Osteocalcin

Osteocalcin (Synonym: "bone γ-carboxylglutamic acid-containing protein" oder kurz: "Bone-Gla-Protein" oder noch kürzer: "BGP") ist ein 1975 entdecktes Protein im menschlichen und tierischen Körper. Es wird im Knochen durch die Osteoblasten und im Zahn durch Odontoblasten gebildet. Es ist Teil der extrazellulären nichtkollagenen Knochenmatrix. Osteocalcin ist ein Marker des Knochenaufbaues und inhibiert die Mineralisierung des Knochens. Osteocalcin wurde noch in vollständig erhaltener Form aus den Knochen des Neanderthalers extrahiert.

Aufbau und Funktion

Das Osteocalcin des Menschen besteht aus 49 Aminosäuren. Osteocalcin wird beim Menschen durch ein Gen auf dem Chromosom 1q25-q31 codiert. Seine Synthese wird in Osteoblasten von 1,25(OH)VitD₃ induziert. Die Ausschaltung des Gens führt im Experiment bei Mäusen zu einer abnorm erhöhten Knochenmineralisierung und Zunahme der Knochensubstanz bei gleichzeitig verminderter Bruchfestigkeit und Einengung des Markraumes, ein Merkmal der Osteopetrose (Marmorknochenkrankheit).

Osteocalcin enthält Glutamylreste, welche mithilfe des Kofaktors Vitamin K und des Enzyms Γ-Glutamylcarboxylase γ-carboxyliert werden müssen, bevor Osteocalcin im Knochen aktiv Calcium binden kann. Die Knochenmatrix enthält ca. 2% Osteocalcin. Die calciumbindende Eigenschaft hat Osteocalcin mit anderen Calcium-bindenden Proteinen (z.B. Calbindin oder spezifischen Faktoren der Gerinnung) gemeinsam.

Neueste, für den Menschen noch zu erhärtende Forschungserkenntnisse weisen dem Osteocalcin eine den Blutzucker senkende und den Fettabbau fördernde Funktion zu. Osteocalcin wirk auf den Zuckerstoffwechsel offenbar a) direkt: durch Stimulierung der Insulinproduktion in den ß-Zellen der Langerhans-Inseln der Bauspeicheldrüse; und möglicherweise b) indirekt: durch Förderung der Freisetzung von Adiponectin, welches die Wirksamkeit von Insulin erhöht. Osteocalcin bewirkt offenbar einen vermehrten Fettabbau in den Körperfettdepots. Im Tierversuch erwiesen sich Mäuse mit hohen Osteocalcinwerten im Serum gleichsam resistent gegen Diabetes und Fettleibigkeit, im Gegenzug erkrankten Mäuse mit fehlendem Osteocalcin im Serum an Diabetes und Fettleibigkeit. Die neuen Einsichten zur Osteocalcin-Funktion wurden von einer Forschungsgruppe um Na Kyung Lee und KollegInnen des Department of Genetics & Development (College of Physicians and Surgeons) der Columbia University in New York, NY 10032, USA, erarbeitet und sind publiziert in Cell, Vol 130, 456-469, 10 August 2007; sie könnten einen neuen Zugang in der Diabetes-II-Therapie eröffnen. (betreffend Zucker- und Fettstoffwechsel: --Solerus 16:12, 10. Aug. 2007 (CEST))

Laborwerte

Osteocalcin ist ein Marker der Knochenbildung mit guter diagnostischer Spezifität. Osteocalcin kann im Blut und Urin nachgewiesen werden. Die dazu genutzte Bestimmungsmethode ist ein Chemilumineszenz-Immunoassay. Man bestimmt das Osteocalcin zur Beurteilung des Knochenumsatzes bei Osteoporose oder Plasmozytom. Mit dem Osteocalcinspiegel kann man auch die Wirksamkeit einer Calcitriol-Therapie überprüfen. Osteocalcin hat eine Plasmahalbwertszeit von 4 Minuten. Es wird über die Niere ausgeschieden. Bei einer reduzierten Nierenfunktion können erhöhte Ossteocalcinwerte nur bedingt verwertet werden.

erhöhte Werte

Primärer und sekundärer Hyperparathyreoidismus,
high-turnover Osteoporose,
Knochenmetastasen bei Malignomen,
Osteodystrophia deformans,
Osteomalazie,
Hyperthyreose,
Niereninsuffizienz

erniedrigte Werte

Hypoparathyreoidismus,
low-turnover Osteoporose,
längere Cortisontherapie,
rheumatoide Arthritis

Der Normalbereich bei Kinder und Jugendlichen zwischen 2 und 17 Jahren liegt bei 2,8 bis 41 µg/l, wobei ein starker Anstieg während des pubertären Wachstumsschubes zu verzeichnen ist. Bei Erwachsenen liegt der Normalbereich bei 3 bis 14 µg/l.

Siehe auch

Literatur:

Muyzer G., Sandberg P. Knapen M.H.J., Vermeer C., Collins M.J., and Westbroek P. (1992) Preservation of bone protein osteocalcin in dinosaurs. Geology 20, 871-874.
Methods Enzymol. 1984;107:516-44.
- Osteocalcin: isolation, characterization, and detection.
  - Gundberg CM, Hauschka PV, Lian JB, Gallop PM.
J Bone Miner Res. 1994 Feb;9(2):143-52.
- Transcriptional activation of the human osteocalcin gene by basic fibroblast growth factor.
  - Schedlich LJ, Flanagan JL, Crofts LA, Gillies SA, Goldberg D, Morrison NA, Eisman JA.
Nielsen-Marsh C., Ostrom P.H., Gandhi H., Shapiro B., Cooper A., Hauschka P.V., Collins M.J. Sequence preservation of osteocalcin protein and mitochondrial DNA in bison bones older than 55ka Geology 30:1099-1102(2002)
Nielsen-Marsh C. Biomolecules in fossil remains The Biochemist: 12-14(2002)
Christina M. Nielsen-Marsh, Michael P. Richards, Peter V. Hauschka, Jane E. Thomas-Oates, Erik Trinkaus, Paul B. Pettitt, Ivor Karavanic, Hendrik Poinar, and Matthew J. Collins Osteocalcin protein sequences of Neanderthals and modern primates PNAS published March 7, 2005, 10.1073/pnas.0500450102

Weblinks

Osteocalcin auf OMIM
Protein Spotlight
Do Bones Help Control Metabolism and Weight? bei Columbia University Medical Center