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2017 April - Stefan Tögel

Assoc.Prof. Mag. Dr. Stefan Tögel

Assoc.Prof. Mag. Dr. Stefan Tögel
Assoc.Prof. Mag. Dr. Stefan Tögel

MedUni Wien RESEARCHER OF THE MONTH, April 2017

Die Jury „Researcher of the Month” verleiht die Auszeichnung für diesen Monat Herrn Assoc.Prof. Mag. Dr. Stefan Tögel aus Anlass der im Top-Journal „The Journal of Immunology“ (IF: 4.922) erschienenen Arbeit „Galectin-1 Couples Glycobiology to Inflammation in Osteoarthritis through the Activation of an NF-κBRegulated Gene Network“ [1]. Diese Studie entstand am Karl Chiari Lab for Orthopaedic Biology der Universitätsklinik für Orthopädie der Medizinischen Universität Wien in Zusammenarbeit mit dem Institut für Physiologische Chemie der Ludwig-Maximilians-Universität München. In dieser Studie konnte erstmals die funktionelle Rolle der Glykobiologie in der arthrotischen Knorpeldegeneration beschrieben werden. Die Relevanz der Daten wurde auch dadurch unterstrichen, dass der Artikel als ‚Research Highlight’ in Nature Reviews Rheumatology vorgestellt wurde [2].

Galektin-1 ist ein Regulator von klinisch relevanten Entzündungsprozessen in der Arthrose

Degenerative Gelenkserkrankungen zählen zu den führenden Ursachen für chronischen Schmerz und Immobilität im Alter und stellen einen ernstzunehmenden sozioökonomischen Faktor im Gesundheitsbereich dar. Bislang steht keine Therapie zur Verfügung, welche den fortschreitenden Verlust an Knorpelgewebe im arthrotischen Gelenk aufhalten oder gar rückgängig machen könnte. Ein Grund hierfür mag darin liegen, dass die molekularen Ursachen, welche die Pathogenese der Arthrose steuern, immer noch unzureichend erforscht sind.

Bereits in vorangegangenen Arbeiten des Karl Chiari Lab for Orthopaedic Biology wurde ein neuartiger Zugang in der Arthroseforschung gewählt und glykobiologische Aspekte mit der Arthrose in Zusammenhang gebracht [3-9]. Die Glykobiologie beschreibt im Wesentlichen die Struktur und Funktion von Glykanen (Zuckerketten), welche durch Interaktion mit zuckerbindenden Proteinen (zB Galektinen) ein breites Spektrum biologischer Prozesse beeinflussen können [10,11].

Die ausgezeichnete Studie belegt nun erstmals die funktionelle Bedeutung der Glykobiologie für die Pathogenese der Arthrose und schlägt das zuckerbindende Galektin-1 als regulierenden Faktor für Entzündungsprozesse im arthrotischen Knorpelgewebe vor.

  Zunächst wurde anhand von Gewebeproben von Arthrosepatienten gezeigt, dass die Expression von Galektin-1 in Knorpelzellen signifikant mit dem Degenerationsgrad des Knorpelgewebes korreliert. Durch den Nachweis, dass Galektin-1 von Knorpelzellen sekretiert wird und an Glykane der Zelloberfläche bindet, war die Voraussetzung für eine biologische Wirkung des Galektin-1 gegeben. Durch den Einsatz bioanalytischer Methoden konnte anschließend nachgewiesen werden, dass Galektin-1 in arthrotischen Knorpelzellen ein genetisches Programm in Gang setzt, welches Entzündungsprozesse steuert und den Abbau von Knorpelmatrix induziert. Die erhöhte Sekretion von Matrix-metalloproteinasen, welche die Strukturproteine des Knorpels abbauen, unterstreicht dabei die pathophysiologische Relevanz der Galektin-1 Wirkung. Mechanistische Studien ergaben weiters, dass die durch Galektin-1 induzierten Entzündungsprozesse über den NF-kB Signalweg gesteuert werden und dass die Blockade des NF-kB Signalwegs die Galektin-1 Wirkung ausschalten kann. Von besonderem Interesse war außerdem die Erkenntnis, dass im Umkehrschluss Entzündungsfaktoren nicht die Expression von Galektin-1 in arthrotischen Knorpelzellen zu regulieren scheinen. Dies würde bedeuten, dass mit Galektin-1 ein der arthrotischen Entzündung vorgeschalteter Faktor gefunden wurde, der sich als therapeutisches Ziel eignen könnte.

Wissenschaftliches Umfeld

Die ausgezeichnete Studie über die Rolle des Galektin-1 im arthrotischen Gelenksknorpel entstammt dem Glykobiologie-Schwerpunkt des Karl Chiari Lab for Orthopaedic Biology unter der Leitung von Stefan Tögel. Dem Team gehören zwei Universitätsassistentinnen (Sonja Walzer, Daniela Weinmann) vier biomedizinische Analytikerinnen sowie DissertantInnen und DiplomandInnen an. Um die Relevanz der Glykobiologie für orthopädische Erkrankungen untersuchen zu können, wird höchstes Augenmerk auf die interdisziplinäre Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Kooperationspartnern gelegt. Voraussetzung ist die Möglichkeit innerhalb der Universitätsklinik für Orthopädie (Reinhard Windhager) molekularbiologische Untersuchung von klinischem Gewebe durchzuführen. Maßgeblich für den wissenschaftlichen Erfolg des Schwerpunkts ist die Beteiligung des Instituts für Physiologische Chemie der LMU München (Hans-Joachim Gabius), einem der weltweit führenden Zentren für glykobiologische Forschung. Das Forschungsnetzwerk wird außerdem durch die Expertisen des Hospital for Special Surgery, New York, USA (Mary B. Goldring/Miguel Otero) sowie der Abteilung für Biochemie, BOKU Wien (Fritz Altmann) erweitert.

Zur Person

Stefan Tögel wurde 1977 in Wien geboren und maturierte 1996 am Sacré Coeur Pressbaum. Nach einjährigem Zivildienst im Rettungswesen studierte er bis 2004 Pharmazie an der Universität Wien sowie an der Università degli Studi in Perugia, Italien. Im Anschluss verfasste er seine Dissertation am Department für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie der Universität Wien (Helmut Viernstein) in Zusammenarbeit mit der Universitätsklinik für Nuklearmedizin der MedUniWien (Markus Mitterhauser). Nach Anstellungen als Post-doc an der Universität Wien und der MedUniWien, sowie nach einem Forschungsaufenthalt am ‚Hospital for Special Surgery’, New York, USA (Mary B. Goldring), wechselte Stefan Tögel 2010 an die Universitätsklink für Orthopädie der MedUniWien (Reinhard Windhager), wo er nunmehr das Karl Chiari Lab for Orthopaedic Biology leitet und 2015 zum assoziierten Professor ernannt wurde. Seine Forschungstätigkeit auf dem Gebiet der orthopädischen Grundlagenforschung ist durch zahlreiche Publikationen und Vorträge auf internationalen Kongressen dokumentiert. Neben langjährigen Lehrbeauftragungen an der MedUniWien, der Universität Wien und der FH Campus Wien, ist er als ‚Associate editor’ von ‚BMC Molecular Biology’, als Gutachter für zahlreiche internationale Journale und Förderinstitutionen, sowie als Supervisor im Doktoratsprogramm der MedUniWien ‚Regeneration of Bones and Joints’ tätig. Stefan Tögel ist verheiratet und Vater von zwei Töchtern.

Ausgewählte Literatur

1. Toegel S, Weinmann D, André S, Walzer SM, Bilban M, Schmidt S, Chiari C, Windhager R, Krall C, Bennani Baiti IM, Gabius H-J: Galectin-1 Couples Glycobiology to Inflammation in Osteoarthritis through the Activation of an NF-κB-Regulated Gene Network. J Immunol 2016, 196:1910–1921.

2. Osório J: Osteoarthritis: Galectin-1 damages cartilage via inflammation. Nat Rev Rheumatol 2016, 12:132–133.

3. Toegel S, Harrer N, Plattner VE, Unger FM, Viernstein H, Goldring MB, Gabor F, Wirth M: Lectin binding studies on C-28/I2 and T/C-28a2 chondrocytes provide a basis for new tissue engineering and drug delivery perspectives in cartilage research. Journal of Controlled Release 2007, 117:121–129.

4. Toegel S, Plattner VE, Wu SQ, Goldring MB, Chiari C, Kolb A, Unger FM, Nehrer S, Gabor F, Viernstein H, Wirth M: Lectin binding patterns reflect the phenotypic status of in vitro chondrocyte models. In Vitro Cell Dev Biol-Animal 2009, 45:351–360.

5. Toegel S, Pabst M, Wu SQ, Grass J, Goldring MB, Chiari C, Kolb A, Altmann F, Viernstein H, Unger FM: Phenotype-related differential alpha-2,6- or alpha-2,3-sialylation of glycoprotein N-glycans in human chondrocytes. Osteoarthr Cartilage 2010, 18:240–248.

6. Pabst M, Wu SQ, Grass J, Kolb A, Chiari C, Viernstein H, Unger FM, Altmann F, Toegel S: IL-1beta and TNF-alpha alter the glycophenotype of primary human chondrocytes in vitro. Carbohydr Res 2010, 345:1389–1393.

7. Pabst M, Grass J, Toegel S, Liebminger E, Strasser R, Altmann F: Isomeric analysis of oligomannosidic N-glycans and their dolichol-linked precursors. Glycobiology 2012, 22:389–399.

8. Toegel S, Bieder D, André S, Altmann F, Walzer SM, Kaltner H, Hofstaetter JG, Windhager R, Gabius H-J: Glycophenotyping of osteoarthritic cartilage and chondrocytes by RT-qPCR, mass spectrometry, histochemistry with plant/human lectins and lectin localization with a glycoprotein. Arthritis Res Ther 2013, 15:R147.

9. Toegel S, Bieder D, André S, Kayser K, Walzer SM, Hobusch G, Windhager R, Gabius H-J: Human osteoarthritic knee cartilage: fingerprinting of adhesion/growth-regulatory galectins in vitro and in situ indicates differential upregulation in severe degeneration. Histochem Cell Biol 2014, 142:373–388.

10. Weinmann D, Schlangen K, André S, Schmidt S, Walzer SM, Kubista B, Windhager R, Toegel S, Gabius H-J: Galectin-3 Induces a Pro-degradative/inflammatory Gene Signature in Human Chondrocytes, Teaming Up with Galectin-1 in Osteoarthritis Pathogenesis. Sci Rep, 2016, 6: 39112. doi.org/10.1038/srep39112

11. Kaltner H, Toegel S, Caballero GG, Manning JC, Ledeen RW, Gabius H-J: Galectins: their network and roles in immunity/tumor growth control. Histochem Cell Biol, 2017: 147:239–256.


Assoc.-Prof. Mag. Dr. Stefan Tögel

Karl Chiari Lab for Orthopaedic Biology
Universitätsklinik für Orthopädie

Medizinische Universität Wien
Währinger Gürtel 18-20
1090 Wien
Austria

Tel: 0043 1 40400 40980
stefan.toegel@muv.ac.at
www.meduniwien.ac.at/ortho-biology