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Fibroblast growth factor-23 (FGF-23), a molecule that is mutated in patients with autosomal dominant hypophosphatemic rickets (ADHR), appears to be involved in the regulation of phosphate homeostasis. Although increased levels of circulating FGF-23 were detected in patients with different phosphate-wasting disorders, it is not yet clear whether FGF-23 is directly responsible for the abnormal regulation of mineral ion homeostasis and consequently bone development. To explore these questions further, we generated a mouse model in which the entire Fgf-23 gene was replaced with the lacZ gene. Fgf-23 null (Fgf-23-/-) mice showed signs of growth retardation, developed severe hyperphosphatemia with elevated serum 1,25(OH)2D3 levels, and died by 13 weeks of age. Hyperphosphatemia in Fgf-23-/- mice was accompanied by skeletal abnormalities, as demonstrated by histological, molecular, and morphometric analyses. Fgf-23-/- mice had decreased bone mineral density of the limbs due to an accumulation of unmineralized osteoid leading to marked limb deformities. Moreover, Fgf-23-/- mice showed excessive mineralization in soft tissues. To further expand our understanding regarding the role of Fgf-23 in phosphate homeostasis and skeletal mineralization, we crossed Fgf-23-/- animals with Hyp mice, the murine equivalent of XLH. Interestingly, Hyp males lacking both Fgf-23 alleles were indistinguishable from Fgf-23-/- mice, both in terms of serum phosphate levels and skeletal changes, suggesting that Fgf-23 is downstream of the phosphate regulating gene with homologies to endopeptidases on the X chromosome (Phex). To explore further the role of the vitamin D axis for FGF-23 signaling, we mated Fgf-23 deficient mice and vitamin D receptor (VDR) mutant mice with a non-functioning VDR. To prevent secondary hyperparathyroidism in VDR and compound mutant mice, all mice were kept on a rescue diet enriched with calcium, phosphorus, and lactose. In analogy to previous findings, Fgf-23-/- animals showed hypercalcemia, hyperphosphatemia, growth retardation, ectopic calcifications, severe osteoidosis, skin atrophy, and renal dysfunction. In addition, here we describe that Fgf-23-/- mice are hypoglycemic, and have profoundly increased peripheral insulin sensitivity and improved subcutaneous glucose tolerance, but normal renal expression of the aging suppressor gene Klotho. Although VDR and double mutants on the rescue diet still had moderately elevated parathyroid hormone serum levels and lower bone mineral 76 density compared to wild-type mice, double mutant mice had normal body weight, were normocalcemic and normophosphatemic, and ectopic calcifications as well as renal dysfunction were absent. Ablation of vitamin D signaling in compound mutants also normalized subcutaneous glucose tolerance tests and insulin secretory response. In conclusion, our results indicate that the alterations in mineral and carbohydrate metabolism present in Fgf-23-/- mice require an intact vitamin D signaling pathway.

In der vorliegenden Studie ist anhand von weiblichen Fischer-344-Ratten tierexperimentell erforscht worden, welche Applikationsform von Calcitriol (1,25(OH)2D3), die per subkutaner Injektion, die per Schlundsonde oder die oral über das Futter, den stärksten knochenanabolen Effekt erzielt und die stärkste Suppression der PTH-Sekretion zur Folge hat. In einem weiteren Tierexperiment wurde der Frage nachgegangen, in welchem Umfang die PTH-Suppression eine Rolle bei der antiresorptiven Wirkung von Calcitriol spielt, und ob diese antiresorptive Wirkung von Calcitriol als direkter oder indirekter Effekt am Knochen zu verstehen ist. Im ersten Versuch sind 72 weibliche, sechs Monate alte Fischer-344-Ratten in acht Gruppen eingeteilt und mit Vehikel, 0.05 oder 0.10 µg/kg KG Calcitriol entweder oral über das Futter, oral über Schlundsonde oder über subkutane Injektion zwei Wochen lang behandelt worden. Für den zweiten Versuch wurden sechs Monate alte weibliche Fischer-344-Ratten scheinoperiert (n = 24) oder parathyreoidektomiert (n = 48). Der Erfolg der Parathyreoidektomie ist über die Messung des ionisierten Kalziums im Blut einen Tag post operationem überprüft worden. Einem Teil der parathyreoidektomierten Tiere (n = 24) wurde über osmotische Minipumpen Ratten-PTH (1-34) mit konstanter Rate infundiert, um bei diesen PTX-Tieren eine Normalisierung der Blutkalziumspiegel und PTH-Blutspiegel zu generieren. Alle drei Tiergruppen (SHAM, PTX und PTX+PTH) bekamen oral über das Futter zwei Wochen lang täglich Vehikel, 0.05 oder 0.10 µg/kg KG Calcitriol. Am 5. und 1. Tag vor den Versuchenden erhielten alle Tiere eine Flourochrom-Doppelmarkierung mit Calcein. Die statische und dynamische histomorphometrische Auswertung der Semidünnschnitte, die von unentkalkt in Methylmetacrylat eingebetteten Knochen gewonnen wurden, erfolgte über halb- und vollautomatische Analyseverfahren. Mit der peripheren quantitativen Computertomographie (pQCT) sind weitere Knochenparameter, darunter die Knochenmineraldichte an Tibia und Lendenwirbelkörper bestimmt worden. Aus dem Serum und dem Urin der Ratten sind knochenrelevante Parameter mit in die Beurteilung der Experimente einbezogen worden. Die Applikation von Calcitriol über die drei verschiedenen Wege zeigte unterschiedliche Wirkungen auf den Knochenstoffwechsel, so war die Bone Formation Rate (BFR) in der oral über das Futter behandelten Gruppe am stärksten ausgeprägt. Die Calcitriol-Fütterung bewirkte am Lendenwirbelkörper, nicht aber an der proximalen Tibiametaphyse, eine deutlich gesteigerte Zunahme der gesamten Knochenfläche, der Bone Area. Die gesamte Knochenmineraldichte erfuhr, verglichen mit den Kontrolltieren, in allen behandelten Gruppen eine Zunahme. Eine verminderte Knochenresorption bewirkte allerdings nur die orale Gabe von Calcitriol über das Futter. Die scheinoperierten Ratten im zweiten Tierexperiment haben bezüglich der ausgewerteten Knochenparameter gute Übereinstimmung mit der Fütterungsgruppe aus dem ersten Experiment gezeigt. Der Vergleich der parathyreoidektomierten Tiere ohne PTH-Substitution zu denen mit PTH-Substitution ergab, dass der antiresorptive Effekt von Calcitriol, gemessen Anhand der Deoxypyridinolin-Ausscheidung über die Nieren, unter der Aufrechterhaltung eines konstanten Blut-PTH-Spiegels deutlich erkennbar war. Diese Feststellung weist auf einen direkten antiresorptiven Effekt von Calcitriol am Knochen hin. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie lassen erkennen, dass die Applikationsart einen wichtigen Einfluss auf die durch Calcitriol induzierten Effekte am Knochen bei der Ratte besitzt. Der antiresorptive Effekt von Calcitriol ist nicht allein über die Suppression der PTH-Sekretion vermittelt, sondern auch über einen direkten antiresorptiven Effekt von Calcitriol am Knochen.

Determination of vitamin D- activity of calcinogenic plants in the Japanese quail eggshell test In this studie the biological activity of various preparations of the calcinogenic plants Solanum glaucophyllum and Trisetum flavescens is analysed by means of the Japanese quail eggshell test. As main parameters for the evaluation of the biological activity served on the one hand the amount of eggshell dryweight excreted per animal per day as a indicator for the calcium excretion via the eggshell, on the other hand the serum alkaline phosphatase and the content of realitve boneash. Furthermore, additional egg-, bone- and blood parameters were determined. In the two test series which lasted 21 days each vitamin D depleted quails (Coturnix coturnix japonica) were utilized as test animals. In both test series three vitamin D3–standard ratios (100 IU, 200 IU und 400 IU/kg diet) and the metabolite 1,25(OH)2D3 in different concentrations were used. The preparations of Solanum glaucophyllum to be tested was a watersoluble raw extract, an enriched pure extract, a hydrolyzed preparation and preparations of stems and leaves and a preparation of Trisetum flavescens. The influence of glucosidase on the test parameters was analyzed too. The existing linear relationship between vitamin D3-concentration in the diet of the ovendry mass of the eggshells per animal and day forms the basis of the biological activity of the preparations examined.