Bildgebende Massenspektrometrie liefert neue Erkenntnisse zum Phosphatdiabetes

(16.01.2023) Die als Phosphatdiabetes bekannte X-chromosomale Hypophosphatämie (XLH) ist eine seltene Stoffwechselerkrankung der menschlichen Knochen, die mit einem starken Phosphatverlust verbunden ist.

Die Folgen des Gendefekts treten bereits in Kindheit und Jugend auf und beeinträchtigen die Lebensqualität teils massiv.

Eine aktuelle Studie des Helmholtz Munich unter Beteiligung der Veterinärmedizinischen Universität Wien entschlüsselte nun mittels Bildgebender Massenspektrometrie erstmals wichtige Mechanismen, die dem veränderten Knochenstoffwechsel bei XLH zugrunde liegen.

Vetmeduni

Laut den Wissenschafter:innen ergeben sich daraus auch neue potenzielle Ansätze zur Behandlung der Erkrankung.

Ein Forschungsteam des Helmholtz Munich und der Vetmeduni charakterisierte nun erstmals metabolische Veränderungen bei XLH mithilfe der Bildgebenden Massenspektrometrie (MSI). Untersucht wurde dafür das Knochengewebe einer Mauslinie, die ebenso wie XLH-Patienten eine PHEX-Genmutation und einen XLH-ähnlichen Phänotyp aufweist. „Wir identifizierten eine Hochregulierung in mehreren biochemischen Wegen entlang des Mineralisierungsinhibitors Pyrophosphat in der Knochenmatrix der Mäuse.

Darüber hinaus zeigte die von uns eingesetzte Bildgebungstechnik komplexe Veränderungen im Metabolismus von Pentosephosphat, Purinen und Pyrimidinen und Phospholipiden in den Knochen der Mäuse“, erklärt Studien-Co-Autor Reinhold G. Erben, Leiter der Abteilung für Physiologie, Pathophysiologie und experimentelle Endokrinologie der Vetmeduni.

Grundlagenforschung liefert wichtige neue Einblicke

Laut den Wissenschafter:innen eröffnet die kürzlich in „JCI Insight“ erschienene Studie wichtige neue Einblicke in die Mechanismen, die dem anormalen Knochenstoffwechsel bei XLH zugrunde liegen, und belegt erstmals den Nutzen von MSI-Techniken für die Metabolomik von Knochen.

„Unsere Studie zeigt das große Potenzial von „Spatial Metabolomics“ im Knochengewebe und eröffnet damit neue Ansätze zur Erforschung eines breiten Spektrums von Knochenerkrankungen,“ erläutert Axel Walch, Leiter der Abteilung Analytische Pathologie bei Helmholtz Munich.

Aus den Erkenntnissen dieser wegweisenden Grundlagenforschung ergeben sich darüber hinaus neue potenzielle Ansatzpunkte zur Behandlung der Erkrankung.

Phosphat-Ungleichgewicht führt zu zahlreichen Symptomen

Viele biologische Prozesse beruhen auf streng regulierten Phosphatspiegeln, und eine Abweichung vom normalen Phosphat-Gleichgewicht, der sogenannten Phosphathomöostase, führt zu zahlreichen Symptomen.

Die auffälligsten klinischen Probleme bei Patient:innen mit XLH, wie Beindeformitäten, Zahnerkrankungen, Skelettschmerzen und Frakturen, werden durch eine beeinträchtigte Mineralisierung der Knochen verursacht.

Patient:innen mit XLH weisen erhöhte Spiegel des aus dem Knochen stammenden Hormons FGF23 (Fibroblast Growth Factor 23) auf, von dem bekannt ist, dass es die Phosphathomöostase reguliert. Verursacht wird die Erbkrankheit durch inaktivierende Mutationen im Phosphat-regulierenden Endopeptidase-Homolog X-linked (PHEX)-Gen. Wie das PHEX-Gen den Stoffwechsel im Knochen verändert, war bisher jedoch unklar.

Publikation

Der Artikel „Spatial metabolomics reveals upregulation of several pyrophosphate-producing pathways in cortical bone of Hyp mice“ von Achim Buck, Verena M. Prade, Thomas Kunzke, Reinhold G. Erben und Axel Walch wurde in „JCI Insight“ veröffentlicht.



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