OSTEOKLASTY: POWSTAWANIE, CHARAKTERYSTYKA, FUNKCJE, CHOROBY - BIOLOGIA - 2026

W osteoklasty są jednym z trzech rodzajów komórek w tkance kostnej i są odpowiedzialne za zjawisko znane jako resorpcji kości, niezbędne do utrzymania struktury tego.

W przeciwieństwie do osteoblastów i osteocytów, pozostałe dwie grupy komórek obecne w tkance kostnej, osteoklasty, po spełnieniu funkcji resorpcji, przechodzą przez złożone procesy programowanej śmierci komórki (apoptozy).

Mikroskopia aktywnego osteoklastu (źródło: Robert M. Hunt z angielskiej Wikipedii za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Jego aktywność jest regulowana głównie przez szlak endokrynologiczny, szczególnie kontrolowany przez dwa hormony: parathormon i kalcytoninę, wytwarzane w szczególności przez przytarczycę i tarczycę.

Nazwę tych komórek wymyślił Kölliker w 1873 roku, a rolę resorpcji kości początkowo przypisywano osteocytom i makrofagom, jednak dziś wiadomo, że komórki te są raczej „dodatkowymi” w tym proces.

Są to komórki elementarne w fizjologii szkieletu, a wady ich funkcji lub nieprawidłowości w procesach, za które odpowiadają, pociągają za sobą rozwój poważnych patologii u ludzi.

Trening

Osteoblasty pochodzą z komórek jednojądrzastych pochodzących z rdzenia kręgowego i innych narządów krwiotwórczych, które są zdolne do migracji do tkanek kostnych drogami naczyniowymi.

Powstają z komórki progenitorowej zwanej granulocytami-makrofagami, z której powstają osteoklasty i monocyty, których proliferacja i różnicowanie zależy od różnych cząsteczek regulatorowych, wśród których można wymienić wiele cytokin.

Po rozsianiu się komórek progenitorowych przez układ naczyniowy, tworzą się one w różnych obszarach tkanki kostnej (okostnej, śródokostnej i okostnej).

Fagocyty jednojądrzaste są bardzo podobne do komórek sprzed osteoklastów, ale to mikrośrodowisko kości decyduje o ich różnicowaniu poprzez różne bodźce.

Różnicowanie komórek progenitorowych

Pluripotencjalne komórki hematopoetyczne szpiku kostnego odbierają sygnały kierujące ich rozwój w kierunku linii mieloidalnej, co wymaga ekspresji pewnych cząsteczek, które pozwalają tym komórkom reagować na czynniki osteoklastogenne.

W miarę różnicowania się „kolonii” komórek szpikowych, można zidentyfikować liczne markery linii makrofagów, charakteryzujące się zwłaszcza obecnością czynnika znanego jako „czynnik stymulujący tworzenie kolonii makrofagów”.

Znaczenie tego czynnika w różnicowaniu komórek progenitorowych osteoklastów zostało wykazane poprzez różne obserwacje eksperymentalne na zwierzętach z mutacjami w genach pokrewnych, u których występują poważne nieprawidłowości w rozwoju kości.

Progresja „makrofagów” ​​w kierunku osteoklastów

Makrofagi, które mają różnicować się w linii osteoklastów, postępują w kierunku rozwoju cech fenotypowych właściwych dla tych komórek kostnych, takich jak ekspresja receptora kalcytoniny i zdolność do ponownego wchłaniania kości.

Obecnie wiele grup badawczych ustaliło, że głównym czynnikiem osteoklastogennym jest czynnik znany jako aktywujący receptor liganda NFκB (RANKL, z angielskiego „ R eceptor A ctivator of N F k B L igand”), białko błonowe wyrażane po stymulacja hormonów lub cytokin wchłaniających kości.

Czynnik ten działa przez wiele różnych pośrednich szlaków w dół, modulując ekspresję genów niezbędnych do różnicowania osteoklastów, a jego ekspresja zależy również od kontroli innych cząsteczek.

Następnie następuje stopniowe różnicowanie, a kolejnym kluczowym etapem tego procesu jest fuzja wielu komórek zaangażowanych w linię osteoklastów w celu utworzenia „polikarionu” lub wielojądrowej komórki progenitorowej.

cechy

Osteoklasty to wielojądrzaste „olbrzymie” komórki (z wieloma jądrami) o średnicy od 10 do 100 µm, posiadające kwasochłonną cytoplazmę, które mają złożony i wyspecjalizowany wewnętrzny system błonowy, który działa w procesie resorpcji.

Są to komórki ruchome, które poruszają się po powierzchni kości między miejscami resorpcji. Oglądane w stanie aktywnym mają w sobie wiele wakuoli i mitochondriów, które odpowiadają za wysoki przepływ metaboliczny.

Komórki te zajmują określone miejsca znane jako „Howship Lagoons”, czyli puste wgłębienia charakterystyczne dla regionów, w których zachodzi resorpcja kości.

Przekrój poprzeczny aktywnego osteoklastu (źródło: Cellpath via Wikimedia Commons)

Są to komórki spolaryzowane, tak że znajdujące się wewnątrz organelle znajdują się w pewnych obszarach: obszarze podstawnym, obszarze „krawędzi kręconej” lub „krawędzi pędzla”, obszarze jasnym i obszarze pęcherzykowym.

Przejrzyste obszary i krawędzie szczoteczki posiadają wyspecjalizowane struktury resorpcyjne, które je charakteryzują, które są obserwowane jako sieć błoniastych fałdów, pod którymi zachodzą procesy resorpcji, ponieważ są one w bezpośrednim kontakcie z kością.

Strefa podstawna (najdalej od lagun) to ta, która zawiera największą ilość organelli: jądra i wszystkie powiązane układy, podczas gdy strefa pęcherzykowa składa się z wielu pęcherzyków transporterowych, które współpracują z resorpcją i znajdują się między strefą podstawną. i krawędź pędzla.

cechy

W połączeniu z innymi komórkami tkanki kostnej, a także w połączeniu z niektórymi lokalnymi czynnikami regulacyjnymi i niektórymi hormonami, osteoklasty odgrywają ważną rolę w utrzymaniu strukturalnym i przebudowie kości podczas osteogenezy i po jej zakończeniu.

W tym sensie osteoklasty uczestniczą w sprzężonym procesie resorpcji i tworzenia, na który składa się resorpcja za pośrednictwem osteoklastów i formacja kierowana przez osteoblasty.

Mówiąc najogólniej, mechanizmy resorpcji kości za pośrednictwem osteoklastów obejmują wydzielanie hydrolaz z ich lizosomów i jonów, które powodują rozpad kości.

Podobnie jak inne komórki tkanki łącznej, osteoklasty uczestniczą w utrzymaniu homeostazy wapnia w surowicy.

Choroby

Z funkcją osteoklastów związane są różne choroby, między innymi:

- Osteoporoza : jest to stan charakteryzujący się zachwianiem równowagi między resorpcją a tworzeniem się kości, w którym występuje zaostrzona resorpcja, która powoduje kruchość i ciągłe złamania szkieletu. Występuje powszechnie u osób starszych i starszych.

- Osteopetroza : jest to stan genetyczny charakteryzujący się wzrostem masy kostnej na skutek defektów w rozwoju kręconych krawędzi osteoklastów spowodowanych określonymi mutacjami, co skutkuje obniżeniem ich zdolności resorpcyjnych.

- Choroba Pageta: jest wykrywana u pacjentów w podeszłym wieku jako niekontrolowana resorpcja i tworzenie kości, które najwyraźniej mają pochodzenie wirusowe.

Bibliografia

1. Bronner, F., Farach-Carson, M., Rubin, J. i Greenfield, EM (2005). Osteoklast: pochodzenie i zróżnicowanie. W resorpcji kości (s.23). Londyn: Springer.
2. Chen, X., Wang, Z., Duan, N., Zhu, G., Schwarz, EM, & Xie, C. (2018). Osteoblast - interakcje osteoklastów. Connective Tissue Research, 59 (2), 99–107.
3. Frame, B., & Marel, M. (1981). Choroba Pageta: przegląd aktualnej wiedzy. Diagnostic Radiology, 141, 21–24.
4. Gartner, L. i Hiatt, J. (2002). Text Atlas of Histology (wyd. 2). Meksyk DF: McGraw-Hill Interamericana Editores.
5. Johnson, K. (1991). Histology and Cell Biology (2nd ed.). Baltimore, Maryland: Krajowa seria medyczna do niezależnych badań.
6. Kuehnel, W. (2003). Color Atlas of Cytology, Histology, and Microscopic Anatomy (wyd. 4). Nowy Jork: Thieme.
7. Pierce, A., Lindskog, S. i Hammarstrom, L. (1991). Osteoklasty: struktura i funkcja. Electron Micros. Rev., 4, 1–45.
8. Sobacchi, C., Schulz, A., Fraser, P., Villa, A., & Helfrich, MH (2013). Osteopetroza: genetyka, leczenie i nowe spojrzenie na tworzenie osteoklastów. Nature Reviews Endocrinology, 1–15.
9. Vaes, G. (1987). Biologia komórkowa i biochemiczny mechanizm resorpcji kości. Clinical Orthopaedics and Related Research, 231, 239–271.