Morphologische Charakterisierung der osteosklerotischen oc-Mausmutante im Zusammenhang mit Chloridkanal CIC-7

Abstract

Die a3-Untereinheit der H+-ATPase kommt gemeinsam mit ClC-7 spezifisch in der Ruffled Border der Osteoklasten vor, wo sie für die Protonensekretion in die Resorptionslakune verantwortlich ist. Der saure pH-Wert in der Resorptionslakune ist Vorraussetzung für die resorptive Aktivität der Osteoklasten. Mittels eines Multi-Tissue-Westerblots wurde in der Wildtyp-Maus zudem eine starke Expression der a3-Untereinheit in der Niere, Gehirn und im Auge nachgewiesen. Die oc-Mausmutante, die eine Deletion für die a3-Untereinheit der H+-ATPase aufweist, war mit zunehmendem Alter äußerlich durch ein zurückgebliebenes Wachstum zu identifizieren. Histologische Analysen des Knochens zeigten osteopetrosische Knochenveränderungen mit charakteristischen Merkmalen einer rachitischen Stoffwechsellage. Die Osteoklastenmorphologie in oc/oc-Mäusen war unauffällig bis auf eine verminderte Anzahl transzytotischer Vesikel. Zusätzlich konnte die typische Konzentration von ClC-7 in der Ruffled Border nicht beobachtet werden, was auf eine gestörte Resorptionstätigkeit der Osteoklasten hindeutet. Die oc/oc-Mäuse wiesen histologisch keine primären Retinaschäden oder cerebrale Veränderungen auf, wie sie in ClC-7 Mausmutanten vorkommen. Für die Schädigung von neuronalen Zellen im Rahmen des osteopetrotischen Krankheitsbildes sind vermutlich Defekte in Chloridkanälen verantwortlich. Mutationen in der a3-Untereinheit der H+-ATPase scheinen nur bei einer kleinen Zahl an Osteopetrosefällen mit neurologischen Symptomen verbunden zu sein.

In osteoclasts H+-ATPase a3 subunit cooperates with the chloride channel ClC-7 to maintain eletroneutrality. Both are highly expressed in cytoplasmic vesicles and in the ruffled membrane, which is formed by fusion of cytoplasmic vesicles. In the ruffled membrane H+-ATPase a3 subunit secretes protons into the extracellular resorption lacuna. The acid pH in the lacuna is required for a sufficient osteoclastic bone resorption. A multi-tissue western-blot in wild type mice demonstrated also a strong expression of the a3 subunit in brain, eye and kidney. The examined oc/oc-mice, deficient of H+-ATPase a3 subunit, show severe osteopetrosis, a disease characterized by defective osteoclast function. Histological analysis of oc/oc-bone demonstrated generalized osteosclerosis with features of rachitic condition. The osteoclast differentiation in oc/oc-mice was normal except for a reduced amount of cytoplasmic vesicles and a less developed ruffled border. In addition, the typical concentration of ClC-7 in the ruffled border was not observed in oc /oc-osteoclasts. Retinal and cerebral analysis of oc/oc-mice showed no neurodegeneration as it is known in ClC-7 mice mutants. The primary retinal and cerebral degeneration observed in patients with osteopetrosis might be rather caused by mutations in ClC-7 then by mutations in H+-ATPase a3 subunit.