osteoblastos

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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…
carolabozal@yahoo.com
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