Monogene frühmanifeste Osteoporose und Altersosteoporose – ein Kontinuum

ZusammenfassungDas Risiko für atraumatische/osteoporotische Frakturen nimmt ab einem Alter von 55 Jahren zu und wird zu einem großen Teil durch die individuelle Knochenmineraldichte und -struktur bestimmt. Durch Modeling während des Wachstums und anschließendes Remodeling passen Osteoblasten und Osteoklasten als Teil der sog. „basic multicellular unit“ das Knochengewebe kontinuierlich an die Erfordernisse an. Angeborene Störungen ihrer Funktion und/oder ihres Zusammenspiels durch häufige oder seltene Genvarianten können durch verzögerten Knochenaufbau oder beschleunigten Knochenabbau zu einer pathologisch niedrigen Knochenmineraldichte (BMD) führen. Häufige Varianten in über 500 Genloci erklären zusammen derzeit ca. 20 % der BMD-Varianz und beeinflussen das Risiko der Altersosteoporose. In einem signifikanten Teil der erwachsenen Patienten mit frühmanifester Osteoporose (vor dem 55. Lebensjahr) finden sich hingegen seltene Varianten als monogene Krankheitsursache. Aufgrund der mitunter sehr milden und variablen Manifestation dieser monogenen Krankheiten ist die genetische Diagnostik die zuverlässigste Möglichkeit der molekularen Zuordnung. Die bei der früh- und spätmanifesten Osteoporose involvierten Gene zeigen eine deutliche Überlappung, besonders bei Genen mit Funktion im Wnt-Signalweg. Die Einbeziehung genetischer Varianten in den diagnostischen Prozess erlaubt eine genauere Prognose und möglicherweise auch eine spezifischere Therapie. Auf die Altersosteoporose lässt sich dieser personalisierte Ansatz unter Umständen in einem nächsten Schritt mithilfe polygener Risiko-Scores übertragen.

Hybrid Discrete-Continuum Cellular Automaton (HCA) model of Prostate to Bone Metastasis

Prostate to bone metastases induce a “vicious cycle” by promoting excessive osteoclast and osteoblast mediated bone degradation and formation that in turn yields factors that drive cancer growth. Recent advances defining the molecular mechanisms that control the vicious cycle have revealed new therapeutic targeting opportunities. However, given the complex temporal and simultaneous cellular interactions occurring in the bone microenvironment, assessing the impact of putative therapies is challenging. To this end, we have integrated biological and computational approaches to generate an accurate model of normal bone matrix homeostasis and the prostate cancer-bone microenvironment. The model faithfully reproduces the basic multicellular unit (BMU) bone coupling process and introduction of a single prostate cancer cell yields a vicious cycle that is similar in cellular composition and pathophysiology to models of prostate to bone metastasis.