Die Pro-Form des Knochenwachstumsfaktors BMP-2: Charakterisierung der Rezeptorbindung und Identifizierung einer Subdomäne

Abstract

Pro-peptide von Wachstumsfaktoren sind dafür bekannt, dass sie sowohl die Reifung als auch die Funktionen der reifen Wachstumsfaktoren beeinflussen können. Im Mittelpunkt der Arbeit stand die Untersuchung der biologischen Funktion der Pro-form des Knochenwachstumsfaktors BMP-2. Rekombinantes BMP-2 wird bereits seit 2002 in der Therapie eingesetzt. Es wird vor allem zur Beschleunigung der Heilung langsam heilender Schienbeinfrakturen genutzt. Auch zur Therapie von Wirbelsäulendefekten wird es eingesetzt; dabei wurden jedoch erhebliche Nebenwirkungen beobachtet. Wahrscheinlich sind diese Nebenwirkungen auf eine lokale Überdosis des Wachstumsfaktors zurückzuführen. Die zentrale Hypothese der Arbeit ist, dass die Pro-Form von BMP-2 (proBMP-2) möglicherweise als langsam wirkendes Therapeutikum eingesetzt werden könnte, das gegenüber BMP-2 Vorteile hinsichtlich der Nebenwirkungen (Überdosis) bieten könnte. Beobachtungen, die darauf schließen lassen, dass die Pro-formen als langsam wirkende Latenzformen genutzt werden könnten, wurden bereits mit der Pro-Form von transforming growth factor -beta gemacht, einem eng verwandten Protein. Für eine therapeutische Nutzung der Pro-form müssen jedoch zunächst Struktur und Funktion des Pro-peptids aufgeklärt werden, die noch unbekannt sind. Im Mittelpunkt der Arbeit stand daher der Einfluss des Pro-peptids auf die Signale des Wachtumsfaktor, die die biologische Antwort hervorrufen. Dieser Einfluss wurde zunächst auf der Ebene der Interaktion des Wachstumsfaktors mit den Zelloberflächenrezeptoren BMPR-IA und BMPR-II untersucht. Es konnte nachgewiesen werden, dass proBMP-2 die gereinigte extrazelluläre Ligandenbindedomäne (ECD) des BMPR-IA mit einer ähnlichen Affinität wie reifes BMP-2 bindet. Die Bindung von proBMP-2 an BMPR-IA konnte auch in Zellkultur bestätigt werden. Dabei konnte proBMP-2 mit BMPR-IA auf der Zelloberfläche quervernetzt und Komplexe beider Proteine spezifisch nachgewiesen werden. Im Gegensatz dazu konnte mit dem BMPR-II keine Bindung festgestellt werden. Nicht nur das kovalent gebundene Pro-peptid in proBMP-2 sondern auch das freie Pro-peptid inhibierte eine Bindung des reifen Teils an die extrazelluläre Domäne von BMPR-II. Pro-BMP-2 unterscheidet sich von BMP-2 auch in seiner Eigenschaft die zelluläre p38- und Smad-Phosphorylierung zu induzieren. P38 und Smad sind intrazelluläre Signalproteine, die durch BMP-2-Signale aktiviert werden. Die präsentierten Daten zeigen, dass proBMP-2 die Signalwirkung des Wachstumsfaktors verändern kann, indem es die Fähigkeit des reifen Teils, mit den Rezeptoren zu interagieren, beeinflusst. Dies führt zu unterschiedlichen zellulären Reaktionen.