Иммунология и биохимия

Клетки костной ткани. Линия остеобластов

Кость не  инертная ткань, а динамически обновляющаяся в течение всей жизни соединительная ткань. Старая матрица кости постоянно заменяется новообразованной матрицей. Этот непрерывный процесс  называется ремоделированием кости. Ремоделирование имеет большое значение для поддержания объема костной ткани и её прочности. Объем костной ткани поддерживается за счет баланса резорбции костной ткани и формированием костной ткани. Костные клетки состоят из клеток линии остеобластов и линии остеокластов. Их дифференцировка и функции регулируются остеотропными гормонами и цитокинами. Недавние исследования показали, что клетки линии остеобластов участвуют не только в формировании костной ткани, но и в резорбции кости, поддерживая дифференциацию и активацию остеокластов. В этой статье отражены данные морфологических характеристик клеток линии остеобластов, их функции и дифференцировка.  Остеобласты 

Остеобласты - это кубовидные клетки, расположенные вдоль поверхности кости, составляют 4-6% от общего числа резидентных костных клеток, основная функция - формирование кости. Морфологические характеристики остеобластов отражают их способность к синтезу белка: обильная шероховатая эндоплазматической сеть, видимый аппарат Гольджи, различные секреторные везикулы. Как поляризованные клетки, остеобласты секретируют остеоид матрицы кости. 

Остеобласты образуются из мезенхимальных стволовых клеток (МСК). Коммитирование МСК в клетки предшественники остеогенеза требует экспрессии специфических генов, синтез костных морфогенетических белков  и членов специфического сигнального пути. 

Синтез костной матрицы остеобластами включает два основных этапа: осаждение органической матрицы и ее последующая минерализация. На первом этапе остеобласты секретируют коллаген, в основном типа I коллаген, неколлагеновые белки (остеонектин, сиалопротеин II и остеопонтин) и протеогликаны, включая декорин и бигликан, которые образуют органическую матрицу. После этого в два этапа происходит минерализация костной матрицы: везикулярная и фибриллярная фазы. В везикулярную фазу из апикальной части остеобластов освобождаются матричные пузырьки (везикулы, диаметр 30 - 200 нм), содержащие ионы кальция, связанные с протеогликанами и другими органическими компонентами, имеющими отрицательный заряд. Когда остеобласты секретируют ферменты, которые разрушают протеогликаны, ионы кальция высвобождаются из протеогликанов в кальциевые каналы матрицы мембраны везикул. Эти каналы образованы белками, называемыми аннексины.  

С другой стороны, фосфатсодержащие соединения пузырьков гидролизуются щелочной фосфатазой, секретируемой остеобластами, высвобождая ионы фосфата внутри матричных везикул. Ионы фосфата и кальция внутри везикул связываются, образуя кристаллы гидроксиапатита. Фибриллярная фаза возникает тогда, когда перенасыщение ионами кальция и фосфата в матричных пузырьках приводит к разрыву этих структур, и кристаллы гидроксиапатита распространяются в окружающую матрицу.

Зрелые остеобласты могут подвергаться

  • апоптозу, стать
  • остеоцитами или
  • костными обкладочными клетками.

 Обкладочные клетки кости в линии остеобластов

Костные обкладочные клетки в состоянии покоя представляют собой плоские остеобласты, которые покрывают поверхность кости в местах, где отсутствуют процессы синтеза и резорбции костной ткани. Эти клетки обладают тонким и плоским ядерным профилем; в цитоплазме содержится несколько органелл - эндоплазматический ретикулум и комплекс Гольджи. 

Секреторная активность костных обкладочных клеток зависит от физиологического состояния костной ткани. Эти клетки могут приобретать секреторную активность, увеличивая размер, и принимать внешний вид шестигранника. Функции костных подкладочных клеток не полностью изучены, но было показано, что эти клетки при резорбции кости предотвращают непосредственное взаимодействие остеокластов с костным матриксом, участвуют дифференцировке остеокластов, освобождая остеопротегерин и активатор рецепторов ядерного фактора (RANKL). Кроме того, обкладочные клетки кости вместе с другими костными клетками являются важным компонентом анатомической структуры цикла ремоделирования костной ткани. 

 Остеоциты в линии остеобластов 

Остеоциты составляют 90-95% от общего количества костных клеток, являются наиболее распространенными и долгоживущими клетками, с продолжительностью жизни до 25 лет. В течение многих десятилетий из-за трудностей в выделении остеоцитов из костной матрицы их ошибочно относили к пассивным клеткам. Развитие новых технологий позволило установить, что эти клетки играют многочисленные важные функции в кости. Остеоциты расположены в лакунах, окруженных минерализованной костной матрицей, имеют морфологию дендритных клеток. Морфология остеоцитов зависит от типа кости. Например, остеоциты губчатой кости более округлые, чем остеоциты кортикальной кости удлиненной морфологии.Остеоциты образуются при дифференцировке остеобластов. В этом процессе выделяют четыре узнаваемых этапа: остеоид-остеоцитарный, преостеоцитарный, молодой остеоцитарный и зрелый остеоцитарный. В конце цикла формирования кости субпопуляции остеобластов становятся остеоцитами, включенными в матрицу кости. Этот процесс сопровождается заметными морфологическими и ультраструктурными изменениями, включая уменьшение круглого размера остеобластов. Количество органелл, таких как шероховатая эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи, уменьшается, а отношение ядро/цитоплазма возрастает, снижается синтез белка и секреция. Зрелые остеоциты полностью погружены внутри минерализованной костной матрицы. Исчезают маркеры остеобластов, появляются маркеры остеоцитов, включая дентин матричного белка 1 и склеростин. В то время как тело остеоцита находится внутри лакуны, его цитоплазматические дендриты (до 50 на каждую клетку) пересекают крошечные туннели, которые берут начало из пространства лакун, под названием канальцы, образуя остеоцит - лакуноканаликулярную систему. Остеоциты системы обмениваются информацией, как с помощью щелевых контактов, так и с помощью малых сигнальных молекул, таких как простагландины и оксид азота. Кроме того, остеоцит - лакуноканаликулярная система находится в непосредственной близости от сосудов, в результате чего кислород и питательные вещества достигают остеоцитов. Межклеточная связь также достигается за счет межклеточной жидкости, которая течет между отростками остеоцитов и канальцев. Остеоцит-лакуноканаликулярная система остеоцитов действуют как механосенсоры, обладает способностью обнаруживать механические нагрузки и тем самым способствовать адаптации кости к ежедневным механическим силам. Этим образом, остеоциты, вероятно, действуют как дирежеры ремоделирования кости, посредством регулирования активности остеобластов и остеокластов. Кроме того, апоптоз остеоцитов рассматривается как хемотаксический сигнал к резорбции костной ткани остеокластами. Показано, что во время резорбции кости апоптотические остеоциты поглощаются остеокластами. Механочувствительная функция остеоцитов достигается за счет стратегического расположения этих клеток в костной матрице. В остеоцитах механические стимулы переводятся в биохимические сигналы. Это явление называется пьезоэлектрический эффект. Механизмы и компоненты, с помощью которых остеоциты преобразуют механические стимулы в биохимические сигналы, не очень хорошо известны. При механической стимуляции остеоциты производят несколько вторичных мессенджеров, таких как АТФ, оксид азота (NO), Са2+, и простагландины (PGE2 и PGI2), которые влияют на физиологию кости. Вне зависимости от вовлеченного механизма, важно отметить, что механочувствительная функция остеоцитов возможна благодаря сложной канальцевой сети, которая обеспечивает связь между костными клетками.

Поиск по сайту