Osteoclast - Osteoclast

Osteoclast
Osteoclast.jpg
Micrografie ușoară a unui osteoclast care prezintă caracteristici distincte tipice: o celulă mare cu nuclei multipli și un citosol „spumos”.
Celule degradante osoase - Osteoclaste 3 - Smart-Servier.png
Ilustrație care arată un singur osteoclast
Detalii
Precursor progenitori osteoclasti
Locație Os
Funcţie Defalcarea țesutului osos
Identificatori
latin osteoclast
Plasă D010010
TH H2.00.03.7.00005
FMA 66781
Termeni anatomici ai microanatomiei

Un osteoclast (din greaca veche ὀστέον ( osteon )  „os” și κλαστός (clastos)  „rupt”) este un tip de celulă osoasă care descompune țesutul osos . Această funcție este critică în întreținere, reparații și remodelare a oaselor ale vertebrale scheletului . Osteoclastul dezasamblează și digeră compozitul de proteine ​​și minerale hidratate la nivel molecular prin secretarea acidului și a colagenazei , un proces cunoscut sub numele de resorbție osoasă . Acest proces ajută, de asemenea, la reglarea nivelului de calciu din sânge .

Osteoclastele se găsesc pe acele suprafețe osoase care suferă resorbție. Pe astfel de suprafețe, osteoclastele sunt văzute a fi localizate în depresiuni superficiale numite golfuri de resorbție (lacurile Howship) . Golurile de resorbție sunt create prin acțiunea erozivă a osteoclastelor asupra osului subiacent. Limita părții inferioare a osteoclastului prezintă procese asemănătoare degetelor datorită prezenței înfășurărilor profunde ale membranei celulare ; această graniță se numește graniță zburlită . Marginea zburlită se află în contact cu suprafața osoasă într-un compartiment de resorbție. Periferia marginii zburlite este înconjurată de o zonă inelară a citoplasmei, lipsită de organite celulare, dar bogată în filamente de actină . Această zonă se numește zonă liberă sau zonă de etanșare . Filamentele de actină permit membranei celulare care înconjoară zona de etanșare să fie ancorată ferm de peretele osos al lacurilor Howship. În acest fel, se creează un compartiment subosteoclastic închis între marginea ciufulită și osul care suferă resorbție. Osteoclastele secretă ioni de hidrogen , colagenază , catepsină K și enzime hidrolitice în acest compartiment. Resorbția matricei osoase de către osteoclasti implică două etape: (1) dizolvarea componentelor anorganice (minerale) și (2) digestia componentei organice a matricei osoase. Osteoclastele pompează ioni de hidrogen în compartimentul subosteoclastic și creează astfel un microambient acid, care crește solubilitatea mineralelor osoase, rezultând eliberarea și reintrarea mineralelor osoase în citoplasma osteoclastelor pentru a fi livrate capilarelor din apropiere. După îndepărtarea mineralelor, colagenaza și gelatinaza sunt secretate în compartimentul subosteoclastic. Aceste enzime digeră și degradează colagenul și alte componente organice ale matricei osoase decalcificate. Produsele de degradare sunt fagocitate de osteoclaste la marginea ciufulită. Datorită proprietăților fagocitare, osteoclastele sunt considerate a fi o componentă a sistemului fagocitar mononuclear (MPS). Activitatea osteoclastelor este controlată de hormoni și citokine. Calcitonina, un hormon al glandei tiroide, suprimă activitatea osteoclastică. Osteoclastele nu au receptori pentru hormonul paratiroidian (PTH). Cu toate acestea, PTH stimulează osteoblastele să secrete citokina numită factor de stimulare a osteoclastelor, care este un puternic stimulator al activității osteoclastice.

Un odontoclast (/ odon · to · clast /; o-don´to-klast) este un osteoclast asociat cu absorbția rădăcinilor dinților de foioase .

Structura

Osteoclast pozitiv cu fosfatază acidă rezistentă la tartrat în cultura celulară
Secțiunea transversală ilustrată a unui osteoclast activat

Un osteoclast este o celulă multinucleată mare , iar osteoclastele umane pe os au de obicei cinci nuclei și au un diametru de 150-200 µm. Când citokinele care induc osteoclastele sunt utilizate pentru a converti macrofagele în osteoclaste, apar celule foarte mari care pot atinge 100 µm în diametru. Acestea pot avea zeci de nuclee și exprimă în mod tipic proteine ​​osteoclastice majore, dar au diferențe semnificative față de celulele din osul viu din cauza substratului non-natural. Mărimea osteoclastului asamblat multinucleat îi permite să concentreze capacitățile de transport ionic, secretor de proteine ​​și transport vezicular al multor macrofage pe o zonă localizată a osului.

Locație

In os, osteoclastele se găsesc în gropi din suprafața osului care sunt numite golfuri resorbției, sau Howship lui lacune . Osteoclastele se caracterizează printr-o citoplasmă cu aspect omogen, „spumos”. Acest aspect se datorează unei concentrații mari de vezicule și vacuole . Aceste vacuole includ lizozomi umpluți cu fosfatază acidă . Această caracterizare a permis de osteoclaste prin colorarea lor pentru înaltă expresie a fosfatază acidă rezistentă la tartrat de (TRAP) și catepsinei K . Reticulul endoplasmatic dur osteoclastic este rar, iar complexul Golgi este extins.

La un loc de resorbție osoasă activă, osteoclastul formează o membrană celulară specializată , „marginea ciufulită”, care se opune suprafeței țesutului osos. Această margine pliată sau ciufulită extensiv facilitează îndepărtarea oaselor prin creșterea dramatică a suprafeței celulare pentru secreție și absorbția conținutului compartimentului de resorbție și este o caracteristică morfologică a unui osteoclast care resorbează în mod activ osul.

Dezvoltare

De la descoperirea lor în 1873, au existat dezbateri considerabile cu privire la originea lor. Trei teorii au fost dominante: din 1949 până în 1970 originea țesutului conjunctiv a fost populară, care a afirmat că osteoclastele și osteoblastele sunt de aceeași descendență, iar osteoblastele se fuzionează împreună pentru a forma osteoclaste. După ani de controverse este acum clar că aceste celule se dezvoltă din auto-fuziunea macrofagelor. La începutul anului 1980, sistemul fagocitar monocit a fost recunoscut ca precursor al osteoclastelor. Formarea osteoclastelor necesită prezența RANKL (activator al receptorului ligandului factorului κβ) și a M-CSF (factorul de stimulare a coloniilor de macrofage) . Aceste proteine ​​legate de membrană sunt produse de celulele stromale și osteoblaste vecine , necesitând astfel un contact direct între aceste celule și precursorii osteoclastelor .

M-CSF acționează prin receptorul său asupra osteoclastului, c-fms (receptorul factorului 1 de stimulare a coloniilor), un receptor transmembranar de tirozin kinază , care duce la activarea mesagerului secundar al tirozin kinazei Src. Ambele molecule sunt necesare osteoclastogenezei și sunt implicate pe scară largă în diferențierea celulelor derivate din monocite / macrofage.

RANKL este un membru al familiei de necroză tumorală ( TNF ) și este esențial în osteoclastogeneză. Șoarecii knockout RANKL prezintă un fenotip de osteopetroză și defecte ale erupției dentare, împreună cu absența sau deficiența osteoclastelor. RANKL activează NF-β (factor nuclear-β) și NFATc1 (factor nuclear al celulelor t activate, citoplasmatic, dependent de calcineurină 1) prin RANK . Activarea NF-ββ este stimulată aproape imediat după apariția interacțiunii RANKL-RANK și nu este reglată în sus. Stimularea NFATc1, cu toate acestea, începe ~ 24-48 de ore după ce are loc legarea și s-a dovedit că expresia sa este dependentă de RANKL.

Diferențierea osteoclastelor este inhibată de osteoprotegerină (OPG), care este produsă de osteoblaste și se leagă de RANKL, prevenind astfel interacțiunea cu RANK. Ar putea fi important să rețineți că, în timp ce osteoclastele sunt derivate din linia hematopoietică, osteoblastele sunt derivate din celulele stem mezenchimale.

Funcţie

Odată activate, osteoclastele se deplasează în zone de microfractură a osului prin chemotaxie . Osteoclastele se află în mici cavități numite lacune Howship, formate din digestia osului subiacent. Zona de etanșare este atașarea membranei plasmatice a osteoclastului la osul subiacent. Zonele de etanșare sunt delimitate de centuri de structuri de adeziune specializate numite podozomi . Atașarea la matricea osoasă este facilitată de receptorii integrinei, cum ar fi αvβ3, prin motivul specific al aminoacizilor Arg-Gly-Asp din proteinele matricei osoase, cum ar fi osteopontina . Osteoclastul eliberează ioni de hidrogen prin acțiunea anhidrazei carbonice ( H 2 O + CO 2 → HCO 3 - + H + ) prin marginea ciufulită în cavitatea resorptivă, acidifiantă și ajutând la dizolvarea matricei osoase mineralizate în Ca 2+ , H 3 PO 4 , H 2 CO 3 , apă și alte substanțe. S-a documentat că disfuncția anhidrazei carbonice provoacă unele forme de osteopetroză. Ionii de hidrogen sunt pompați împotriva unui gradient de concentrație ridicat de pompele de protoni , în special o ATPază vacuolară unică . Această enzimă a fost vizată în prevenirea osteoporozei . În plus, mai multe enzime hidrolitice , cum ar fi membrii grupurilor catepsină și metaloprotează matricială (MMP), sunt eliberate pentru a digera componentele organice ale matricei. Aceste enzime sunt eliberate în compartiment de lizozomi . Dintre aceste enzime hidrolitice, catepsina K este de cea mai mare importanță.

Catepsina K și alte catepsine

Cathepsina K este o colagenolitică, asemănătoare papainei , cu cisteină protează care se exprimă în principal în osteoclaste și este secretată în groapa de resorbție. Catepsina K este proteaza majoră implicată în degradarea colagenului de tip I și a altor proteine ​​necolagene. Mutațiile din gena catepsină K sunt asociate cu picnodisostoză , o boală osteopetrotică ereditară , caracterizată prin lipsa expresiei funcționale a catepsinei K. Studiile de eliminare a catepsinei K la șoareci conduc la un fenotip osteopetrotic, care este parțial compensat de expresia crescută a proteazelor, altele decât catepsina K și osteoclastogeneza îmbunătățită.

Catepsina K are o activitate enzimatică optimă în condiții acide. Este sintetizat ca o proenzimă cu o greutate moleculară de 37kDa și, după activarea prin scindare autocatalitică, este transformat în forma matură, activă, cu o greutate moleculară de ~ 27kDa.

După polarizarea osteoclastului peste locul resorbției, catepsina K este secretată de la marginea ciufulită în groapa resorptivă. Catepsina K transmigrează peste granița ciufulită de vezicule intercelulare și este apoi eliberată de domeniul secretor funcțional . În cadrul acestor vezicule intercelulare, catepsina K, împreună cu speciile reactive de oxigen generate de TRAP , degradează în continuare matricea extracelulară osoasă.

Mai multe alte catepsine sunt exprimate în osteoclaste, inclusiv catepsinele B , C , D, E, G și L. Funcția acestor cisteine și proteaze aspartice este în general necunoscută în os și sunt exprimate la niveluri mult mai mici decât catepsina K.

Studiile pe șoareci knockout cathepsină L au fost amestecate, cu un raport de reducere a osului trabecular la șoareci homozigoti și heterozigoți knockout șoareci comparativ cu tipul sălbatic și un alt raport care nu a constatat anomalii scheletice.

Metaloproteinaze matriciale

The Metaloproteinazele matrice (MMPs) cuprind o familie de mai mult de 20 de endopeptidaze zinc-dependente. Rolul metaloproteinazelor matriciale (MMP) în biologia osteoclastelor este slab definit, dar în alte țesuturi acestea au fost legate de activități de promovare a tumorii, cum ar fi activarea factorilor de creștere și sunt necesare pentru metastaze tumorale și angiogeneză.

MMP9 este asociat cu micromediul osos. Este exprimat prin osteoclasti și este cunoscut a fi necesar pentru migrarea osteoclastelor și este o gelatinază puternică. Șoarecii transgenici lipsiți de MMP-9 dezvoltă defecte în dezvoltarea osoasă, angiogeneza intraosoasă și repararea fracturilor.

MMP-13 este considerat a fi implicat în resorbția osoasă și în diferențierea osteoclastelor, deoarece șoarecii knockout au relevat un număr scăzut de osteoclaste, osteopetroză și resorbția osoasă scăzută.

MMP-urile exprimate de osteoclast includ MMP-9, -10, -12 și -14. în afară de MMP-9, se știe puțin despre relevanța lor pentru osteoclast, cu toate acestea, niveluri ridicate de MMP-14 se găsesc în zona de etanșare.

Fiziologia osteoclastelor

În anii 1980 și 90, fiziologia osteoclastelor tipice a fost studiată în detaliu. Odată cu izolarea marginii zburlite, transportul de ioni peste el a fost studiat direct în detaliu biochimic. Transportul acid dependent de energie a fost verificat și pompa de protoni postulată purificată. Odată cu cultura de succes a osteoclastelor, a devenit evident că acestea sunt organizate pentru a susține transportul masiv de protoni pentru acidificarea compartimentului de resorbție și solubilizarea mineralului osos. Aceasta include ciufulit frontieră Cl - permeabilitatea la potențialul membranei de control și labazolaterală Cl - / HCO 3 - schimb pentru a menține pH - ul citosolic în intervale acceptabile fiziologic.

Eficacitatea secreției sale ionice depinde de osteoclastul care formează o etanșare eficientă în jurul compartimentului de resorbție. Poziționarea acestei „zone de etanșare” pare a fi mediată de integrine exprimate pe suprafața osteoclastelor. Cu zona de etanșare în loc, osteoclastul multinucleat se reorganizează. Dezvoltarea membranei ciufulite foarte invaginate care se află în compartimentul de resorbție permite o activitate secretorie masivă. În plus, permite transcitoza veziculară a mineralului și a colagenului degradat de la marginea ciufulită la membrana liberă a celulei și eliberarea acestuia în compartimentul extracelular. Această activitate completează resorbția osoasă și atât componentele minerale, cât și fragmentele de colagen sunt eliberate în circulația generală.

Regulament

Osteoclastele sunt reglate de mai mulți hormoni , inclusiv hormonul paratiroidian (PTH) din glanda paratiroidă, calcitonina din glanda tiroidă și factorul de creștere interleukina 6 (IL-6). Acest ultim hormon, IL-6 , este unul dintre factorii osteoporozei bolii , care este un dezechilibru între resorbția osoasă și formarea osoasă. Activitatea osteoclastelor este mediată și de interacțiunea a două molecule produse de osteoblaste, și anume osteoprotegerina și ligandul RANK . Rețineți că aceste molecule reglează, de asemenea, diferențierea osteoclastului.

Odontoclast

Un odontoclast (/ odon · to · clast /; o-don´to-klast) este un osteoclast asociat cu absorbția rădăcinilor dinților de foioase .

Utilizarea alternativă a termenului

Un osteoclastelor poate fi , de asemenea , un instrument folosit pentru a fracturii și oase de resetare (originea este greacă osteon : os și klastos : rupte). Pentru a evita confuzia, celula a fost denumită inițial osotoclast. Când instrumentul chirurgical a ieșit din uz, celula a devenit cunoscută sub numele actual.

Semnificația clinică

Osteoclastele uriașe pot apărea în unele boli, inclusiv boala Paget a toxicității osoase și a bifosfonatului .

La pisici, activitatea anormală odontoclastă poate provoca leziuni resorptive odontoclastice feline , necesitând extragerea dinților afectați.

Istorie

Osteoclastele au fost descoperite de Kolliker în 1873.

Vezi si

Referințe

linkuri externe