Реконструкция кісткової ткани

Функциональная роль остеопонтина у розвитку та реконструкції кістковій тканині.

Из наведеного у статті («Структура і пояснюються деякі властивості білка остеопонтина ») аналізу літературних даних слід, що остеопонтин (OP) є секреторне фосфорилированным сиалопротеином, які мають широкий спектр тканинної локалізації і біологічну активність. Залежно від характеру сплайсингу і посттрансляционной модифікації, OP здатний розпочинати різні белок-белковые взаємодії і зв’язуватися з різними лигандами лежить на поверхні внеклеточного матриксу, опосредуя адгезію і міграцію клітин. Проте, описані дослідження можливих функцій OP в ізольованих клітинах можуть бути лише як. Доказ біологічного значення белок-белковых взаємодій, наприклад, через демонстрацію солокализации залучених компонентів, справді тільки коли гадані учасники перебувають у тканини. Для вивчення можливої ролі остеопонтина у процесах реконструкції кістки були готові ультратонкие зрізи, використані під час иммуногистохимических досліджень локалізації OP. Було показано, що OP сильно збагатити поверхню кістки, адресована «світлої «зоні остеокластов. У цій сфері зміст OP більш ніж в десять разів більше, проти іншими ділянками кістковій тканині, за винятком поверхонь, адресованих остеобластам. Останнє спостереження був цілком очікувано, оскільки OP секретируется остеобластами. На відміну від прийняття цього, мало спостерігалося наявності OP у тих ділянках кісткового матриксу, адресованих гофрованої поверхні остеокластов, тобто. там, що й має місце резорбція (Рис. 1).

Рис. 1. Схема резорбції кости..

Самый низький рівень присутності OP відзначалося центральній частині кістки. Отже, оскільки OP селективно лежить у зоні прикріплення, він скоріш всього втягнутий у зв’язування остеокластов (Cheng P. S. et. al 2001). Цікаво зазначити, що інші білки, наявні у кістковій тканині та найздібніші пов’язувати клітини (фибронектин і BSP), не зберігають у організмі описаних вище ділянках локалізації OP. На підтвердження ролі OP як якоря для початкового прикріплення остеокластов до кістки, з допомогою иммунохимического фарбування був локалізований avb3-рецептор, що міститься на плазматичної мембрані із боку «світлої «області остеокластов, тобто. навпаки місця розташування OP. Це служить серйозним доказом зв’язування OP з цей тип рецепторів. У той самий час, під час проведення цих досліджень виявлено добре диференційовані, охарактеризовані остеокласты, що потенційно можуть представляти пізнішу стадію диференціювання, ніж які пристали спочатку нерезорбирующие остеокласты. Отже, отримані результати перешкоджали однозначної відповіді питання, чи є OP первинним лигандом для зв’язування остеокластов (Denhardt, D.T. and Noda M., 1998). Подальші дослідження, у які мають обмеженою активністю остеокластов хворих остеопетрозом пацюків є лише невеличке розвиток гофрованої поверхні. Проте, у своїй ступінь адгезії остеокластов зберігається. Також у цьому випадку показали нормальну міру присутності avb3-рецептора переважно у районі «світлої «області остеокластов. На наступних стадіях досліджень, з допомогою приготовлених криомикротомных зрізів, засвідчили відсутність якихось інших типів интегриновых рецепторів з їхньої плазматичної мембрані. І так було виявлено ні b1, ні b5 видів ланцюгів интегринов. Це підтверджує особливу роль OP і avb3-интегрина у розвитку й приєднання такого типу клітин. Цікаво, що avb3-интегрин швидше за все специфічний для остеокластов, т.к. дослідження виявили украй низький рівень накопичення цього интегрина в остеобластах. Отже, великі цифри показують, що остеокласты, по крайнього заходу, добре диференційовані, приєднуються до кістки «світлої «зоною — та зв’язуються через avb3-интегрин з локалізованим на минерализованном кістковому матриксе OP. Додатковим доказом ролі OP в приєднання остеокластов через RGD-зависимое зв’язування з avb3-интегрином є і встановлений факт ингибирования резорбції кістки RGD-пептидом, і навіть що містить у первинної структурі сайт RGD полипептидом эхистатин (Denhardt D.T. and Noda M., 1998). Подальші дослідження вже з допомогою in situ гібридизації і електронної мікроскопії. На підтримку ролі OP в резорбції кістки говорив високий рівень накопичення мРНК OP в остеобластах у сфері метафиза, де активність остеокластов найяскравіше виражена у разі зростання кістки. Понад те, присутність мРНК OP часто зокрема у остеобластах, локалізованих поруч із остеокластами. Причому у самих остеокластах присутності OP мРНК не зазначалося. Цікаво, що иммуномеченный OP не детектировался в секреторных везикулах, розташованих зі боку світлої зони мають секреторні дисфункції остеокластов з хворих остеопетрозом пацюків. Ці спостереження доводять, що остеокласты, по крайньої мері, на стадії диференціації, є істотним джерелом OP, локалізованого лежить на поверхні кістки. Було також цікаво розглянути вплив зв’язування OP з avb3-интегрином на процес диференціації остеокластов на ранніх стадіях (Denhardt D.T. and Noda M., 1998). Звісно ж дуже ймовірним, що з зв’язуванні через avb3-интегрин з минерализованной поверхнею кістки, мононуклеарный попередник остеокласта отримує регуляторний сигнал, що призводить для її поляризації і диференціювання. Найімовірніше, остеокласт приєднується у вигляді «світлої «зони до області взаємодії. При наступному розвитку поляризації з’являється регіон рифления і зони резорбції (див. Рис. 1). На підтримку цієї версії свідчить і сильне розвиток «світлої «області остеокластов з рівнем avb3-интегрина і OP у пацюків, хворих остеопетрозом. У той самий час, гофрована поверхню не розвивається задовільно, як і очікується з обмеженою здатність до резорбції остеокластов у своїй захворюванні. Нормально локалізовані і диференційовані остеокласты секретують тартрат-устойчивую кислу фосфатазу (TRAP), присутність якого було встановлено з допомогою імунного фарбування золотом (Ihara H. et. al, 2001). TRAP найбільш збагатити гофрована поверхню, але він мало проявляється в світлої зоні (див. Рис. 1). Це цілком узгоджується з ранніми даними про секреції цього ферменту остеокластами. У цьому виникло питання про можливої ролі цієї фосфатазы поза клітини. Згодом, було проведено пошуки можливих субстратів цього ферменту серед доступних фосфопротеинов клітинного матриксу. Було показано, що TRAP може дефосфорилировать in vitro три кісткових білка: OP, BSP і остеонектин. Під час вивчення наслідків дефосфорилирования OP було знайдено, що дефосфорилированный OP неспроможний підтримувати зв’язування остеокластов. Це спостереження може можуть свідчити про потенційному механізмі від'єднання клітин за переходу до наступній стадії резорбції. І на цій стадії число вже дефосфорилированных і, отже, нездатних підтримувати зв’язування молекул OP становить більшу частину загальної кількості цього білка. Отже, сумарне взаємодія остеокластов і OP виявляється занадто слабким, що вони залишалися в пов’язаному стані. Отже, отримані протягом останніх час факти переконливо доводять, що OP одна із важливих білків, втягнутих у резорбцию кістки (Ishijima M. et al., 2001). Звісно ж можливим, що OP, як та інші білки, може мати більш як одну функцію в кістковій тканині (Boskey A. et al., 2000). Так, раніше з допомогою иммуногистохимического фарбування тканин засвідчили, що OP нагромаджується в минерализованного фронту кістки. Цікаво зазначити, хоча OP і BSP і мають схожі загальні властивості, під час проведення аналогічного дослідження зразок зрізу з окрашиванием BSP істотно вирізнявся: цього білка не показав подібного розподілу. Можливо, що локалізований цьому ділянці OP служить для регуляції процесу мінералізації. Отримані раніше групою Goldberg з сотр. (Hunter G., Kyle З., Goldberg H., 1994) результати показали, що OP може ингибировать зростання кристалів гидроксиапатита в модельних системах. Цікаво, що дефосфорилированный лужної фосфатазой OP не ингибирует формування гидроксиапатита у тих системах in vitro. Дане спостереження дозволяє зробити висновок про потенційно різних ролях дефосфорилированного OP з интактным у процесі перетворення кістки. Можливо, що OP справді має низку функцій: як і регуляції мінералізації скелета, і у резорбції вже сформованого кісткового матриксу. Цікаво, що дослідження ролі OP в реконструкци кістки, проведені на модельних тварин (миші OP-), показали принципову зокрема можливість використання рекомбинантного OP для активізації процесів резорбції і відновлення кістковій тканині (Ishijima M. et al., 2001), що дуже важливо під час лікування травм чи спадково обумовлених порушень розвитку кістки. До жалю, цілу низку запитань, пов’язаних із структурно-функциональными аспектами дослідження OP, залишаються неизученными. Це насамперед, стосується механізмів внутрішньоклітинної регуляції біосинтезу різних изоформ даного білка і молекулярних основ функціонування. Слід особливо наголосити, що вивчення структури та функцій OP, його локалізації представляє важливий етап у дослідженні процесів остеогенеза. Отримана при цьому інформація може реально допомогти під час лікування захворювань, що супроводжуються такими явищами як остеопенія і остеомаляція (остеосаркомы, остеопороз, остеопетроз) через використання спеціальних конкурентних аналогів OP чи, навпаки, модуляторів експресії гена OP.

Cheng P. S., Lai З., Blystone P. S., Avioli L. Bone mineralization and osteoblast differentiation are negatively modulated by integrin avb3.// J. Bone Miner Res., 2001., V. 16., P. 277−288. Denhardt, D.T., and Noda, M. Osteopontin expression and function: role in bone remodeling.// J. Cell. Biochem. Suppl., 1998, V.30, V. 92−102. Ihara H, Denhardt DT, Furuya K, Yamashita T, Muguruma Y, Tsuji K, Hruska KA, Higashio K, Enomoto P. S, Nifuji A, Rittling SR, Noda M. Parathyroid hormone-induced bone resorption does not occur in the absence of osteopontin.// J. Biol. Chem., 2001, V. 276, P. 13 065 — 13 071. Ishijima M, Rittling P. S, Yamashita T, Tsuji K, Kurosawa H, Nifuji A, Denhardt D, Noda M. Enhancement of osteoclastic bone resorption and suppression of osteoblastic bone formation in response to reduced mechanical stress do not occur in the absence of osteopontin.// J. Exp. Med., 2001, V. 193, P. 399 — 404. Boskey A, Spevak L, Tan M, Doty SB, Butler WT. Dentin sialoprotein (DSP) has limited effects on in vitro apatite formation and growth.// Calcif. Tissue Int., 2000, V. 67., P. 472 — 478. Hunter G., Kyle З., Goldberg H. Modulation of crystal formation by bone phosphoproteins: structural specificity of the osteopontin-mediated inhibition of hydrixyapatite formation// Biochemistry J., 1994., V. 300., P. 723 — 728.