osteoblastos
Maestría en Osteología y Metabolismo Mineral 2015 Dra. Carola Bozal Cátedra de Histología y Embriología, FOUBA Linaje osteoblástico Osteoblastogénesis y sistemas reguladores Vías Wnt Célula madre mesenquimática Precursor no-hemopoyético Precursor hemopoyético X FUSION Linaje osteoblástico (MSC) 5 Osteoblastos Osteoblastos Osteoblastos: diferenciación a osteocito H-E Magnificación original X1000 Diferenciación Osteoblasto Osteocito del osteoide Osteocito maduro Grande, de forma cúbica Disminución del 30% del volumen del cuerpo celular Disminución del 70% del volumen del cuerpo celular Abundante REG Abundante REG << REG Abundante Golgi Golgi definido << Golgi < síntesis de MEC Mantenimiento de la MEC que lo rodea Extiende procesos citoplasmáticos hacia el frente de mineralización Desarrolla largos y delgados procesos citoplasmáticos en todos los sentidos Síntesis de MEC Acumula glucógeno Rodeado de osteoide Rodeado de matriz mineralizada El Osteocito • “La célula ósea”: 90-95% • forma estrellada. Tamaño: 5-20 µm • prolongaciones citoplasmáticas (procesos) (40-60 x célula) • laguna o cavidad osteocítica LCS (sistema lacunocanalicular) • canalículos (diam. 100-300 nm) Klein Nulend J, Bacabac RG, Mullender MG. Pathologie Biologie, 2004 Microscopía confocal del SLC R. Civitelli / Archives of Biochemistry and Biophysics 473 (2008) 188–192 Diferenciación del linaje osteoblástico Factor de transcripción específico de linaje Factores de diferenciación Takeda, I. et al. (2009) Wnt and PPARγ signaling in osteoblastogenesis and adipogenesis Nat. Rev. Rheumatol. doi:10.1038/nrrheum.2009.137 From stem cells to adipocyte lineage… • PPARγ2 (proliferator-activated receptor gamma 2) From stem cells to chondrocyte lineage… • Sox 9 From stem cells to osteoblastic… Factores de transcripción específicos para el linaje osteoblástico: • Runx-2 (CBFA1: core-binding factor 1) - expresado en células mesenquimáticas y en todo el linaje osteoblástico • OSX (osterix) - expresado en osteoblastos - downstream a Runx2 - estimula diferenciación de preosteoblasto a osteoblasto inmaduro • β-catenin (señalización canónica de Wnt) Factores de transcripción específicos para el linaje osteoblástico Runx2 - estimula diferenciación Obl en todas las etapas excepto la diferenciación terminal - inhibe proliferación Obl Osx β-catenin β-catenin Regulación de la diferenciación osteoblástica Factores de crecimiento reguladores de osteoblastogénesis: • BMPs Factores presentes en la matriz ósea que • IGF I el Ocl procesa y libera durante la RO • TGF β • FGF • Wnts Factores liberados/expresados por el propio linaje osteoblástico (factores paracrinos): • PTHrP (PTH related protein) • Esclerostina (producto del gen SOST) preosteoblastos y MSC osteocitos Wnts Sobre las Wnts… • el genoma humano codifica 19 Wnts • Los ligandos para Wnt activan distintas vías de transmisión de señales mediadas por receptor (4 vías): - Wnt/β-catenin pathway (vía canónica) Wnt/Ca2+ pathway Wnt/planar cell polarity (Wnt/PCP) pathway Wnt/protein kinase A (Wnt/PKA) pathway - La vía canónica de Wnt, la más estudiada, controla la expresión génica a través de la estabilización de β-catenin (Wnt/β-catenin pathway) • Las Wnts participan en el desarrollo embriológico y la diferenciación de gran cantidad de tejidos • Los receptores para Wnts en las células target son los Frizzleds (Fzs) Sobre las Wnts en el hueso… • En el hueso, se activa el coreceptor LRP 5/6 para iniciar Wnt/β-catenin pathway y regular la masa ósea • LRP 5/6 se expresa en osteoblastos • Las Wnts a través de LRP 5/6 regulan la diferenciación, sobrevida y actividad de los osteoblastos • La vía de señalización de las Wnts cumple un rol crucial en la regeneración ósea (cicatrización de fracturas, formación ósea ectópica) • Los estudios más recientes apuntan al Wnt/β-catenin pathway como target terapéutico para estimular la formación ósea Rol de Wnt/β catenin en la osteogénesis Venkatesh Krishnan,1 Henry U. Bryant,1 and Ormond A. MacDougald2 J. Clin. Invest. 116:1202–1209 (2006). Vía de señalización Wnt/β canónica E. Piters et al. / Archives of Biochemistry and Biophysics 473 (2008) 112–116 Canonical and noncanonical Wnt signaling pathways - Interacción de Wnt con rc LRP5/6 -desfosforilación de β-catenin - acumulación de β-catenin - traslocación de β-catenin al núcleo - unión a factores de transcripción - activación de la transcripción de genes downstream: Runx2 Osx ciclinas PPARγ Takeda, I. et al. (2009) Wnt and PPARγ signaling in osteoblastogenesis and adipogenesis Nat. Rev. Rheumatol. doi:10.1038/nrrheum.2009.137 Canonical Wnt/β catenin pathway Las Wnts que activan ésta vía son Wnt1, Wnt2, Wnt3, Wnt3b, Wnt4, Wnt8, Wnt10b Journal of Cellular Biochemistry 106:353–362 (2009) Antagonistas extracelulares de la vía Wnt Osteoporos Int (2008) 19:1125–1138 Agonistas sintéticos de la vía Wnt (Fármacos) Esclerostina: Regulador negativo de la formación ósea: “esclerostosis” Esclerostosis Balemans W, et al. 2005. A generalized skeletal hyperostosis in two siblings caused by a novel mutation in the SOST gene. Bone 36:943-7. Van Buchem´s disease Beighton P, Barnard A, Hamersma H, van der Wouden A. The syndromic status of sclerosteosis and van Buchem disease. Clin Genet. 1984;25(2):175-81 Sitios de acción de esclerostina Modelo de ratón knock out para SOST Mice with SOST knockout had lower sclerostin levels and higher bone density as shown in these xrays. Li X. Targeted deletion of the sclerostin gene in mice results in increased bone formation and bone strength. J Bone Min Res 2008:23:860 Human studies of antibodies against sclerostin There are two anti-sclerostin antibodies that have been studied in humans. Here's what their names mean: ROM, BL = unique prefix assigned to the new drug OS = works on the bone OZU = humanized MAB = monoclonal antibody So we have ROMOSOZUMAB and BLOSOZUMAB The first pilot study was reported by Padhi. They treated 72 healthy subjects with a single injection of a placebo or the antibody, and saw dose-related increases in the bone density, increases in the bone formation rates, and decreases in the bone resorption rates. Similar benefits from initial studies of blosozumab were reported by McColm. A new study was done in 419 postmenopausal women with low bone density. They were randomized to placebo, various doses of romosozumab, or alendronate or teriparatide for a year. The bone density at the spine increased by 11.3% with the highest dose that they studied. The markers of bone formation increased transiently and the markers of bone resorption were sustained for the year. No serious side effects were reported. McClung MR Romosozumab in Postmenopausal Women with Low Bone Mineral Density. New Engl J Med 2014;370;412. Modelo de ratón knock out para DKK1 Anti-Dickkopf1 (Dkk1) antibody as a bone anabolic agent for the treatment of osteoporosis Anti-DKK1 mAb (BHQ880) as a potential therapeutic agent for multiple myeloma Fuerzas mecánicas y esclerostina precursores de osteoblastos BMP Wnt esclerostina osteoblastos osteocitos PTH continua Fuerzas mecánicas Osteoclastogénesis y sistemas reguladores Modelación y Remodelación óseas Linaje osteoclástico Precursor hemopoyético X FUSION Cual dejamos de los dos esquemas?? α β Acid phosphatase 7-65 Regulación de la diferenciación y activación osteoclástica: SISTEMA RANK-RANKL-OPG OPG / RANKL / RANK Receptor Hormones Cytokines RANK Ligand • RANKL and OPG are secreted by osteoblasts Osteoclast Precursor OPG and bone marrow stromal cells Osteoblasts • RANKL functions to Osteoclast promote osteoclast Bone formation and activation and inhibit apoptosis • OPG functions as a decoy receptor to prevent RANKL signaling; ratio of RANKL to OPG dictates bone mass and structural properties • Current extensive research is elucidating the role of OPG and RANKL in a wide variety of bone-related diseases RANK RANK Se define como MODELACION a los cambios de tamaño y forma del hueso. Es el proceso continuo de renovación del hueso sin cambios de tamaño y forma. Ambos procesos involucran: FORMACION OSEA (adición de hueso) OSTEOBLASTOS REABSORCIÓN OSEA (remoción de hueso) OSTEOCLASTOS -EN HUESOS EN CRECIMIENTO -ANTE LA ACCION DE FUERZAS (ej: ortodoncia) -ENSANCHAMIENTO CORTICAL A PARTIR DEL PERIOSTIO REMODELACION OSEA (ENDOSTIO) MODELACION OSEA (PERIOSTIO) BMU REMODELACION OSEA (ENDOSTIO) MODELACION OSEA (PERIOSTIO) REMODELACIÓN ÓSEA Ej: Factores intrínsecos K. Henriksen et al. / Bone 44 (2009) 1026–1033 Figure 1 Mechanisms of bone remodeling Lane NE (2006) Therapy Insight: osteoporosis and osteonecrosis in systemic lupus erythematosus Nat Clin Pract Rheumatol 2: 562–569 doi:10.1038/ncprheum0298 REMODELACIÓN ÓSEA K. Henriksen et al. / Bone 44 (2009) 1026–1033 Fase reversal Acondicionamiento o “limpieza” de la superficie reabsorbida: células mononucleares (bone lining cells) EphrinB2 (ligando de membrana del Ocl) EphB4 (receptor de EphrinB2 presente en el Obl) Actúan por contacto celular (comunicación de doble vía) • Estimula diferenciación de Obl • Estimula formación ósea • Suprime diferenciación Ocl CT1 (cardiotropin-1): factor secretado por los Ocl que estimula la diferenciación de Obl y la FO Lineas reversales Lineas incrementales Enfermedad de Paget: incremento en el remodelado óseo ?? MODELACION OSEA REMODELACION OSEA Osteoporos Int (2008) 19:1125–1138 Muchas Gracias… [email protected]
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