Einfluss des Transkriptionsfaktors Nrf2 auf Knochen- und Knorpelstrukturen in einem Knockout-Mausmodell

Szymanski, Katharina; Pufe, Thomas; Conrads, Georg

doi:45340

Einfluss des Transkriptionsfaktors Nrf2 auf Knochen- und Knorpelstrukturen in einem Knockout-Mausmodell

Szymanski, Katharina^RWTH*

2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Katharina Szymanski

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2026

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2026

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Pufe, Thomas (Thesis advisor)^RWTH* ; Conrads, Georg (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2026-01-12

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-04124
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1033407/files/1033407.pdf

Einrichtungen

Institut und Lehrstuhl für Anatomie und Zellbiologie (511001-5 ; 921210)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Der Transkriptionsfaktor Nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) ist an der Reaktion bei oxidativem Stress maßgeblich beteiligt, indem er die Expression von antioxidativen Enzymen reguliert. In Bezug auf den Bewegungsapparat wird er auf seine knochen- und knorpelprotektiven Eigenschaften untersucht. Vor den histologischen Auswertungen am Nrf2-Knockout-Mausmodell wurde ein Versuch an immortalisierten Chondrozyten der C28/I2-Zelllinie mithilfe der Nrf2-Aktivatoren Sulforaphan und Methysticin durchgeführt. Dabei konnte beobachtet werden, dass die Chondrozytenviabilität durch Nrf2-Aktivatoren positiv beeinflusst wurde. Zudem scheinen diese für Chondrozyten eine protektive Wirkung bei oxidativem Stress zu haben. Im Rahmen eines Nrf2-Knockout-Mausmodells sollten mögliche altersabhängige Effekte näher untersucht werden. Hierfür wurden Femurknochen von jeweils 12 und 90 Wochen alten weiblichen und männlichen Nrf2-Knockout- und Wildtyp-Mäusen entkalkt, entparaffiniert und für die Anfertigung der Präparate aufbereitet. Daraufhin wurden HE-Färbungen der acht Tiergruppen vorgenommen, um je die Gelenkknorpeldicke und die Wachstumsfugenbreite am distalen Femur sowie die Kortikalisdicke und die Osteozytenzahl in Schaftmitte in Serienschnitten auszuwerten. Mithilfe eines Scorings wurde die Gelenkoberfläche am distalen Femur der weiblichen Tiere bewertet. Außerdem wurden TRAP-Färbungen mit unterschiedlichen pH-Werten der in Methacarn fixierten Präparate angefertigt. Es wurde angenommen, bei den Nrf2-KO-Mäusen insgesamt reduzierte anatomische Größen im Vergleich zum Wildtyp vorzufinden. Entgegen der Hypothese waren am distalen Femur keine signifikanten Unterschiede bezüglich der Knorpeldicke von Nrf2-KO- und WT Mäusen zu beobachten. Das Scoring der Gelenkoberfläche wies in der jungen KO-Gruppe auf ein vermehrtes Vorkommen pathologischer Befunde hin. Die Wachstumsfuge der jungen adulten KO-Gruppe wies höhere Werte als die der respektiven WT-Gruppe auf. Die Ergebnisse der relativen Kortikalisdicke zeigten insgesamt eine Tendenz reduzierter Mittelwerte bei den alternden Mausgruppen. Im Hinblick auf die Osteozytenzahl konnten unterschiedliche, geschlechterabhängige Tendenzen beobachtet werden. Nrf2 scheint insgesamt knorpel- und knochenprotektive Effekte zu haben, die von alters- sowie geschlechterspezifische Faktoren mitbestimmt werden könnten.

The transcription factor nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) is significantly involved in the response to oxidative stress by regulating the expression of antioxidant enzymes. Regarding the musculoskeletal system it is being investigated for its bone and cartilage protective properties. Prior to the histological evaluations of the Nrf2 knockout mouse model, an experiment has been conducted on immortalized chondrocytes of the C28/I2 cell line by using the Nrf2 activators sulforaphane and methysticin. It was observed that the chondrocyte cell viability was positively influenced by Nrf2 activators. Furthermore, they appeared to have a protective effect on chondrocytes in the occurrence of oxidative stress. To investigate possible age-dependent effects in more detail a Nrf2 knockout mouse model has been carried out. For this purpose, femurs from 12- and 90-week-old female and male Nrf2 knockout (KO) and wild-type (WT) mice were decalcified, deparaffinized and processed for preparation. HE staining of the eight animal groups was then performed to evaluate the articular cartilage thickness and growth plate width at the distal femur as well as the cortical thickness and osteocyte count in the centre of the shaft in serial sections. The articular surface on the distal femur of the female animals was assessed by using a scoring. In addition, TRAP staining of different pH values was performed on the sections which have been fixed beforehand in methacarn. It was hypothesized that the Nrf2-KO mice would show reduced overall anatomical sizes compared to the wild type. Contrary to the hypothesis, no significant differences in cartilage thickness were observed in the distal femur between Nrf2-KO and WT mice. The scoring of the articular surface indicated an increased incidence of pathological findings in the young KO group. The growth plate of the young adult KO group showed higher values than that of the respective WT group. The results of the relative cortical thickness showed an overall tendency of reduced mean values in the ageing mouse groups. Regarding the osteocyte count, different gender-dependent trends have been observed. Overall, Nrf2 appears to have cartilage and bone-protective effects, that could be impacted by age- and gender-specific factors.

OpenAccess:
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