Expression des non-neuronalen cholinergen Systems in osteo-blastären Zellen der Maus und des Menschen

Acetylcholin kommt in vielen non-neuronalen Zellen und Geweben vor und ist längst nicht mehr als reiner Neurotransmitter zu bezeichnen. In non-neuronalen Zellen beein-flusst ACh basale Zellfunktionen wie Differenzierung, Proliferation und Ausbildung von Zellkontakten. Die Bildung von ACh aus Cholin und Acetyl-CoA erfolgt durch die Enzyme ChAT und CarAT. In non-neuronalen Zellen wird die Freisetzung von ACh via OCT vermittelt, aber auch durch Exozytose mittels VAChT. ACh bindet extrazellulär an muskarinische und nikotinische ACh-Rezeptoren und wird durch die Enzyme AChE oder BChE gespalten. Nikotin bindet ebenfalls an nAChR und viele Studien belegten einen negativen Effekt von Nikotin auf den Knochenstoffwechsel, Frakturheilung und Knochenmikroarchitektur, sowie Zellproliferation und -differenzierung von Osteoblas-ten. Rauchen – also Nikotinkonsum – gilt als Risikofaktor für die Entstehung von Kno-chenerkrankungen, z.B. Osteoporose. Bislang gab es noch keine systematische Darstel-lung eines ossären cholinergen Systems. Vor diesem Hintergrund postulierten wir die Existenz eines endogenen cholinergen Systems im Knochen. Mittels RT-PCR und Im-munhistochemie wurde das cholinerge Expressionsmuster in der murinen osteoblastären Zelllinie MC3T3-E1 vor und nach osteoblastärer Differenzierung sowie in der humanen Osteosarkomzelllinie SAOS-2 bestimmt. In undifferenzierten murinen MC3T3-E1-Zellen wurde die Expression von CarAT, OCT2, BChE, AChE, M1R, M2R, M4R, α2, α3, α5, α10, β2, und β4 nachgewiesen. Nach Kultivierung in osteogenem Medium ex-primierten die MC3T3-E1-Zellen zusätzlich OCT1, M5R und β3, aber nicht mehr α3. In humanen SAOS-2-Zellen konnten Transkripte für CarAT, OCT1, BChE, M2R, M3R, M5R, α3, α5, α7, α9, α10 und β2 detektiert werden. Mittels Immunhistochemie wurde die Expression von α3 und α5 auf nativen MC3T3-E1- und SAOS-2-Zellen dargestellt. Diese Studie zeigt, dass osteoblastäre Zellen alle nötigen Komponenten für Bildung, Freisetzung, Rezeptorbindung und Abbau von ACh besitzen. Während der Osteoblas-tendifferenzierung scheinen vor allem OCT1, M5R, α9, β3 und α3 bei den murinen Zel-len eine besondere Rolle zu spielen. Darüber hinaus stellten wir Spezies-spezifische Unterschiede im Expressionsmuster fest. Insgesamt scheint ACh ein weiterer wichtiger Regulator des Knochenstoffwechsels zu sein. Es bedarf weiterer Studien um die Bedeu-tung des ossären cholinergen Systems in vivo zu erforschen und um schließlich Thera-pieoptionen für ossäre Erkrankungen entwickeln zu können.