Der Einfluss von Nrf2 auf das Längenwachstum und die Regeneration von Knochen im Kollagen Typ 2-Nrf2/Keap1-Knock-Out-Mäusemodell

Schulz, Fabian; Pufe, Thomas; Conrads, Georg

doi:45396

Der Einfluss von Nrf2 auf das Längenwachstum und die Regeneration von Knochen im Kollagen Typ 2-Nrf2/Keap1-Knock-Out-Mäusemodell

Schulz, Fabian^RWTH*

2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Fabian Schulz

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
2026-05-21

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-05433
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1036343/files/1036343.pdf

Einrichtungen

Institut und Lehrstuhl für Anatomie und Zellbiologie (921210)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Keap1 (frei) ; Längenwachstum (frei) ; Nrf2 (frei) ; VEGF (frei) ; Wachstumsfuge (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Der Einfluss von Nrf2 auf das Längenwachstum und die Regeneration von Knochen im Kollagen Typ 2-Nrf2/Keap1-Knock-Out-MäusemodellIn dieser Dissertation wurde untersucht, welchen Einfluss die Ausschaltung des Transkriptionsfaktors Nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) in Kollagen Typ 2 (Col2) exprimierende Zellen auf das chondrogene Differenzierungspotenzial von murinen Mesenchymal Stem Cells (MSC) hat. Ebenfalls wurde mittels immunhistologischer Färbung untersucht, wie sich eine Nrf2-Hyperaktivierung in Col2-bildende Zellen auf die Expression des Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) in der tibialen Epiphysenfuge und dem Gelenkknorpel auswirkt. Ergänzend dienten µCT-Messungen dem Femurlängenvergleich von Col2-Keap1/Nrf2-Cre+/Cre--Mäusen. Die ähnlichen Intensitäten der Alzianblau- und Safranin O-Färbungen nach 14 und 21 Tagen Differenzierung deuten auf einen fehlenden qualitativen Einfluss einer Col2-Nrf2-Ausschaltung auf die Bildung der Knorpelmatrix hin. Mittels Colorimetrie nachgewiesene semi-quantitative Unterschiede in der Absorptionsrate nach erfolgter Safranin O-Extraktion zeigen aber, dass die chondrogene Differenzierung von MSCs durch Nrf2 beeinflusst wird. Höhere Absorptionsraten wurden bei Col2-Nrf2-Cre+-Mäusen beobachtet. Die VEGF-Expression innerhalb der hypertrophen Zone, der Proliferations- und der Reservezone der Epiphysenfuge von acht und zwölf Wochen alten Col2-Keap1-Cre+/Cre--Mäusen wird begrenzt durch eine Col2-Nrf2-Hyperaktivierung beeinflusst. µCT-Messungen zeigen verkürzte Femurlängen bei Col2-Nrf2/Keap1-Cre+-Mäusen und deuten auf Wachstumseinschränkungen hin. Die Ergebnisse geben Anhaltspunkte dazu, dass sowohl Nrf2-Defizite als auch eine Nrf2-Hyperaktivierung zu einem eingeschränkten Knorpel- und Knochenwachstum führen. Ein stabiler, moderater Col2-Nrf2-Spiegel während der chondralen Ossifikation ist daher für ein regelrechtes Knochenwachstum notwendig. Die Hypothese eines eingeschränkten Wachstums bei Col2-Nrf2/Keap1-Cre+-Mäusen trifft somit zu. Es kann unterstrichen werden, dass VEGF entgegen der Hypothese nicht der zentrale Nrf2-abhängige Mitspieler im Prozess der chondralen Ossifikation ist. Zukünftige Arbeiten sollten sich mit der Analyse anderer Wachstumsfaktoren beschäftigen. Zu diesen zählen Indian Hedgehog Homolog, Parathormon-related Peptide sowie Integrin-Binding Sialoprotein. Um den Einfluss einer Nrf2-Ausschaltung auf MSCs weiter zu analysieren, kann ein dreidimensionaler Aufbau des Differenzierungsversuchs mithilfe einer chondrogenen Sphäroidkultur hilfreich sein.

The influence of Nrf2 on bone length growth and regeneration in a collagen type 2 Nrf2/Keap1 knockout mouse model / This dissertation investigated how the elimination of the transcription factor nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) in type 2 collagen-expressing cells affects the chondrogenic differentiation potential of murine mesenchymal stem cells (MSCs). Immunohistochemical staining was also used to investigate how Nrf2 hyperactivation in collagen type 2-expressing cells affects the expression of vascular endothelial growth factor (VEGF) in the tibial epiphyseal plate and articular cartilage. µCT measurements were also used to compare the femur lengths of Col2-Keap1/Nrf2-Cre+/Cre--mice. The similar intensities of alcian blue and safranin O staining after 14 and 21 days of differentiation indicate a lack of qualitative influence of Col2-Nrf2 knockout on the formation of the cartilage matrix. However, semi-quantitative differences in the absorption rate after safranin O extraction, detected by colorimetry, show that the chondrogenic differentiation of MSCs is influenced by Nrf2. Higher absorption rates were observed in Col2-Nrf2-Cre+-mice. Col2-Nrf2 hyperactivation has limited impact on the VEGF expression within the hypertrophic zone, proliferation zone, and reserve zone of the epiphyseal plate of eight- and twelve-week-old Col2-Keap1-Cre+/Cre--mice. µCT measurements show shortened femur lengths in Col2-Nrf2/Keap1-Cre+-mice and indicate growth restrictions. The results provide evidence that both Nrf2 deficits and Nrf2 hyperactivation lead to impaired cartilage and bone growth. A stable, moderate Col2-Nrf2 level during chondral ossification is therefore necessary for normal bone growth. The hypothesis of restricted growth in Col2-Nrf2/Keap1-Cre+-mice is therefore correct. It can be emphasized that, contrary to the hypothesis, VEGF is not the central Nrf2-dependent player in the process of chondral ossification. Future work should focus on the analysis of other growth factors. These include indian hedgehog homolog, parathyroid hormone-related peptide, and integrin-binding sialoprotein. To further analyze the influence of Nrf2 knockout on MSCs, a three-dimensional differentiation assay using a chondrogenic spheroid culture may be helpful.

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