My research primarily focuses on the cellular and molecular mechanisms affecting bone marrow under disease conditions such as rheumatoid arthritis, osteoporosis, cancer metastasis, and inflammatory bone loss. This involves studying the intricate interplay between the immune system and bone metabolism, a field known as osteoimmunology. Inflammatory diseases like rheumatoid arthritis result in severe bone loss due to chronic inflammation, which disrupts the balance between bone resorption and formation. Our investigations have shown that immune cells, through transcription factors such hypoxia-inducible factors (HIFs), significantly influence the differentiation of immune and bone cells.
Research projects
Transcription Factors and Immune Cells: Studying how altered signaling in immune cells impacts adaptive immunity, inflammation, and bone homeostasis.
Osteocyte Death and Bone Resorption: Understanding the mechanisms driving bone resorption due to osteocyte cell death in conditions like fractures, osteonecrosis, and arthritis.
Hypoxia-Inducible Factors (HIFs): Exploring how HIFs in B-cells and plasma cells modulate immune responses and protect against infections.
Estrogen’s Role in Bone Resorption: Investigating how estrogen influences the differentiation and function of bone-resorbing cells, linking autoimmune inflammation to bone loss.
Eosinophils in Arthritis: Examining how specific eosinophil subsets resolve inflammatory arthritis.
Intestinal Epithelial Cells: Studying the role of intestinal epithelial cell death in modulating dysbiosis, systemic autoimmunity, and arthritis development.
Im Projekt B05 wird die Fähigkeit von Arginin und seinen Metaboliten untersucht, die die Osteoklastogenese hemmen und den entzündlichen Knochenabbau blockieren. Unser Ziel ist es, die Auswirkungen einer L-Arginin-Supplementierung auf den Schutz und die therapeutische Anwendung während der Entwicklung von Arthritis zu erforschen und die Bedeutung von L-Arginin-abbauenden Enzymen wie Arginase-1 und/oder -2 in myeloischen Zellen zu definieren. Ein solcher Ansatz würde einen Schutz vor Knochenverlust durch Hemmung der Entzündung und eine metabolische Umprogrammierung der Makrophagen und Osteoklasten ermöglichen.
Das Projekt A02 wird sich mit der Frage befassen, wie chronische Darmentzündungen und Dysbiose die Homöostase von Gelenken und Knochen beeinflussen können. Die Ätiologie des Knochenverlusts bei CED ist multifaktoriell, und obwohl in klinischen Studien eine Darm-Knochen-Achse beschrieben wurde, sind die zugrundeliegenden Mechanismen nach wie vor unvollständig verstanden. A02 wird mikrobiotaabhängige und -unabhängige Mechanismen identifizieren, die die Osteoklastendifferenzierung beeinflussen, und zwar anhand eines neuen Mausmodells für CED, das auf einer Dysfunktion des Darmepithels beruht (Casp8ΔIEC-Mäuse) und mehrere Schlüsselmerkmale der CED nachahmt.
Entzündungen gelten als Hauptauslöser für lokale und systemische Knochenerkrankungen. Knochenschwund und Knochenbrüche sind bei einer Vielzahl von chronischen Entzündungskrankheiten wie rheumatoider Arthritis, entzündlichen Darmerkrankungen und Parodontitis weit verbreitet. Basierend auf neue technologische- und konzeptionelle Fortschritte, wird DIONE neue Wege definieren, die den Knochenumbau bei Entzündungen steuern. DIONE umfasst drei Hauptforschungsbereiche: (A) Die Charakterisierung von systemischen regulatorischen Immunsignalen, die die Funktion von knochenresorbierenden und knochenbildenden Zellen bestimmen. (B) Die Identifizierung von Mikroumgebungsfaktoren, die die knochenresorptive Nische bestimmen. (C) Die Untersuchung zelleigener Faktoren, die die Osteoklastenfunktion und den Stoffwechsel regulieren und dadurch zum Knochenverlust beitragen. Die drei Bereiche werden durch ein zentrales klinisches Projekt unterstützt, das eine schnelle Umsetzung unserer Forschung unter Verwendung der Datenbanken und Bioproben in Erlangen und Dresden ermöglicht. Darüber hinaus wird ein Infrastrukturprojekt die Daten unserer Forschungsinitiative verwalten und einen FAIRen Umgang sowie eine schnelle und sichere Übertragung der Daten zwischen den Teilnehmern ermöglichen, um die Transparenz zu stärken und die Zusammenarbeit zu fördern. Diese Strategie wird die Innovation vorantreiben und neue Erkenntnisse über die Mechanismen und therapeutischen Ansätze zur Eindämmung des entzündlichen Knochenschwunds liefern.
Constant bone remodelling is important to prevent fractures. In bones with a thick cortex, we found that remodelling is based on endosteal bone formation and periosteal resorption which stands in contrast to existing models. In this project we will characterize this process and analyse its dependence on age, mechanical load, osteoclast and osteocyte activity. We aim to explain why some bone sites are prone to fracture and to develop new treatment strategies to prevent insufficiency fracture.
Osteocytes are long-lived cells within the bone matrix that have a variety of functions in the control of bone remodeling. They mediate the systemic regulation of the mechanical loading-induced bone renewal. Because osteocytes are important producers of RANKL, they are considered as strong activators of bone resorption. Osteocyte death is happening with age, after menopause or under pathological conditions such as micro-fracture or osteonecrosis. Furthermore, bone resorption is markedly enhanced by the induction of osteocyte death. Despite evidence that osteocyte death induces osteoclastogenesis by released of RANKL, other mechanisms including the expansion of damage-associated molecular patterns (DAMPs) within the micro-environment have not been fully delineated yet. Recently,Macrophage inducible Ca 2+ -dependent lectin receptor (Mincle) dependent manner. These findings suggest a hitherto unknown connection between osteocyte death and C-type lectin receptor dependent osteoclastogenesis, which might regulate bone remodeling in fracture healing and osteonecrotic disease. My proposal aims to clarify the link between osteocyte death pathways and stimulation of osteoclasts. I specifically aim to characterize in which way osteocytes die within the bone matrix (apoptosis, necrosis, necroptosis, ferroptosis or pyroptosis ), which specific DAMPs are released into the bone marrow via the canalicular network. In this context, fracture, osteonecrosis and inflammatory disease-induced osteocyte death will be analyzed. In particular, I will molecularly characterized osteocyte cell death and block their dying pathway. Next, I will determine putative molecular mechanisms driving osteoclast maturation through the pathways triggered by myeloid specific C-type lectin receptors such as Mincle, and Dectins.Finally, I will verify the molecular mechanisms of osteocyte death-induced osteoclastogenesis also in human patients suffering from osteonecrosis (jaw and femoral head) or rheumatoid arthritis induced bone loss. These experiments have a clear translational impact on the development of new therapeutic avenues for not only osteoporosis, but also fracture, osteonecrosis and inflammatory bone loss treatment.
Die Rheumatoide Arthritis (RA) stellt eine häufige chronisch-entzündliche Erkrankung der peripheren Gelenke dar. Sie basiert auf einem Bruch der immunologischen Selbsttoleranz und einer persistierenden Autoimmunreaktion. Vorrangiges Ziel der bisherigen Forschung war es, die Mechanismen zu verstehen die der Gelenksentzündung und der damit einhergehenden Zerstörung des gelenksnahen Knochens zugrunde liegen. Hieraus resultierte die Entwicklung neuer Therapieansätze die zielgerichtet in die Entzündungskaskade eingreifen und zu einer deutlichen Verbesserung der Kontrolle der Krankheitsaktivität führten. Die Ursachen der Erkrankung sowie die Mechanismen die zum Bruch der immunologischen Toleranz in betroffenen Patienten führen sind jedoch weiterhin unzureichend verstanden. Daher besteht nach wie vor keine Möglichkeit zur Heilung dieser schweren Erkrankung. Im Rahmen einer DFG Forschergruppe (PANDORA - Pathways triggering autoimmunity and defining onset of early rheumatoid arthritis) untersuchen wir die Mechanismen die zum Bruch der immunologischen Toleranz und zum Ausbruch der frühen RA beitragen. Dieser Ansatz zielt auf die Identifikation zugrundeliegender Pathomechanismen und auf die Entwicklung neuer kurativer und präventiver Therapiestrategien ab die ursächlich in die Entstehung der Erkrankung eingreifen und eine Wiederherstellung der Immuntoleranz ermöglichen sollen. Die Implementierung einer solchen Forschergruppe an der Friedrich Alexander University Erlangen-Nürnberg (FAU) und dem Universitätsklinikum Erlangen (UKER) eröffnete die Möglichkeit die hier vorhandenen Ressourcen sowie Expertise im Bereich der Immunologie, Molekularbiologie und Bildgebung mit der präklinischen und klinischen Forschung im Bereich der RA zu bündeln und somit auf diese Erkrankung zu fokussieren. Die Einbeziehung von exzellent charakterisierten Patientenkohorten sowie die im Rahmen der Forschergruppe laufende klinische Studie ermöglichen zudem ein stark translational-orientiertes Forschungsprogramm. In der zweiten Förderperiode sollen auf den bisherigen Ergebnissen aufbauend neue präventive und kurative Therapieoptionen zur Behandlung der RA entwickelt werden.
My research primarily focuses on the cellular and molecular mechanisms affecting bone marrow under disease conditions such as rheumatoid arthritis, osteoporosis, cancer metastasis, and inflammatory bone loss. This involves studying the intricate interplay between the immune system and bone metabolism, a field known as osteoimmunology. Inflammatory diseases like rheumatoid arthritis result in severe bone loss due to chronic inflammation, which disrupts the balance between bone resorption and formation. Our investigations have shown that immune cells, through transcription factors such hypoxia-inducible factors (HIFs), significantly influence the differentiation of immune and bone cells.
Research projects
Zentrales Management Projekt (Z02)
(Third Party Funds Group – Sub project)
Term: 1. April 2024 - 31. December 2027
Funding source: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
Argininergänzung als neue therapeutische Option gegen entzündlichen Knochenschwund (B05)
(Third Party Funds Group – Sub project)
Term: 1. April 2024 - 31. December 2027
Funding source: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
Im Projekt B05 wird die Fähigkeit von Arginin und seinen Metaboliten untersucht, die die Osteoklastogenese hemmen und den entzündlichen Knochenabbau blockieren. Unser Ziel ist es, die Auswirkungen einer L-Arginin-Supplementierung auf den Schutz und die therapeutische Anwendung während der Entwicklung von Arthritis zu erforschen und die Bedeutung von L-Arginin-abbauenden Enzymen wie Arginase-1 und/oder -2 in myeloischen Zellen zu definieren. Ein solcher Ansatz würde einen Schutz vor Knochenverlust durch Hemmung der Entzündung und eine metabolische Umprogrammierung der Makrophagen und Osteoklasten ermöglichen.
Entzündungsbedingte regulierte Nekrose des Darmepithels als neuer Modulator der Knochenresorption (A02)
(Third Party Funds Group – Sub project)
Term: 1. April 2024 - 31. December 2027
Funding source: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
Das Projekt A02 wird sich mit der Frage befassen, wie chronische Darmentzündungen und Dysbiose die Homöostase von Gelenken und Knochen beeinflussen können. Die Ätiologie des Knochenverlusts bei CED ist multifaktoriell, und obwohl in klinischen Studien eine Darm-Knochen-Achse beschrieben wurde, sind die zugrundeliegenden Mechanismen nach wie vor unvollständig verstanden. A02 wird mikrobiotaabhängige und -unabhängige Mechanismen identifizieren, die die Osteoklastendifferenzierung beeinflussen, und zwar anhand eines neuen Mausmodells für CED, das auf einer Dysfunktion des Darmepithels beruht (Casp8ΔIEC-Mäuse) und mehrere Schlüsselmerkmale der CED nachahmt.
TRR 369: DIONE Entzündungsbedingte Knochendegeneration
(Third Party Funds Group – Overall project)
Funding source: DFG / Sonderforschungsbereich / Transregio (SFB / TRR)
Entzündungen gelten als Hauptauslöser für lokale und systemische Knochenerkrankungen. Knochenschwund und Knochenbrüche sind bei einer Vielzahl von chronischen Entzündungskrankheiten wie rheumatoider Arthritis, entzündlichen Darmerkrankungen und Parodontitis weit verbreitet. Basierend auf neue technologische- und konzeptionelle Fortschritte, wird DIONE neue Wege definieren, die den Knochenumbau bei Entzündungen steuern. DIONE umfasst drei Hauptforschungsbereiche: (A) Die Charakterisierung von systemischen regulatorischen Immunsignalen, die die Funktion von knochenresorbierenden und knochenbildenden Zellen bestimmen. (B) Die Identifizierung von Mikroumgebungsfaktoren, die die knochenresorptive Nische bestimmen. (C) Die Untersuchung zelleigener Faktoren, die die Osteoklastenfunktion und den Stoffwechsel regulieren und dadurch zum Knochenverlust beitragen. Die drei Bereiche werden durch ein zentrales klinisches Projekt unterstützt, das eine schnelle Umsetzung unserer Forschung unter Verwendung der Datenbanken und Bioproben in Erlangen und Dresden ermöglicht. Darüber hinaus wird ein Infrastrukturprojekt die Daten unserer Forschungsinitiative verwalten und einen FAIRen Umgang sowie eine schnelle und sichere Übertragung der Daten zwischen den Teilnehmern ermöglichen, um die Transparenz zu stärken und die Zusammenarbeit zu fördern. Diese Strategie wird die Innovation vorantreiben und neue Erkenntnisse über die Mechanismen und therapeutischen Ansätze zur Eindämmung des entzündlichen Knochenschwunds liefern.
A099: Deciphering the mechanisms of cortical bone remodelling and its impact on bone quality
(FAU Funds)
Unknown functions of Osteocyte Death
(Third Party Funds Single)
Funding source: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020
Osteocytes are long-lived cells within the bone matrix that have a variety of functions in the control of bone remodeling. They mediate the systemic regulation of the mechanical loading-induced bone renewal. Because osteocytes are important producers of RANKL, they are considered as strong activators of bone resorption. Osteocyte death is happening with age, after menopause or under pathological conditions such as micro-fracture or osteonecrosis. Furthermore, bone resorption is markedly enhanced by the induction of osteocyte death. Despite evidence that osteocyte death induces osteoclastogenesis by released of RANKL, other mechanisms including the expansion of damage-associated molecular patterns (DAMPs) within the micro-environment have not been fully delineated yet. Recently,Macrophage inducible Ca 2+ -dependent lectin receptor (Mincle) dependent manner. These findings suggest a hitherto unknown connection between osteocyte death and C-type lectin receptor dependent osteoclastogenesis, which might regulate bone remodeling in fracture healing and osteonecrotic disease. My proposal aims to clarify the link between osteocyte death pathways and stimulation of osteoclasts. I specifically aim to characterize in which way osteocytes die within the bone matrix (apoptosis, necrosis, necroptosis, ferroptosis or pyroptosis ), which specific DAMPs are released into the bone marrow via the canalicular network. In this context, fracture, osteonecrosis and inflammatory disease-induced osteocyte death will be analyzed. In particular, I will molecularly characterized osteocyte cell death and block their dying pathway. Next, I will determine putative molecular mechanisms driving osteoclast maturation through the pathways triggered by myeloid specific C-type lectin receptors such as Mincle, and Dectins.Finally, I will verify the molecular mechanisms of osteocyte death-induced osteoclastogenesis also in human patients suffering from osteonecrosis (jaw and femoral head) or rheumatoid arthritis induced bone loss. These experiments have a clear translational impact on the development of new therapeutic avenues for not only osteoporosis, but also fracture, osteonecrosis and inflammatory bone loss treatment.
Intestinal epithelial cell death as modulator of intestinal dysbiosis, systemic autoimmunity and the onset of arthritis
(Third Party Funds Group – Sub project)
Term: 1. July 2018 - 31. December 2025
Funding source: DFG / Forschungsgruppe (FOR)
URL: https://www.pandora.for2886.forschung.fau.de/
2024
2023
2022
2021
2020
Related Research Fields
Contact: