Остеокласт - Osteoclast

Остеокласт
Osteoclast.jpg
Световая микрофотография остеокласта с типичными отличительными характеристиками: большая клетка с множеством ядер и «пенистый» цитозоль.
Клетки, разрушающие кости - Остеокласты 3 - Smart-Servier.png
Иллюстрация, показывающая одиночный остеокласт
Подробности
Предшественникпредшественники остеокластов
Место расположенияКость
ФункцияРазбивка по костная ткань
Идентификаторы
латинскийостеокласт
MeSHD010010
THH2.00.03.7.00005
FMA66781
Анатомические термины микроанатомии

An остеокласт (из Древнегреческий ὀστέον (остеон) 'кость' и κλαστός (Clastos) 'сломанный') - это тип костная клетка что ломается костная ткань. Эта функция важна при обслуживании, ремонте и реконструкция из кости из позвоночный скелет. Остеокласт разбирает и переваривает гидратированный белок и минеральная на молекулярном уровне, выделяя кислоту и коллагеназа, процесс, известный как резорбция кости. Этот процесс также помогает регулировать уровень крови. кальций.

Остеокласты обнаруживаются на тех поверхностях кости, которые подвергаются резорбции. На таких поверхностях остеокласты расположены в неглубоких углублениях, называемых бухты рассасывания (лакуны Хаушипа). Заливки резорбции создаются за счет эрозионного воздействия остеокластов на подлежащую кость. На границе нижней части остеокласта наблюдаются пальцевидные отростки из-за наличия глубоких складок клеточная мембрана; эта граница называется взъерошенная граница. Рифленая граница находится в контакте с поверхностью кости в зоне резорбции. По периметру взъерошенной каймы окружена кольцеобразной зоной цитоплазма который лишен ячейки органеллы но богат актиновые нити. Эта зона называется чистая зона или же зона уплотнения. Актиновые филаменты позволяют клеточной мембране, окружающей зону уплотнения, прочно прикрепляться к костной стенке лакуны Ховшипа. Таким образом создается закрытый субостеокластический отсек между взъерошенной границей и костью, которая подвергается резорбции. Остеокласты выделяют ионы водорода, коллагеназа, катепсин К и гидролитические ферменты в это отделение. Резорбция костного матрикса остеокластами включает два этапа: (1) растворение неорганических компонентов (минералов) и (2) переваривание органического компонента костного матрикса. Остеокласты перекачивают ионы водорода в субостеокластический отсек и, таким образом, создают кислую микросреду, которая увеличивает растворимость костного минерала, что приводит к высвобождению и повторному входу костных минералов в цитоплазму остеокластов, которые доставляются в близлежащие капилляры. После удаления минералов коллагеназа и желатиназа секретируются в субостеокластический компартмент. Эти ферменты переваривают и разрушают коллаген и другие органические компоненты декальцинированного костного матрикса. Продукты распада фагоцитируются остеокластами на взъерошенной границе. Из-за своих фагоцитарных свойств остеокласты считаются компонентом системы мононуклеарных фагоцитов (MPS). Активность остеокластов контролируется гормонами и цитокинами. Кальцитонин, гормон щитовидной железы, подавляет остеокластическую активность. Остеокласты не имеют рецепторов паратироидного гормона (ПТГ). Однако ПТГ стимулирует остеобласты к секреции цитокина, называемого фактором, стимулирующим остеокласты, который является мощным стимулятором активности остеокластов.[1]

Одонтокласт (/ odon · to · clast /; o-don´to-klast) - это остеокласт, связанный с абсорбцией корней молочные зубы.[2][3][4]

Структура

Тартрат-устойчивая кислая фосфатаза положительный остеокласт в культуре клеток
Иллюстрированный поперечный разрез активированного остеокласта

Остеокласт - это большой многоядерная клетка а остеокласты человека на кости обычно имеют пять ядер и имеют диаметр 150–200 мкм. Когда индуцирующие остеокласты цитокины используются для преобразования макрофаги по отношению к остеокластам встречаются очень большие клетки, которые могут достигать 100 мкм в диаметре. Они могут иметь десятки ядер и обычно экспрессируют основные белки остеокластов, но существенно отличаются от клеток живой кости из-за неприродного субстрата.[5][6] Размер многоядерного собранного остеокласта позволяет ему сосредоточить ионный транспорт, секретор белка и везикулярные транспортные возможности многих макрофагов на локализованном участке кости.

Место расположения

В кости остеокласты находятся в ямках на поверхности кости, которые называются резорбционными отсеками или Howship's лакуны. Остеокласты характеризуются цитоплазмой с однородным «пенистым» видом. Такое появление связано с высокой концентрацией пузырьки и вакуоли. Эти вакуоли включают лизосомы наполненный кислая фосфатаза. Это позволяет охарактеризовать остеокласты по их окрашиванию на высокую выражение из тартрат-устойчивая кислая фосфатаза (TRAP) и катепсин К. Шероховатый эндоплазматический ретикулум остеокластов редок, а комплекс Гольджи обширен.[7][8][9]

В месте активной резорбции кости остеокласт образует специализированный клеточная мембрана, «взъерошенная кайма», прилегающая к поверхности костной ткани. Эта сильно загнутая или взъерошенная граница облегчает удаление кости за счет значительного увеличения клеточной поверхности для секреции и поглощения содержимого отсека резорбции и является морфологической характеристикой остеокласта, который активно резорбирует кость.

Разработка

С момента их открытия в 1873 году их происхождение вызвало серьезные споры. Доминирующими были три теории: с 1949 по 1970 год было популярно происхождение соединительной ткани, в которой говорилось, что остеокласты и остеобласты принадлежат к одному и тому же происхождению, и остеобласты сливаются вместе, образуя остеокласты. После многих лет споров стало ясно, что эти клетки развиваются в результате самослияния макрофагов.[10] Это было в начале 1980 г. моноцит фагоцитарная система была признана предшественником остеокластов.[11] Для образования остеокластов необходимо наличие RANKL (активатор рецептора лиганда ядерного фактора κβ) и M-CSF (колониестимулирующий фактор макрофагов). Эти мембраносвязанные белки производятся соседними стромальные клетки и остеобласты, что требует прямого контакта между этими клетками и остеокластами. предшественники.

M-CSF действует через свой рецептор на остеокласт, c-fms (рецептор колониестимулирующего фактора 1), трансмембранный тирозинкиназа -рецептор, ведущий к вторичный посланник активация тирозинкиназы Src. Обе эти молекулы необходимы для остеокластогенеза и широко участвуют в дифференциация клеток, происходящих из моноцитов / макрофагов.

RANKL является членом семейства некрозов опухолей (TNF ) и имеет важное значение в остеокластогенезе. Мыши с нокаутом RANKL демонстрируют фенотип остеопетроз и дефекты прорезывания зубов, наряду с отсутствием или дефицитом остеокластов. RANKL активирует NF-κβ (ядерный фактор-κβ) и NFATc1 (ядерный фактор активированных Т-клеток, цитоплазматический, кальциневрин-зависимый 1) посредством КЛАССИФИЦИРОВАТЬ. Активация NF-κβ стимулируется почти сразу после взаимодействия RANKL-RANK и не активируется. Однако стимуляция NFATc1 начинается примерно через 24–48 часов после того, как происходит связывание, и было показано, что его экспрессия зависит от RANKL.

Дифференцировка остеокластов подавляется остеопротегерин (OPG), который продуцируется остеобластами и связывается с RANKL, предотвращая взаимодействие с RANK. Важно отметить, что, хотя остеокласты происходят из гемопоэтического клона, остеобласты происходят из мезенхимальных стволовых клеток.[12][13]

Функция

После активации остеокласты перемещаются в области микротрещин в кости путем хемотаксис. Остеокласты лежат в небольших полостях, называемых лакунами Ховшипа, которые образуются в результате переваривания подлежащей кости. Зона уплотнения - это место прикрепления остеокласта. плазматическая мембрана к подлежащей кости. Зоны уплотнения ограничены поясами из специализированных адгезионных структур, называемых подосомы. Прикреплению к костному матриксу способствуют рецепторы интегрина, такие как αvβ3, через специфические аминокислотный мотив Arg-Gly-Asp в белках костного матрикса, таких как остеопонтин. Остеокласт высвобождает ионы водорода под действием карбоангидраза (ЧАС2О + CO2 → HCO3− + ЧАС+) сквозь взъерошенная граница в резорбтивную полость, подкисляя и способствуя растворению минерализованной кости матрица в Ca2+, H3PO4, H2CO3, вода и другие вещества. Доказано, что дисфункция карбоангидразы вызывает некоторые формы остеопетроза. Ионы водорода накачиваются против высокого градиента концентрации протонные насосы, в частности уникальный вакуоляр-АТФаза. Этот фермент предназначен для предотвращения остеопороз. Кроме того, несколько гидролитические ферменты, например, члены катепсин и группы матричной металлопротеиназы (ММП) высвобождаются для переваривания органических компонентов матрицы. Эти ферменты попадают в отсек лизосомы. Из этих гидролитических ферментов наибольшее значение имеет катепсин К.

Катепсин К и другие катепсины

Катепсин К коллагенолитик, папаин -подобно, цистеиновая протеаза который в основном экспрессируется в остеокластах и ​​секретируется в резорбтивную ямку. Катепсин К является основным протеаза участвует в деградации коллагена I типа и других неколлагеновых белков. Мутации в гене катепсина К связаны с пикнодизостоз, потомственный остеопетротический заболевание, характеризующееся отсутствием функциональной экспрессии катепсина К. Нокаут-исследования катепсина К на мышах приводят к остеопетротическому фенотипу, который частично компенсируется повышенной экспрессией протеаз, отличных от катепсина К, и усилением остеокластогенеза.

Катепсин К обладает оптимальной ферментативной активностью в кислых условиях. Он синтезируется в виде профермента с молекулярной массой 37 кДа и после активации автокаталитическим расщеплением превращается в зрелую активную форму с молекулярной массой ~ 27 кДа.

После поляризации остеокласта над местом резорбции катепсин К секретируется из взъерошенной границы в резорбтивную ямку. Катепсин К пересекает взъерошенную границу межклеточными пузырьками и затем высвобождается функциональными секреторный домен. Внутри этих межклеточных пузырьков катепсин К вместе с активные формы кислорода создано ЛОВУШКА, дополнительно разрушает внеклеточный матрикс кости.

Некоторые другие катепсины экспрессируются в остеокластах, включая катепсины B, C, D, E, G и L. Функция этих цистеин и аспарагиновые протеазы обычно неизвестны в костях, и они экспрессируются на гораздо более низких уровнях, чем катепсин К.

Исследования катепсина L нокаутные мыши были смешанными, с отчетом о сокращении губчатая кость в гомозиготный и гетерозиготный по сравнению с мышами с нокаутом катепсина L и мышами дикого типа, и в другом отчете не обнаружено аномалий скелета.

Матричные металлопротеиназы

В матричные металлопротеиназы (ММП) составляют семейство из более чем 20 цинк-зависимых эндопептидаз. Роль матриксных металлопротеиназ (ММП) в биологии остеокластов не определена, но в других тканях они были связаны с активностью, способствующей развитию опухоли, такой как активация факторы роста и необходимы для метастазирования опухоли и ангиогенеза.

MMP9 связан с микросредой кости. Он экспрессируется остеокластами и, как известно, необходим для остеокластов. миграция и представляет собой мощную желатиназу. У трансгенных мышей, лишенных MMP-9, развиваются дефекты развития костей, внутрикостные. ангиогенез, и ремонт трещин.

ММП-13 считается, что он участвует в резорбции костей и дифференцировке остеокластов, поскольку у мышей с нокаутом выявлено снижение количества остеокластов, остеопетроз и снижение резорбции костей.

ММП, экспрессируемые остеокластом, включают ММР-9, -10, -12 и -14. Помимо MMP-9, мало что известно об их значении для остеокластов, однако высокие уровни MMP-14 обнаруживаются в зоне уплотнения.

Физиология остеокластов

В 80-е и 90-е годы детально изучалась физиология типичных остеокластов. После изоляции взъерошенной границы перенос ионов через нее был изучен непосредственно в биохимических деталях. Энергозависимый перенос кислоты был подтвержден, и постулируемый протонный насос был очищен.[14][15] После успешного культивирования остеокластов стало очевидно, что они организованы для поддержки массового транспорта протонов для подкисления резорбционного компартмента и солюбилизации костного минерала. Сюда входит оборка Cl− проницаемость для контроля мембранного потенциала и базолатерального Cl−/ HCO3− обмен для поддержания цитозольного pH в физиологически приемлемых диапазонах.[16][17]>[18]

Эффективность секреции его ионов зависит от остеокласта, образующего эффективное уплотнение вокруг отсека резорбции. Расположение этой «зоны уплотнения», по-видимому, опосредуется интегринами, экспрессируемыми на поверхности остеокластов.[19] Когда зона герметизации находится на месте, многоядерный остеокласт реорганизуется. Развитие сильно инвагинированной взъерошенной мембраны, прилегающей к отсеку резорбции, обеспечивает массивную секреторную активность. Кроме того, он позволяет везикулярной трансцитоз минерала и деградированного коллагена от взъерошенной границы до свободной мембраны клетки, и его высвобождение во внеклеточный отсек.[20][21] Эта активность завершает резорбцию кости, и как минеральные компоненты, так и фрагменты коллагена высвобождаются в общий кровоток.

Регулирование

Остеокласты регулируются несколькими гормоны, включая паратироидный гормон (ПТГ) из паращитовидной железы, кальцитонин от щитовидной железы, и фактор роста интерлейкин 6 (Ил-6). Этот последний гормон, Ил-6, является одним из факторов заболевания остеопороз, что представляет собой дисбаланс между резорбцией кости и формированием кости. Активность остеокластов также опосредуется взаимодействием двух молекул, продуцируемых остеобластами, а именно: остеопротегерин и RANK лиганд. Обратите внимание, что эти молекулы также регулируют дифференцировку остеокластов.[22]

Одонтокласт

Одонтокласт (/ odon · to · clast /; o-don´to-klast) - это остеокласт, связанный с абсорбцией корней молочные зубы.[2][3][4]

Альтернативное использование термина

Остеокласт также может быть инструментом, используемым для перелома и восстановления костей (греческое происхождение. остеон: кость и кластос: сломанный). Чтобы избежать путаницы, клетка первоначально была названа осотокластом. Когда хирургический инструмент вышел из употребления, ячейка стала известна под своим нынешним названием.

Клиническое значение

Гигантские остеокласты могут возникать при некоторых заболеваниях, в том числе: Костная болезнь Педжета и бисфосфонат токсичность.

У кошек аномальная активность одонтокластов может вызывать одонтокластические резорбтивные поражения у кошек, что потребует удаления пораженных зубов.

История

Остеокласты были открыты Колликером в 1873 году.[11]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Медицинская гистология Лайка Хуссейна Сиддики (6-е издание)
  2. ^ а б «Одонтокласт». Фарлекс, Бесплатный словарь. 2007 г.. Получено 2013-11-06.
  3. ^ а б Ван З., Макколи Л.К. (март 2011 г.). «Остеокласты и одонтокласты: сигнальные пути к развитию и болезни». Оральные заболевания. 17 (2): 129–42. Дои:10.1111 / j.1601-0825.2010.01718.x. PMID  20659257.
  4. ^ а б Чаттерджи К. (1 декабря 2006 г.). Основы оральной гистологии. Издательство Jaypee Brothers. п. 155. ISBN  978-81-8061-865-9.
  5. ^ Basle MF, Mazaud P, Malkani K, Chretien MF, Moreau MF, Rebel A (1988). «Выделение остеокластов из костной ткани Pagetic: морфометрия и цитохимия на изолированных клетках». Кость. 9 (1): 1–6. Дои:10.1016/8756-3282(88)90020-8. PMID  2837260.
  6. ^ Джейн Н., Вайнштейн RS (2009). «Гигантские остеокласты после длительной терапии бисфосфонатами: диагностические проблемы». Нат Ревматол. 5 (6): 341–6. Дои:10.1038 / nrrheum.2009.87. ЧВК  2860596. PMID  19491914.
  7. ^ Standring S, ed. (2005). Анатомия Грея (39-е изд.). Эльзевир.
  8. ^ Холтроп МЭ, Кинг Дж. Дж. (1977). «Ультраструктура остеокласта и ее функциональное значение». Клиническая ортопедия и смежные исследования. 123 (123): 177–96. Дои:10.1097/00003086-197703000-00062. PMID  856515. S2CID  30010574.
  9. ^ Вяэнянен Х. К., Чжао Х., Мулари М., Халлин Дж. М. (февраль 2000 г.). «Клеточная биология функции остеокластов». Журнал клеточной науки. 113 (3): 377–81. PMID  10639325.
  10. ^ С. Л. Тейтельбаум (2000), «Резорбция кости остеокластами», Наука, 289 (5484): 1504–1508, Bibcode:2000Sci ... 289.1504T, Дои:10.1126 / science.289.5484.1504, PMID  10968780
  11. ^ а б Nijweide PJ, Burger EH, Feyen JH (октябрь 1986 г.). «Клетки кости: пролиферация, дифференциация и гормональная регуляция». Физиологические обзоры. 66 (4): 855–86. Дои:10.1152 / Physrev.1986.66.4.855. PMID  3532144.
  12. ^ Мишу, Летиция; Нуман, Мохамед; Любезная, Натали; Браун, Жак П. (2015). "Костная болезнь Педжета: остеоиммунологическое заболевание?". Дизайн, разработка и терапия лекарств. 9: 4695–707. Дои:10.2147 / DDDT.S88845. ЧВК  4544727. PMID  26316708.
  13. ^ Нуман, Мохамед; Браун, Жак; Мишу, Летиция (2015). «Влияние загрязнителей воздуха на окислительный стресс при распространенных заболеваниях старения, опосредованных аутофагией». Международный журнал экологических исследований и общественного здравоохранения. 12 (2): 2289–2305. Дои:10.3390 / ijerph120202289. ЧВК  4344726. PMID  25690002.
  14. ^ Блэр Х.С., Тейтельбаум С.Л., Гизелли Р., Глюк С. (август 1989 г.). «Остеокластическая резорбция кости с помощью поляризованного вакуолярного протонного насоса». Наука. 245 (4920): 855–7. Bibcode:1989Sci ... 245..855B. Дои:10.1126 / science.2528207. PMID  2528207.
  15. ^ Mattsson JP, Schlesinger PH, Keeling DJ, Teitelbaum SL, Stone DK, Xie XS (октябрь 1994 г.). «Выделение и воссоздание протонного насоса вакуолярного типа мембран остеокластов». Журнал биологической химии. 269 (40): 24979–82. PMID  7929181.
  16. ^ Тети А., Блэр Х.С., Тейтельбаум С.Л., Кан А.Дж., Козиол С., Консек Дж., Замбонин-Заллоне А., Шлезингер PH (январь 1989 г.). «Регулирование pH цитоплазмы и хлорид / бикарбонатный обмен в остеокластах птиц». Журнал клинических исследований. 83 (1): 227–33. Дои:10.1172 / jci113863. ЧВК  303666. PMID  2910910.
  17. ^ Блэр Х.С., Тейтельбаум С.Л., Тан Х.Л., Козиол С.М., Шлезингер PH (июнь 1991 г.). «Пассивный заряд проницаемости хлоридов, связанный с Н (+) - АТФазой взъерошенной мембраны птичьего остеокласта». Американский журнал физиологии. 260 (6, п. 1): C1315-24. Дои:10.1152 / ajpcell.1991.260.6.C1315. PMID  1829326.
  18. ^ Schlesinger PH, Blair HC, Teitelbaum SL, Edwards JC (июль 1997 г.). «Характеристика хлорного канала с взъерошенной границей остеокласта и его роль в резорбции кости». Журнал биологической химии. 272 (30): 18636–43. Дои:10.1074 / jbc.272.30.18636. PMID  9228032.
  19. ^ Вяэнянен Х. К., Чжао Х., Мулари М., Халлин Дж. М. (февраль 2000 г.). «Клеточная биология функции остеокластов». Журнал клеточной науки. 113 (Pt 3): 377–81. PMID  10639325.
  20. ^ Сало Дж., Лехенкари П., Мулари М., Мецикко К., Вяэнянен Х. К. (апрель 1997 г.). «Удаление продуктов резорбции костной ткани остеокластов путем трансцитоза». Наука. 276 (5310): 270–3. Дои:10.1126 / science.276.5310.270. PMID  9092479.
  21. ^ Несбитт С.А., Хортон М.А. (апрель 1997 г.). «Транспортировка матричных коллагенов через косторезорбирующие остеокласты». Наука. 276 (5310): 266–9. Дои:10.1126 / science.276.5310.266. PMID  9092478.
  22. ^ Schoppet M, Preissner KT, Hofbauer LC (апрель 2002 г.). «Лиганд RANK и остеопротегерин: паракринные регуляторы метаболизма костей и функции сосудов». Артериосклероз, тромбоз и биология сосудов. 22 (4): 549–53. Дои:10.1161 / 01.ATV.0000012303.37971.DA. PMID  11950689.

внешняя ссылка