Knochenmark

Knochenmark (bone marrow)

R.S., 22.02.2015

Da das Prostatakarzinom in die Knochen metastasieren kann, besteht die Gefahr, dass bei der Ausbreitung von PCa-Metastasen im Knochenmark all das, was im Knochenmark an Lebenswichtigem passiert, beeinträchtigt wird, allem voran die Blutbildung. Aber nicht nur wegen dieser Gefahr ist es für den Betroffenen von Interesse, sich mit dem Knochenmark zu beschäftigen.

Zusammengenommen entspricht das Gewicht des Knochenmarks eines Erwachsenen dem doppelten Gewicht der Leber. Knochenmark ist vorhanden im Becken, den Oberarm- und Oberschenkelknochen, aber auch im Brustbein und den Rippen sowie in Wirbelkörpern und sogar im Schädel.

Hier 2 Übersichtsgraphiken aus der Veröffentlichung "The stem cell niches in bone" von Yin et al., 2006, die ich mit freundlicher Erlaubnis von Dr. Li vom "Stowers Institute for Medical Research" in Kansas City Missouri für unsere Zwecke verwenden darf.

Zunächst die erste Graphik, in der anschaulich die Entstehung von Zellen aus den HSCs, den Hämatopoetischen Stammzellen, wie auch aus den MSCs, den Mesenchymalen Stammzellen, dargestellt wird:

Übersetzung: "Im Knochenmark residieren die hämatopoetischen Stammzellen (HSC) entweder in der Nähe von Osteoblasten in der endostalen Nische oder in Nachbarschaft von Endothelzellen der sinusoidalen Gefässe. Mit jeder Zellteilung verlässt eine Tochterzelle den Knochen, vermehrt sich und differenziert in die verschiedensten Blutbildungs-Reihen. HSCs und ihre Nachkommen werden umgeben von Stroma-Zellen, die von mesenchymalen Stammzellen (MSC) abstammen, die ebenfalls in der Knochenmarkhöhle residieren. Aus MSCs entstehen Chondrozyten, Osteoblasten, Fibroblasten, Adipozyten, Endothelzellen und Myozyten. Osteoblasten können durch die Expression von M-CSF, RANKL, OPG und IL-7 die Entwicklung von Lymphozyten und Osteoklasten (entstehen aus Monozyten) regulieren."

Am Beispiel der Osteoblasten, also der knochenaufbauenden Zellen sieht man, dass es eine Zelle mesenchymalen Ursprungs ist, die die entsprechenden Signale produziert, die die "Partner-Zelle" aus der hämatopoetischen Reihe, die Osteoklasten, also der knochenabbauenden Zelle, steuert. Osteoblasten produzieren den RANK-Liganden RANKL, der an den RANK-Rezeptor auf den Osteoklasten andockt. Damit die Osteoklasten nicht zu viel Knochen abbauen, wird mittels OPG=Osteoprotegrin (das durch Östrogene stimuliert wird) gegenreguliert. Fazit: MSC steuert HSC - Die mesenchymalen Stammzellen bzw. ihre Abkömmlinge steuern die hämatopoetischen Abkömmlinge!

Die zweite Graphik aus der Veröffentlichung des 'Stowers Institute' zeigt die beiden "Nischen", in denen sich die HSCs, die hämatopoetischen Stammzellen, aufhalten und aus denen heraus sie aktiviert bzw. mobilisiert werden. Wenn HSCs aus der Zirkulation im Knochemark angeliefert werden und in die jeweilige Nische wandern, nennt man das "homing":

Übersetzung: "Unter normalen physiologischen Bedingungen halten sich HSCs entweder in der osteoblastischen oder der vaskulären Nische auf. Ein Teil der HSC-Tochter-Zellen wird in Reaktion auf Änderungen im SDF-1-Pegel im Knochenmark die Nische verlassen, sich mobilisieren und in die Zirkulation eintreten. HSC homing ist die Umkehrung der Mobilisierung, als Antwort auf höhere SDF-1-Pegel. Die osteoblastische Nische bietet für den Aufenthalt von HSCs eine passende Mikroumgebung. Im Gegensatz dazu fördert die vaskuläre Nische die Migration von HSCs durch die Endothel-Schicht des Gefässes, während der Mobilisierung oder dem Homing, und fördert auch die Proliferation und weitere Differenzierung von HSCs. Die Rekrutierung von HSCs für die vaskuläre Nische wird abhängen von dem endothel-abgeleiteten FGF-4 und dem SDF-1. Höhere Konzentrationen von FGF-4 und ein höherer Sauerstoff-Gradient, die beide auf dem Weg von der osteoblastischen zur vaskulären Nische ansteigen, werden eine Rolle spielen bei der Rekrutierung, Proliferation und DIfferenzierung von HSCs/HPCs. Bei Stress wie einer Thrombozytopenie aktiviert das SDF-1 und das VEGF das MMP-9, welches den membran-assoziierten Kit Liganden in den löslichen Kit Liganden (sKitL) umwandelt und sodann die HSCs in den Zell-Zyklus treibt, in die vaskuläre Nische und in die Differenzierung mobilisiert (34)."

Der Kampf um die Nische

Shiozawa et al. haben 2011 im Tierversuch gezeigt ("Human prostate cancer metastases target the hematopoetic stem cell niche to establish footholds in mouse bone marrow"), wie Prostatakrebs-Metastasen die Nische der HSCs angreifen und für sich beanspruchen, wie hier an dieser schönen, dem Artikel entnommenen Graphik zu sehen ist (hier veröffentlicht mit freundlicher Erlaubnis des Journal of Clinical Investigation sowie der Autoren):

BM = Bone Marrow / Knochenmark, PCa = Prostatakrebs

[wird fortgesetzt: 'Cancer Diaspora']