Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
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
ФункцияРазрушение костной ткани
Идентификаторы
латинскийостеокласт
MeSHD010010
THH2.00.03.7.00005
FMA66781
Анатомические термины микроанатомии

Остеокластов (от Древнегреческий ὀστέον (Остеон)  «кости», и κλαστός (clastos)  «ломаные») является одним из видов костных клеток , что разрушает костную ткань . Эта функция имеет решающее значение в обслуживании, ремонте и реконструкции из костей в позвоночном скелете . Остеокласт разбирает и переваривает смесь гидратированного белка и минерала на молекулярном уровне, выделяя кислоту и коллагеназу , процесс, известный как резорбция кости . Этот процесс также помогает регулировать уровень кальция в крови..

Остеокласты находятся на тех поверхностях кости, которые подвергаются резорбции. На таких поверхностях остеокласты расположены в неглубоких углублениях, называемых резорбционными бухтами (лакуны Ховшипа) . Заливки резорбции создаются за счет эрозионного воздействия остеокластов на подлежащую кость. На границе нижней части остеокласта наблюдаются пальцевидные отростки из-за наличия глубоких складок клеточной мембраны ; эта граница называется волнистой . Рифленая граница находится в контакте с поверхностью кости в зоне резорбции. Периферия взъерошенной границы окружена кольцеобразной зоной цитоплазмы, лишенной клеточных органелл, но богатой актиновыми филаментами.. Эта зона называется чистой зоной или зоной запечатывания . 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 секретируют в этот отсек ионы водорода , коллагеназу , катепсин К и гидролитические ферменты. 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 проникновению 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). Тем не мение,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 временных зубов . [2] [3] [4]

Структура [ править ]

Тартрат-резистентный остеокласт, положительный по кислой фосфатазе, в культуре клеток
Иллюстрированный поперечный разрез активированного остеокласта

Остеокласт - это большая многоядерная клетка, а остеокласты человека на кости обычно имеют пять ядер и имеют диаметр 150–200 мкм. Когда индуцирующие остеокласты цитокины используются для преобразования макрофагов в остеокласты, возникают очень большие клетки, которые могут достигать 100 мкм в диаметре. Они могут иметь десятки ядер и обычно экспрессируют основные белки остеокластов, но имеют существенные отличия 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.

Местоположение [ править ]

В кости остеокласты находятся в ямках на поверхности кости, которые называются резорбционными бухтами или лакунами Ховшипа . Остеокласты характеризуются цитоплазмой с однородным «пенистым» видом. Такой вид обусловлен высокой концентрацией пузырьков и вакуолей . Эти вакуоли включают лизосомы, заполненные кислой фосфатазой . Это позволяет характеристика остеокластов путем их окрашивания для высокой экспрессии в тартратрезистентной кислой фосфатазы (TRAP) и катепсина K . Шероховатая эндоплазматическая сеть остеокластов разрежена, а комплекс Гольджи обширен. [7] [8] [9]

В месте активной резорбции кости остеокласт образует специализированную клеточную мембрану , «взъерошенную границу», которая расположена напротив поверхности костной ткани. Эта сильно складчатая или взъерошенная граница облегчает удаление кости за счет резкого увеличения клеточной поверхности для секреции и поглощения содержимого отсека резорбции и является морфологической характеристикой остеокласта, который активно резорбирует кость.

Развитие [ править ]

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 котором говорилось, что остеокласты и остеобласты принадлежат к одной и той же линии, а остеобласты сливаются вместе, образуя остеокласты. После многих лет споров теперь ясно, что эти клетки развиваются в результате самослияния макрофагов. [10] Это было в начале 1980 года, когда фагоцитарная система моноцитов была признана предшественником остеокластов. [11] Для образования остеокластов необходимо присутствие RANKL (активатор рецептора лиганда ядерного фактора κβ) и M-CSF (фактор, стимулирующий колонию макрофагов).. Эти связанные с мембраной белки продуцируются соседними стромальными клетками и остеобластами , что требует прямого контакта между этими клетками и предшественниками остеокластов .

M-CSF действует через свой рецептор на остеокласт, c-fms (рецептор колониестимулирующего фактора 1), трансмембранный рецептор тирозинкиназы , что приводит к активации вторичного мессенджера тирозинкиназы Src. Обе эти молекулы необходимы для остеокластогенеза и широко участвуют в дифференцировке клеток, происходящих из моноцитов / макрофагов.

RANKL является членом семейства некроза опухолей ( TNF ) и играет важную роль в остеокластогенезе. Мыши с нокаутом RANKL демонстрируют фенотип остеопетроза и дефекты прорезывания зубов, а также отсутствие или дефицит остеокластов. RANKL активирует NF-κβ (ядерный фактор-κβ) и NFATc1 (ядерный фактор активированных Т-клеток, цитоплазматический, кальциневрин-зависимый 1) через RANK . 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 ингибируется остеопротегерином (OPG), который продуцируется остеобластами и связывается с RANKL, тем самым предотвращая взаимодействие с RANK. Важно отметить, что, хотя остеокласты происходят из гемопоэтического клона, остеобласты происходят из мезенхимальных стволовых клеток. [12] [13]

Функция [ править ]

После активации остеокласты перемещаются в области микротрещин в кости за счет хемотаксиса . Остеокласты лежат в небольших полостях, называемых лакунами Ховшипа, которые образуются в результате переваривания подлежащей кости. Зона уплотнения - это прикрепление плазматической мембраны остеокласта к подлежащей кости. Зоны уплотнения ограничены поясами специализированных адгезионных структур, называемых подосомами . Прикреплению к костному матриксу способствуют рецепторы интегрина, такие как αvβ3, через специфический аминокислотный мотив Arg-Gly-Asp в белках костного матрикса, таких как остеопонтин . Остеокласт высвобождает ионы водорода под действием карбоангидразы ( H 2 O +CO 2 → HCO 3 - + H + ) через волнистую границу в резорбтивную полость, подкисляя и способствуя растворению минерализованного костного матрикса на Ca 2+ , H 3 PO 4 , H 2 CO 3 , воду и другие вещества. Было документально подтверждено, что дисфункция карбоангидразы вызывает некоторые формы остеопетроза. Ионы водорода накачиваются против высокого градиента концентрации протонными насосами , в частности уникальной вакуолярной АТФазой . Этот фермент был нацелен на профилактику остеопороза.. Кроме того, несколько гидролитических ферментов , таких как члены групп катепсина и матриксных металлопротеаз (ММП), высвобождаются для переваривания органических компонентов матрикса. Эти ферменты попадают в компартмент лизосомами . Из этих гидролитических ферментов наибольшее значение имеет катепсин К.

Катепсин К и другие катепсины [ править ]

Катепсин К представляет собой коллагенолитическую, папаин- подобную цистеиновую протеазу, которая в основном экспрессируется в остеокластах и ​​секретируется в резорбтивную ямку. Катепсин К является основной протеазой, участвующей в деградации коллагена I типа и других неколлагеновых белков. Мутации в гене катепсина К связаны с пикнодизостозом , наследственным остеопетротическим заболеванием, характеризующимся 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 путем автокаталитического расщепления превращается в зрелую активную форму с молекулярной массой ~ 27 кДа.

При поляризации остеокласта над местом резорбции катепсин К секретируется из взъерошенной границы в резорбтивную ямку. Катепсин К пересекает взъерошенную границу межклеточными пузырьками и затем высвобождается функциональным секреторным доменом . Внутри этих межклеточных пузырьков катепсин К вместе с активными формами кислорода, генерируемыми TRAP , дополнительно разрушает внеклеточный матрикс кости.

Некоторые другие катепсины экспрессируются в остеокластах, включая катепсины B , C , D, E, G и L. Функция этих цистеиновых и аспарагиновых протеаз в костях обычно неизвестна, и они экспрессируются на гораздо более низких уровнях, чем катепсин K.

Исследования мышей с нокаутом катепсина L были неоднозначными: сообщалось об уменьшении трабекулярной кости у гомозиготных и гетерозиготных мышей с нокаутом катепсина L по сравнению с мышами дикого типа, а в другом сообщении не обнаружено аномалий скелета.

Матричные металлопротеиназы [ править ]

В матричных металлопротеиназ (ММР) включают семейство более чем 20 цинк-зависимой эндопептидаз. Роль матриксных металлопротеиназ (ММП) в биологии остеокластов не определена, но в других тканях они связаны с активностью, способствующей развитию опухоли, такой как активация факторов роста, и необходимы для метастазирования опухоли и ангиогенеза.

MMP9 связан с костным микроокружением. Он экспрессируется остеокластами и, как известно, необходим для миграции остеокластов и является мощной желатиназой. У трансгенных мышей, лишенных ММР-9, развиваются дефекты развития костей, внутрикостного ангиогенеза и заживления переломов.

Считается, что ММР-13 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 герметизации.

Физиология остеокластов [ править ]

В 80-90-е годы детально изучалась физиология типичных остеокластов. После выделения 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] С успешным культивированием остеокластов стало очевидно, что они организованы для поддержки массового транспорта протонов для подкисления резорбционного компартмента и солюбилизации костного минерала. Это включает в себя Cl - проницаемость с волнистой границей для контроля мембранного потенциала и базолатеральный обмен Cl - / HCO 3 - 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, обеспечивается интегринами, экспрессируемыми на поверхности остеокластов. [19] Когда зона герметизации находится на месте, многоядерный остеокласт реорганизуется. Развитие сильно инвагинированной взъерошенной мембраны, соединяющей отсек резорбции, обеспечивает массивную секреторную активность. Кроме того, он обеспечивает везикулярный трансцитоз минерала и деградированного коллагена от взъерошенной границы до свободной мембраны клетки и его высвобождение во внеклеточный компартмент. [20] [21] Эта активность завершает резорбцию кости, и как минеральные компоненты, так и фрагменты коллагена высвобождаются в общий кровоток.

Регламент [ править ]

Остеокласты регулируются несколькими гормонами , включая паратироидный гормон (ПТГ) паращитовидной железы, кальцитонин щитовидной железы и фактор роста интерлейкин 6 (IL-6). Этот последний гормон, ИЛ-6 , является одним из факторов остеопороза , который представляет собой дисбаланс между резорбцией кости и ее образованием. Активность остеокластов также опосредуется взаимодействием двух молекул, продуцируемых остеобластами, а именно остеопротегерина и лиганда RANK . Обратите внимание, что эти молекулы также регулируют дифференцировку остеокластов. [22]

Одонтокласт [ править ]

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

Альтернативное использование термина [ править ]

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

Клиническое значение [ править ]

Гигантские остеокласты могут возникать при некоторых заболеваниях, включая костную болезнь Педжета и токсичность бисфосфонатов .

У кошек аномальная активность одонтокластов может вызывать одонтокластические резорбтивные поражения кошек , требующие удаления пораженных зубов.

История [ править ]

Остеокласты были открыты Колликером в 1873 г. [11]

См. Также [ править ]

  • Список типов клеток человека, полученных из зародышевых листков

Ссылки [ править ]

  1. ^ Медицинская гистология Laiq Hussain Siddiqui (6-е издание)
  2. ^ а б «Одонтокласт» . Фарлекс, Бесплатный словарь. 2007 . Проверено 6 ноября 2013 .
  3. ↑ a b Wang Z, McCauley LK (март 2011 г.). «Остеокласты и одонтокласты: сигнальные пути к развитию и болезни» . Заболевания полости рта . 17 (2): 129–42. DOI : 10.1111 / j.1601-0825.2010.01718.x . PMID 20659257 . 
  4. ^ a b Чаттерджи К. (1 декабря 2006 г.). Основы оральной гистологии . Издательство Jaypee Brothers. п. 155. ISBN 978-81-8061-865-9.
  5. ^ Базельского МФ, Mazaud Р, Малкани К, Кретьен MF, MF Moreau, Мятежник А (1988). «Выделение остеокластов из костной ткани Pagetic: морфометрия и цитохимия на изолированных клетках». Кость . 9 (1): 1–6. DOI : 10.1016 / 8756-3282 (88) 90020-8 . PMID 2837260 . 
  6. Перейти ↑ Jain N, Weinstein RS (2009). «Гигантские остеокласты после длительной терапии бисфосфонатами: диагностические проблемы» . Nat Rev Rheumatol . 5 (6): 341–6. DOI : 10.1038 / nrrheum.2009.87 . PMC 2860596 . PMID 19491914 .  
  7. ^ Standring S, изд. (2005). Анатомия Грея (39-е изд.). Эльзевир.
  8. ^ Холтропа ME, король GJ (1977). «Ультраструктура остеокласта и ее функциональное значение». Клиническая ортопедия и смежные исследования . 123 (123): 177–96. DOI : 10.1097 / 00003086-197703000-00062 . PMID 856515 . S2CID 30010574 .  
  9. ^ Вяянянена HK, Чжао H, M Mulari, Halleen JM (февраль 2000). «Клеточная биология функции остеокластов». Журнал клеточной науки . 113 (3): 377–81. PMID 10639325 . 
  10. ^ SL Тейтельбаума (2000), "резорбции кости остеокластами", Science , 289 (5484): 1504-1508, Bibcode : 2000Sci ... 289.1504T , DOI : 10.1126 / science.289.5484.1504 , PMID 10968780 
  11. ^ a b Nijweide PJ, Burger EH, Feyen JH (октябрь 1986). «Клетки кости: пролиферация, дифференциация и гормональная регуляция». Физиологические обзоры . 66 (4): 855–86. DOI : 10.1152 / Physrev.1986.66.4.855 . PMID 3532144 . 
  12. ^ Michou, Летиция; Нуман, Мохамед; Любезная, Натали; Браун, Жак П. (2015). "Костная болезнь Педжета: остеоиммунологическое заболевание?" . Дизайн, разработка и терапия лекарств . 9 : 4695–707. DOI : 10.2147 / DDDT.S88845 . PMC 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 исследований окружающей среды и общественного здравоохранения . 12 (2): 2289–2305. DOI : 10.3390 / ijerph120202289 . PMC 4344726 . PMID 25690002 .  
  14. Перейти ↑ Blair HC, Teitelbaum SL, Ghiselli R, Gluck S (август 1989 г.). «Остеокластическая резорбция кости с помощью поляризованного вакуолярного протонного насоса». Наука . 245 (4920): 855–7. Bibcode : 1989Sci ... 245..855B . DOI : 10.1126 / science.2528207 . PMID 2528207 . 
  15. ↑ Mattsson JP, Schlesinger PH, Keeling DJ, Teitelbaum SL, Stone DK, Xie XS (октябрь 1994). «Выделение и воссоздание протонного насоса вакуолярного типа мембран остеокластов». Журнал биологической химии . 269 (40): 24979–82. PMID 7929181 . 
  16. ^ Teti A, Blair HC, Тейтельбаума SL, Кан AJ, Koziol C, Konsek J, Zambonin-Zallone A, Шлезингер PH (январь 1989). «Регулирование pH цитоплазмы и хлорид / бикарбонатный обмен в остеокластах птиц» . Журнал клинических исследований . 83 (1): 227–33. DOI : 10,1172 / jci113863 . PMC 303666 . PMID 2910910 .  
  17. ↑ Blair HC, Teitelbaum SL, Tan HL, Koziol CM, Schlesinger PH (июнь 1991 г.). «Пассивный заряд проницаемости хлоридов, связанный с Н (+) - АТФазой взъерошенной мембраны остеокласта птиц». Американский журнал физиологии . 260 (6, часть 1): C1315-24. DOI : 10.1152 / ajpcell.1991.260.6.C1315 . PMID 1829326 . 
  18. ^ Шлезингер PH, Blair HC, Тейтельбаума SL, Edwards JC (июль 1997). «Характеристика остеокласта с взъерошенной границей хлоридного канала и его роль в резорбции кости» . Журнал биологической химии . 272 (30): 18636–43. DOI : 10.1074 / jbc.272.30.18636 . PMID 9228032 . 
  19. ^ Вяянянена HK, Чжао H, M Mulari, Halleen JM (февраль 2000). «Клеточная биология функции остеокластов». Журнал клеточной науки . 113 (Pt 3): 377–81. PMID 10639325 . 
  20. ^ Сало J, Lehenkari Р, Mulari М, Metsikkö К, Вяянян HK (апрель 1997 г.). «Удаление продуктов резорбции костной ткани остеокластов путем трансцитоза». Наука . 276 (5310): 270–3. DOI : 10.1126 / science.276.5310.270 . PMID 9092479 . 
  21. Перейти ↑ Nesbitt SA, Horton MA (апрель 1997 г.). «Транспортировка матричных коллагенов через косторезорбирующие остеокласты». Наука . 276 (5310): 266–9. DOI : 10.1126 / science.276.5310.266 . PMID 9092478 . 
  22. ^ Schoppet M, Preissner KT, Hofbauer LC (апрель 2002). «Лиганд RANK и остеопротегерин: паракринные регуляторы костного метаболизма и функции сосудов» . Артериосклероз, тромбоз и биология сосудов . 22 (4): 549–53. DOI : 10.1161 / 01.ATV.0000012303.37971.DA . PMID 11950689 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • MedicineNet
  • Остеокласты в Национальной медицинской библиотеке США по предметным медицинским рубрикам (MeSH)
  • Жизнь Остеокласта
  • Random42 : Анимация от Random42 Научное сообщение о роли остеокластов в ремоделировании костей