Osteoclasto - Osteoclast
| Osteoclasto | |
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Micrografía de luz de un osteoclasto que muestra características distintivas típicas: una célula grande con múltiples núcleos y un citosol "espumoso".
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 Ilustración que muestra un solo osteoclasto
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| Detalles | |
| Precursor | progenitores de osteoclastos |
| Localización | Hueso |
| Función | Desglose del tejido óseo |
| Identificadores | |
| latín | osteoclasto |
| Malla | D010010 |
| TH | H2.00.03.7.00005 |
| FMA | 66781 |
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Términos anatómicos de microanatomía | |
Un osteoclasto (del griego antiguo ὀστέον (osteon) 'hueso' y κλαστός (clastos) 'roto') es un tipo de célula ósea que descompone el tejido óseo . Esta función es fundamental en el mantenimiento, reparación y remodelación de los huesos del esqueleto vertebral . El osteoclasto desmonta y digiere el compuesto de proteína hidratada y mineral a nivel molecular mediante la secreción de ácido y una colagenasa , un proceso conocido como resorción ósea . Este proceso también ayuda a regular el nivel de calcio en sangre .
Los osteoclastos se encuentran en las superficies del hueso que están experimentando reabsorción. En tales superficies, los osteoclastos se encuentran ubicados en depresiones poco profundas llamadas bahías de reabsorción (lagunas de Howship) . Las bahías de reabsorción se crean por la acción erosiva de los osteoclastos en el hueso subyacente. El borde de la parte inferior de un osteoclasto presenta procesos similares a dedos debido a la presencia de pliegues profundos de la membrana celular ; este borde se llama borde con volantes . El borde ondulado se encuentra en contacto con la superficie del hueso dentro de una bahía de reabsorción. La periferia del borde ondulado está rodeada por una zona anular de citoplasma que carece de orgánulos celulares pero es rica en filamentos de actina . Esta zona se llama zona despejada o zona de sellado . Los filamentos de actina permiten que la membrana celular que rodea la zona de sellado se ancle firmemente a la pared ósea de las lagunas de Howship. De esta manera, se crea un compartimento subosteoclástico cerrado entre el borde ondulado y el hueso que se está reabsorbiendo. Los osteoclastos secretan iones de hidrógeno , colagenasa , catepsina K y enzimas hidrolíticas en este compartimento. La reabsorción de la matriz ósea por los osteoclastos implica dos pasos: (1) disolución de componentes inorgánicos (minerales) y (2) digestión del componente orgánico de la matriz ósea. Los osteoclastos bombean iones de hidrógeno al compartimento subosteoclástico y, por tanto, crean un microambiente ácido, que aumenta la solubilidad del mineral óseo, lo que resulta en la liberación y reentrada de minerales óseos en el citoplasma de los osteoclastos para ser entregados a los capilares cercanos. Después de la eliminación de minerales, la colagenasa y la gelatinasa se secretan en el compartimento subosteoclástico. Estas enzimas digieren y degradan el colágeno y otros componentes orgánicos de la matriz ósea descalcificada. Los productos de degradación son fagocitados por osteoclastos en el borde ondulado. Debido a sus propiedades fagocíticas, los osteoclastos se consideran un componente del sistema de fagocitos mononucleares (MPS). La actividad de los osteoclastos está controlada por hormonas y citocinas. La calcitonina, una hormona de la glándula tiroides, suprime la actividad osteoclástica. Los osteoclastos no tienen receptores para la hormona paratiroidea (PTH). Sin embargo, la PTH estimula a los osteoblastos para que secreten la citocina denominada factor estimulante de los osteoclastos, que es un potente estimulador de la actividad osteoclástica.
Un odontoclasto (/ odon · to · clast /; o-don´to-klast) es un osteoclasto asociado con la absorción de las raíces de los dientes deciduos .
Estructura
Un osteoclastos es una célula grande multinucleada y los osteoclastos humanos en el hueso suelen tener cinco núcleos y un diámetro de 150 a 200 µm. Cuando se utilizan citocinas inductoras de osteoclastos para convertir macrófagos en osteoclastos, se producen células muy grandes que pueden alcanzar los 100 µm de diámetro. Estos pueden tener docenas de núcleos y normalmente expresan las principales proteínas de los osteoclastos, pero tienen diferencias significativas con las células del hueso vivo debido al sustrato no natural. El tamaño del osteoclasto ensamblado multinucleado le permite concentrar las capacidades de transporte de iones, secreción de proteínas y transporte vesicular de muchos macrófagos en un área localizada del hueso.
Localización
En el hueso, los osteoclastos se encuentran en hoyos en la superficie del hueso que se denominan bahías de reabsorción o lagunas de Howship . Los osteoclastos se caracterizan por un citoplasma de apariencia homogénea y "espumosa". Esta apariencia se debe a una alta concentración de vesículas y vacuolas . Estas vacuolas incluyen lisosomas llenos de fosfatasa ácida . Esto permite la caracterización de los osteoclastos por su tinción para alta expresión de la fosfatasa ácida resistente a tartrato (TRAP) y la catepsina K . El retículo endoplásmico rugoso de los osteoclastos es escaso y el complejo de Golgi es extenso.
En un sitio de reabsorción ósea activa, el osteoclasto forma una membrana celular especializada , el "borde ondulado", que se opone a la superficie del tejido óseo. Este borde ampliamente doblado o ondulado facilita la extracción de hueso al aumentar drásticamente la superficie celular para la secreción y captación del contenido del compartimento de reabsorción y es una característica morfológica de un osteoclasto que está reabsorbiendo hueso de forma activa.
Desarrollo
Desde su descubrimiento en 1873 ha habido un considerable debate sobre su origen. Tres teorías fueron dominantes: de 1949 a 1970 se popularizó el origen del tejido conectivo, que afirmaba que los osteoclastos y los osteoblastos son del mismo linaje, y los osteoblastos se fusionan para formar osteoclastos. Después de años de controversia, ahora está claro que estas células se desarrollan a partir de la autofusión de macrófagos. Fue a principios de 1980 cuando el sistema fagocítico de los monocitos fue reconocido como precursor de los osteoclastos. La formación de osteoclastos requiere la presencia de RANKL (receptor activador del ligando del factor nuclear κβ) y M-CSF (factor estimulante de colonias de macrófagos) . Estas proteínas unidas a la membrana son producidas por las células estromales vecinas y los osteoblastos , por lo que requieren el contacto directo entre estas células y los precursores de los osteoclastos .
El M-CSF actúa a través de su receptor en el osteoclasto, c-fms (receptor del factor estimulador de colonias 1), un receptor de tirosina quinasa transmembrana , que conduce a la activación del mensajero secundario de la tirosina quinasa Src. Ambas moléculas son necesarias para la osteoclastogénesis y están ampliamente involucradas en la diferenciación de células derivadas de monocitos / macrófagos.
RANKL es un miembro de la familia de la necrosis tumoral ( TNF ) y es esencial en la osteoclastogénesis. Los ratones knockout para RANKL exhiben un fenotipo de osteopetrosis y defectos de erupción dentaria, junto con una ausencia o deficiencia de osteoclastos. RANKL activa NF-κβ (factor nuclear-κβ) y NFATc1 (factor nuclear de células T activadas, citoplasmático, dependiente de calcineurina 1) a través de RANK . La activación de NF-κβ se estimula casi inmediatamente después de que se produce la interacción RANKL-RANK y no se regula al alza. La estimulación de NFATc1, sin embargo, comienza alrededor de 24 a 48 horas después de que ocurre la unión y se ha demostrado que su expresión depende de RANKL.
La diferenciación de los osteoclastos es inhibida por la osteoprotegerina (OPG), que es producida por los osteoblastos y se une a RANKL evitando así la interacción con RANK. Puede ser importante señalar que mientras que los osteoclastos se derivan del linaje hematopoyético, los osteoblastos se derivan de células madre mesenquimales.
Función
Una vez activados, los osteoclastos se mueven a áreas de microfractura en el hueso por quimiotaxis . Los osteoclastos se encuentran en pequeñas cavidades llamadas lagunas de Howship, formadas a partir de la digestión del hueso subyacente. La zona de sellado es la unión de la membrana plasmática del osteoclasto al hueso subyacente. Las zonas de sellado están delimitadas por cinturones de estructuras de adhesión especializadas llamadas podosomas . La unión a la matriz ósea es facilitada por receptores de integrina, como αvβ3, a través del motivo de aminoácidos específico Arg-Gly-Asp en proteínas de la matriz ósea, como la osteopontina . El osteoclasto libera iones de hidrógeno a través de la acción de la anhidrasa carbónica ( H 2 O + CO 2 → HCO 3 - + H + ) a través del borde ondulado hacia la cavidad de reabsorción, acidificando y ayudando a la disolución de la matriz ósea mineralizada en Ca 2+ , H 3 PO 4 , H 2 CO 3 , agua y otras sustancias. Se ha documentado que la disfunción de la anhidrasa carbónica causa algunas formas de osteopetrosis. Los iones de hidrógeno se bombean contra un gradiente de alta concentración mediante bombas de protones , específicamente una ATPasa vacuolar única . Esta enzima se ha dirigido a la prevención de la osteoporosis . Además, se liberan varias enzimas hidrolíticas , como los miembros de los grupos catepsina y metaloproteasa de la matriz (MMP), para digerir los componentes orgánicos de la matriz. Estas enzimas se liberan en el compartimento mediante lisosomas . De estas enzimas hidrolíticas, la catepsina K es la más importante.
Catepsina K y otras catepsinas
La catepsina K es una cisteína proteasa colagenolítica similar a la papaína que se expresa principalmente en los osteoclastos y se secreta en el pozo de resorción. La catepsina K es la principal proteasa implicada en la degradación del colágeno tipo I y otras proteínas no colágenas. Las mutaciones en el gen de la catepsina K están asociadas con la picnodisostosis , una enfermedad osteopetrótica hereditaria , caracterizada por una falta de expresión funcional de la catepsina K. Los estudios knockout de la catepsina K en ratones conducen a un fenotipo osteopetrótico, que se compensa parcialmente con una mayor expresión de proteasas distintas de la catepsina K y una mayor osteoclastogénesis.
La catepsina K tiene una actividad enzimática óptima en condiciones ácidas. Se sintetiza como una proenzima con un peso molecular de 37 kDa y, tras la activación mediante escisión autocatalítica, se transforma en la forma activa madura con un peso molecular de ~ 27 kDa.
Tras la polarización del osteoclasto sobre el sitio de reabsorción, la catepsina K se secreta desde el borde ondulado hacia la fosa de reabsorción. La catepsina K transmigra a través del borde ondulado por vesículas intercelulares y luego es liberada por el dominio secretor funcional . Dentro de estas vesículas intercelulares, la catepsina K, junto con las especies reactivas de oxígeno generadas por TRAP , degrada aún más la matriz extracelular ósea.
Varias otras catepsinas se expresan en los osteoclastos, incluidas las catepsinas B , C , D, E, G y L. La función de estas proteasas de cisteína y aspártico generalmente se desconoce dentro del hueso, y se expresan en niveles mucho más bajos que la catepsina K.
Los estudios en ratones knockout para catepsina L se han mezclado, con un informe de hueso trabecular reducido en ratones knockout para catepsina L homocigotos y heterocigotos en comparación con los de tipo salvaje y otro informe no encontró anomalías esqueléticas.
Metaloproteinasas de la matriz
Las metaloproteinasas de matriz (MMP) comprenden una familia de más de 20 endopeptidasas dependientes de zinc. El papel de las metaloproteinasas de matriz (MMP) en la biología de los osteoclastos está mal definido, pero en otros tejidos se han relacionado con actividades promotoras de tumores, como la activación de factores de crecimiento, y son necesarias para la metástasis tumoral y la angiogénesis.
MMP9 está asociado con el microambiente óseo. Es expresado por osteoclastos, se sabe que es necesario para la migración de osteoclastos y es una poderosa gelatinasa. Los ratones transgénicos que carecen de MMP-9 desarrollan defectos en el desarrollo óseo , angiogénesis intraósea y reparación de fracturas.
Se cree que la MMP-13 está implicada en la resorción ósea y en la diferenciación de los osteoclastos, ya que los ratones knockout revelaron una disminución del número de osteoclastos, osteopetrosis y una disminución de la resorción ósea.
Las MMP expresadas por el osteoclasto incluyen MMP-9, -10, -12 y -14. Aparte de MMP-9, se sabe poco sobre su relevancia para el osteoclasto, sin embargo, se encuentran altos niveles de MMP-14 en la zona de sellado.
Fisiología del osteoclasto
En las décadas de 1980 y 1990 se estudió en detalle la fisiología de los osteoclastos típicos. Con el aislamiento del borde ondulado, el transporte de iones a través de él se estudió directamente en detalle bioquímico. Se verificó el transporte de ácido dependiente de la energía y se purificó la bomba de protones postulada. Con el cultivo exitoso de osteoclastos, se hizo evidente que están organizados para soportar el transporte masivo de protones para la acidificación del compartimiento de reabsorción y la solubilización del mineral óseo. Esto incluye la permeabilidad de Cl - borde ondulado para controlar el potencial de membrana y el intercambio basolateral de Cl - / HCO 3 - para mantener el pH citosólico en rangos fisiológicamente aceptables.
La eficacia de su secreción de iones depende de que el osteoclasto forme un sello eficaz alrededor del compartimento de reabsorción. El posicionamiento de esta "zona de sellado" parece estar mediado por integrinas expresadas en la superficie del osteoclasto. Con la zona de sellado en su lugar, el osteoclasto multinucleado se reorganiza. El desarrollo de la membrana ondulada altamente invaginada que se une al compartimento de reabsorción permite una actividad secretora masiva. Además, permite la transcitosis vesicular del mineral y el colágeno degradado desde el borde ondulado hasta la membrana libre de la célula y su liberación al compartimento extracelular. Esta actividad completa la reabsorción ósea y tanto los componentes minerales como los fragmentos de colágeno se liberan a la circulación general.
Regulación
Los osteoclastos están regulados por varias hormonas , incluida la hormona paratiroidea (PTH) de la glándula paratiroidea, la calcitonina de la glándula tiroides y el factor de crecimiento interleucina 6 (IL-6). Esta última hormona, IL-6 , es uno de los factores de la enfermedad de la osteoporosis , que es un desequilibrio entre la resorción ósea y la formación de hueso. La actividad de los osteoclastos también está mediada por la interacción de dos moléculas producidas por los osteoblastos, a saber, la osteoprotegerina y el ligando RANK . Tenga en cuenta que estas moléculas también regulan la diferenciación del osteoclasto.
Odontoclast
Un odontoclasto (/ odon · to · clast /; o-don´to-klast) es un osteoclasto asociado con la absorción de las raíces de los dientes deciduos .
Uso alternativo del término
Un osteoclasto también puede ser un instrumento utilizado para fracturar y restablecer huesos (el origen es el griego osteon : hueso y klastos : roto). Para evitar confusiones, la célula se denominó originalmente osotoclasto. Cuando el instrumento quirúrgico dejó de utilizarse, la célula se conoció por su nombre actual.
Significación clínica
Los osteoclastos gigantes pueden ocurrir en algunas enfermedades, incluida la enfermedad ósea de Paget y la toxicidad por bisfosfonatos .
En los gatos, la actividad odontoclástica anormal puede causar lesiones de reabsorción odontoclásticas felinas , que requieren la extracción de los dientes afectados.
Historia
Los osteoclastos fueron descubiertos por Kolliker en 1873.
Ver también
Referencias
enlaces externos
- MedicineNet
- Osteoclastos en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
- La vida del osteoclasto
- Random42 : Animación de Random42 Scientific Communication sobre el papel de los osteoclastos en la remodelación ósea