern. Jetzt konnte gezeigt werden, dass Hox-Gene die Gestalt und Identität einzelner Knochen festlegen, indem sie Differenzierungsvorgänge von knochenbildenden Stammzellen kontrollieren.

Quelle: Villavicencio-Lorini, P., et al.: J. Clin. Invest., Online-Veröffentlichung: DOI: 10.1172/JCI41554.