Mobiele menu

The role of estrogens in the regulation of epiphyseal growth and maturation.

Projectomschrijving

Hormonen die lijken op het vrouwelijke geslachtshormoon oestrogeen beïnvloeden de lengtegroei door het ‘sluiten’ van de groeischijven in de botten. Daarbij verbeent het kraakbeen en stopt de groei. De onderzoekers maakten profielen van de activiteit van diverse genen in de cellen van groeischijven. Ze zagen gedurende de puberteit veranderingen in de activiteit van genen die zijn betrokken bij het produceren van de extracellulaire matrix (de omgeving van de cel, die kraakbeenachtig of juist botachtig kan zijn) en van genen die te maken hebben met de celdeling, hormoonsystemen, groeifactoren en ‘geprogrammeerde celdood’. Die geprogrammeerde celdood (apoptose), waardoor cellen gericht sterven, lijkt anders te verlopen dan gebruikelijk en onder invloed te staan van een toenemend gebrek aan zuurstof (hypoxie) in de groeischijf.

Producten

Titel: BNP is a transcriptional target of the short stature homeobox gene SHOX.
Auteur: Marchini A, Häcker B, Marttila T, Hesse V, Emons J, Weiss B, Karperien M, Rappold G.
Magazine: Human Molecular Genetics
Titel: Human mesenchymal stem cells derived from bone marrow display a better chondrogenic differentiation compared with other sources.
Auteur: Bernardo ME, Emons JA, Karperien M, Nauta AJ, Willemze R, Roelofs H, Romeo S, Marchini A, Rappold GA, Vukicevic S, Locatelli F, Fibbe WE.
Magazine: Connective Tissue Research
Titel: Catch-up growth after hypothyroidism is caused by delayed growth plate senescence.
Auteur: Marino R, Hegde A, Barnes KM, Schrier L, Emons JA, Nilsson O, Baron J.
Magazine: Endocrinology
Titel: Genome-wide screening in human growth plates during puberty in one patient suggests a role for RUNX2 in epiphyseal maturation.
Auteur: Emons J, Dutilh BE, Decker E, Pirzer H, Sticht C, Gretz N, Rappold G, Cameron ER, Neil JC, Stein GS, van Wijnen AJ, Wit JM, Post JN, Karperien M.
Magazine: Journal of Endocrinology
Titel: Expression of vascular endothelial growth factor in the growth plate is stimulated by estradiol and increases during pubertal development.
Auteur: Emons J, Chagin AS, Malmlöf T, Lekman M, Tivesten A, Ohlsson C, Wit JM, Karperien M, Sävendahl L.
Magazine: Journal of Endocrinology
Titel: Depletion of resting zone chondrocytes during growth plate senescence
Auteur: Schrier L, Ferns SP, Barnes KM, Emons JA, Newman EI, Nilsson O, Baron J.
Magazine: Journal of Endocrinology
Titel: The role of p27Kip1 in the regulation of growth plate chondrocyte proliferation in mice.
Auteur: Emons JA, Marino R, Nilsson O, Barnes KM, Even-Zohar N, Andrade AC, Chatterjee NA, Wit JM, Karperien M, Baron J.
Magazine: Pediatric Research
Titel: Mechanisms of growth plate maturation and epiphyseal fusion.
Auteur: Emons J, Chagin AS, Sävendahl L, Karperien M, Wit JM.
Magazine: Journal of Pediatrics
Titel: Epiphyseal fusion in the human growth plate does not involve classical apoptosis
Auteur: Emons JAM, Chagin A, Hultenby K, Wit JM, Karperien M, Savendahl L.
Magazine: Pediatric Research
Titel: The Sixth ESPE Growth Plate Working Group Symposium (EUROGROP), June 30th, Rotterdam, the Netherlands, "a multidisciplinary approach to growth plate biology".
Auteur: Emons J, Phillip M, Wit JM, Sävendahl L.
Magazine: Pediatric Endocrinology Reviews
Titel: Regulators of growth plate maturation
Auteur: JAM Emons

Verslagen


Eindverslag

In dit project onderzochten we de moleculaire mechanismen achter groeischijfsluiting en hoe oestrogenen de lengtegroei beinvloeden. Oestrogenen bleken een effect op de lengtegroei uit te oefenen via de genomische en ook via de non-genomische route, waarbij de genomische route waarschijnlijk overheerst. 2-methoxyoestradiol bleek een veel belovende oestrogeen te zijn met een groeischijf specifieke werking.
p27 heeft een mogelijke rol in de afname van chondrocytenproliferatie en daarmee de afname in groeisnelheid aan het einde van de puberteit.
VEGF-expressie wordt beïnvloed door oestrogeenspiegels. VEGF speelt mogelijk een rol in het proces van groeischijfsluiting.
De transcriptiefactoren ELK-1 en RUNX2 lijken een rol te spelen in de maturatie van de groeischijf in de puberteit. In tegenstelling tot eerdere studies vonden wij dat chondrocyten tijdens groeischijfsluiting geen klassieke apoptose ondergaan, maar dat hypoxie een grotere rol speelt en de chondrocyten uiteindelijk verdwijnen door een specifieke vorm van celdood.
Uit MSCs gedifferentieerde chondrocyten vormen een uitstekend model om de groeischijf en het chondrogene differentiatie proces in meer detail op verschillende niveaus te bestuderen.

Samenvatting van de aanvraag

There are several treatment options nowadays for growth disorders, however the final height gain is restricted by puberty and the associated accelerated epiphyseal fusion. Estrogen is the major endocrine factor influencing the pubertal growth spurt and fusion of the epiphyseal plates. By delaying puberty (and thus growth plate fusion) or otherwise by annihilating the effects of estrogens one can extend the period of growth and thereby the period in which treatment can have its growth enhancing effect. Sofar, only limited or no clinical experience has been collected with agents that have these delaying effects, such as GnRH (gonadotrophine releasing hormone) analogs, aromatase inhibitors or SERMs (selective estrogen receptor modulators). The biological actions of estrogens are mediated by binding to two specific estrogen receptors, ERalpha and ERbeta, which both are expressed in the growth plate and have overlapping, but also unique roles in estrogen action. The exact mechanism by which estrogens regulate longitudinal bone growth and growth plate fusion is poorly understood and has extensively been studied in animal models. Progress in this area has been hampered by a lack of appropriate human models. Our group has set up a novel human model with mesenchymal stem cells (MSCs) that are able to differentiate in chondrocytes of various stages similarly as chondrocytes in the growth plate and has proven a valid model. This model can be used to study the role of estrogens in growth plate chondrocytes and to reveal a more detailed picture of the molecular mechanism of action by which estrogens influence growth plate action and fusion in humans. Besides this in vitro model for human chondrocyte differentiation we have also obtained human growth plate tissue derived from prepubertal children and from children in different pubertal stages, which will be used to validate findings of the MSC model. The aim of this project is first of all to elucidate the role of estrogens in chondrocyte proliferation and hypertrophic differentiation. MSCs obtained from aborted foetuses will be differentiated into chondrocytes in the presence of a dose-range of estrogen in the culture medium and after 3 weeks of culture samples will be analyzed. The second aim is to determine the individual contributions of ERalpha and ERbeta in chondrocyte proliferation and differentiation. For this we will knock down either ERalpha, ERbeta or both using RNA interference methods in the MSC cultures. The third aim is to study the role of selective estrogen receptor modulators on the differentiation of chondrocytes by adding different SERMs to the medium and study their effects on the MSC cultures after 3 weeks. In the first three aims of this project samples will be analyzed by quantitative and histological measurements. The fourth aim in this project is to identify target-genes of estrogen in human chondrocytes using estrogen stimulation in the MSC model and microarray analysis at various points in the differentiation process. The last aim in this project is to validate our findings from the earlier experiments in human growth plate tissues of different pubertal stages with immunohistochemistry and in situ hybridization on selected target genes of estrogen. Results obtained in this project will provide a basis for the rational design of new diagnostic tools and for exploring novel therapeutic options for growth disorders.

Onderwerpen

Kenmerken

Projectnummer:
92003358
Looptijd: 100%
Looptijd: 100 %
2005
2009
Onderdeel van programma:
Gerelateerde subsidieronde:
Projectleider en penvoerder:
Prof. dr. J.M. Wit
Verantwoordelijke organisatie:
Leiden University Medical Center