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Osteoclasto

Un osteoclasto ( del griego antiguo ὀστέον (osteon) ' hueso ' y κλαστός (clastos) ' roto ' ) es un tipo de célula ósea que elimina tejido óseo . Esta función es fundamental para...

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Un osteoclasto ( del griego antiguo ὀστέον (osteon) ' hueso ' y κλαστός (clastos) ' roto ' ) es un tipo de célula ósea que elimina tejido óseo . Esta función es fundamental para el mantenimiento, la reparación y la remodelación de los huesos del esqueleto vertebral . El osteoclasto desensambla y digiere el compuesto de proteína hidratada y mineral a nivel molecular mediante la secreción de ácido y colagenasa , un proceso conocido como reabsorción ósea . Este proceso también ayuda a regular el nivel de calcio en sangre . Un odontoclasto ( / oʊ ˈ d ɒ n . t ə . k l æ s t , - ɑː s t / ) es un osteoclasto asociado con la absorción de las raíces de los dientes deciduos . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]  

Los osteoclastos se encuentran en las superficies óseas que están experimentando reabsorción. En dichas superficies, se observa que los osteoclastos se localizan en depresiones poco profundas llamadas lagunas de reabsorción (lagunas de Howship) . Estas lagunas se forman por la acción erosiva de los osteoclastos sobre el hueso subyacente. El borde de la parte inferior de un osteoclasto presenta prolongaciones digitiformes debido a la presencia de pliegues profundos de la membrana celular . Este borde se denomina borde ondulado y se encuentra en contacto con la superficie ósea dentro de una laguna de reabsorción. La periferia del borde ondulado está rodeada por una zona anular de citoplasma , desprovista de orgánulos celulares pero rica en filamentos de actina . Esta zona se denomina zona clara 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 forma, se crea un compartimento subosteoclástico cerrado entre el borde ondulado y el hueso en proceso de reabsorción. 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 los componentes inorgánicos (minerales) y (2) digestión del componente orgánico de la matriz ósea. Los osteoclastos bombean iones de hidrógeno al compartimento subosteoclástico, creando así un microambiente ácido que aumenta la solubilidad del mineral óseo. Esto provoca la liberación y posterior reingreso de los minerales óseos al citoplasma de los osteoclastos para su transporte a los capilares cercanos. Tras la eliminación de los minerales, se secretan colagenasa y gelatinasa al 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 los osteoclastos en el borde ondulado. Debido a sus propiedades fagocíticas, los osteoclastos se consideran un componente del sistema fagocítico mononuclear (SFM).

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 poseen receptores para la hormona paratiroidea (PTH). Sin embargo, la PTH estimula a los osteoblastos para que secreten una citocina denominada factor estimulante de osteoclastos, que es un potente estimulador de la actividad osteoclástica. [ 4 ]

Estructura

Osteoclasto positivo para fosfatasa ácida resistente al tartrato en cultivo celular
Sección transversal ilustrada de un osteoclasto activado.

Un osteoclasto es una célula multinucleada grande y los osteoclastos humanos en el hueso suelen tener cuatro núcleos [ 5 ] y un  diámetro de 150–200 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. Estas pueden tener docenas de núcleos y suelen expresar las principales proteínas de los osteoclastos, pero presentan diferencias significativas con respecto a las células del hueso vivo debido al sustrato no natural. [ 6 ] [ 7 ] 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.

Ubicación

En el hueso, los osteoclastos se encuentran en fosas en la superficie ósea llamadas bahías de reabsorción o lagunas de Howship . Los osteoclastos se caracterizan por un citoplasma con una 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 caracterizar los osteoclastos mediante su tinción para la alta expresión de fosfatasa ácida resistente al tartrato (TRAP) y catepsina K. El retículo endoplasmático rugoso de los osteoclastos es escaso, y el complejo de Golgi es extenso. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]

En un sitio de resorción ósea activa, el osteoclasto forma una membrana celular especializada , el "borde ondulado", que se opone a la superficie del tejido óseo. Este borde, extensamente plegado o ondulado, facilita la eliminación del hueso al aumentar drásticamente la superficie celular para la secreción y captación del contenido del compartimento de resorción, y es una característica morfológica de un osteoclasto que está reabsorbiendo hueso activamente.

Desarrollo

Desde su descubrimiento en 1873, ha habido un considerable debate sobre su origen. Tres teorías fueron dominantes: de 1949 a 1970, fue popular la teoría del origen en el tejido conectivo, que afirmaba que los osteoclastos y los osteoblastos son del mismo linaje, y que 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. [ 11 ] Fue a principios de 1980 cuando se reconoció el sistema fagocítico de monocitos como precursor de los osteoclastos. [ 12 ] La formación de osteoclastos requiere la presencia de RANKL (ligando del receptor activador del factor nuclear κβ) y M-CSF (factor estimulante de colonias de macrófagos) . Estas proteínas unidas a la membrana son producidas por células estromales vecinas y osteoblastos , por lo que se requiere contacto directo entre estas células y los precursores de osteoclastos .

El M-CSF actúa a través de su receptor en el osteoclasto, el c-fms ( receptor del factor estimulante de colonias 1 ), un receptor transmembrana de tirosina quinasa , lo que conduce a la activación del segundo mensajero tirosina quinasa Src. Ambas moléculas son necesarias para la osteoclastogénesis y participan ampliamente en la diferenciación de células derivadas de monocitos/macrófagos.

RANKL es un miembro de la familia del factor de necrosis tumoral ( TNF ) y es esencial en la osteoclastogénesis. Los ratones knockout de RANKL presentan un fenotipo de osteopetrosis y defectos en la erupción dental, 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 ocurre la interacción RANKL-RANK y no se regula positivamente. Sin embargo, la estimulación de NFATc1 comienza aproximadamente 24-48 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), producida por los osteoblastos, que se une a RANKL, impidiendo así su interacción con RANK. Mientras que los osteoclastos derivan del linaje hematopoyético, los osteoblastos derivan de células madre mesenquimales. [ 13 ] [ 14 ]

Función

Una vez activados, los osteoclastos se desplazan hacia las áreas de microfractura en el hueso mediante quimiotaxis . Los osteoclastos se encuentran en pequeñas cavidades llamadas lagunas de Howship, formadas por 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 se facilita mediante receptores de integrina, como αvβ3, a través del motivo de aminoácidos específico Arg-Gly-Asp en las proteínas de la matriz ósea, como la osteopontina. El osteoclasto libera iones de hidrógeno mediante la acción de la anhidrasa carbónica (H₂O + CO₂ → HCO₃⁻ + H⁺ ) a través del borde ondulado hacia la cavidad de reabsorción , acidificando y ayudando a la disolución de la matriz ósea mineralizada en Ca²⁺ , H₃PO₄ , H₂CO₃ , agua y otras sustancias . Se ha documentado que la disfunción de la anhidrasa carbónica causa algunas formas de osteopetrosis. Los iones de hidrógeno son bombeados contra un alto gradiente de concentración por bombas de protones , específicamente una ATPasa vacuolar única . Esta enzima ha sido objeto de investigación en la prevención de la osteoporosis . Además, varias enzimas hidrolíticas , como miembros de los grupos de catepsinas y metaloproteasas de matriz (MMP), se liberan para digerir los componentes orgánicos de la matriz. Estas enzimas son liberadas al compartimento por los lisosomas . De estas enzimas hidrolíticas, la catepsina K es la más importante.

Catepsina K y otras catepsinas

La catepsina K es una proteasa de cisteína colagenolítica similar a la papaína que se expresa principalmente en los osteoclastos y se secreta en la laguna 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 se asocian con la picnodisostosis , una enfermedad osteopetrótica hereditaria caracterizada por la ausencia de expresión funcional de la catepsina K. Los estudios de inactivación génica de la catepsina K en ratones dan lugar a un fenotipo osteopetrótico, que se compensa parcialmente con una mayor expresión de otras proteasas distintas de la catepsina K y una osteoclastogénesis potenciada.

La catepsina K presenta una actividad enzimática óptima en condiciones ácidas. Se sintetiza como una proenzima con un peso molecular de 37 kDa y, tras su activación por escisión autocatalítica, se transforma en su forma madura y activa, con un peso molecular de aproximadamente 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 atraviesa el borde ondulado mediante vesículas intercelulares y posteriormente 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.

En los osteoclastos se expresan varias catepsinas, incluidas las catepsinas B , C , D , E , G y L. La función de estas proteasas de cisteína y aspartato es generalmente desconocida en el hueso, y se expresan en niveles mucho más bajos que la catepsina K.

Los estudios sobre ratones con deficiencia de catepsina L han arrojado resultados contradictorios: un informe muestra una reducción del hueso trabecular en ratones homocigotos y heterocigotos con deficiencia de catepsina L en comparación con los de tipo salvaje, mientras que otro informe no encuentra anomalías esqueléticas.

metaloproteinasas de 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 no está bien definido, pero en otros tejidos se las ha relacionado con actividades promotoras de tumores, como la activación de factores de crecimiento , y son necesarias para la metástasis tumoral y la angiogénesis.

La MMP9 está asociada al microambiente óseo. Es expresada por los osteoclastos y se sabe que es necesaria para su migración , además de ser una potente gelatinasa. Los ratones transgénicos deficientes en MMP-9 desarrollan defectos en el desarrollo óseo, la angiogénesis intraósea y la 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 modificados genéticamente mostraron una disminución en el número de osteoclastos, osteopetrosis y una menor resorción ósea.

Las MMP expresadas por el osteoclasto incluyen MMP-9, -10, -12 y -14. Aparte de la 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 de los osteoclastos

En las décadas de 1980 y 1990 se estudió en detalle la fisiología de los osteoclastos típicos. Con el aislamiento del borde ondulado, se estudió directamente el transporte de iones a través de él con detalle bioquímico. Se verificó el transporte de ácido dependiente de energía y se purificó la bomba de protones postulada. [ 15 ] [ 16 ] Con el cultivo exitoso de osteoclastos, se hizo evidente que están organizados para sustentar el transporte masivo de protones para la acidificación del compartimento de resorción y la solubilización del mineral óseo. Esto incluye la permeabilidad al Cl − del 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. [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]

La eficacia de su secreción iónica depende de que el osteoclasto forme un sello efectivo alrededor del compartimento de reabsorción. El posicionamiento de esta "zona de sellado" parece estar mediado por integrinas expresadas en la superficie del osteoclasto. [ 20 ] Con la zona de sellado establecida, el osteoclasto multinucleado se reorganiza. El desarrollo de la membrana ondulada altamente invaginada que se opone 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. [ 21 ] [ 22 ] 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 , entre ellas la hormona paratiroidea (PTH) de la glándula paratiroides, la calcitonina de la glándula tiroides y el factor de crecimiento interleucina 6 (IL-6). Esta última hormona, la IL-6 , es uno de los factores implicados en la osteoporosis . La osteoporosis se produce cuando existe un desequilibrio entre la resorción ósea producida por los osteoclastos y la formación ósea producida por los osteoblastos. [ 23 ]

La actividad de los osteoclastos también está mediada por la interacción de dos moléculas producidas por los osteoblastos: la osteoprotegerina y el ligando RANK . Estas moléculas también regulan la diferenciación de los osteoclastos. [ 24 ] [ 25 ]

Uso alternativo del término

Un osteoclasto también puede ser un instrumento utilizado para fracturar y recolocar huesos (su origen proviene del griego osteon : hueso y klastos : roto). Para evitar confusiones, la célula se denominó originalmente osotoclasto. Cuando el instrumento quirúrgico dejó de utilizarse, la célula pasó a conocerse por su nombre actual.

Importancia clínica

La presencia de osteoclastos gigantes puede ocurrir en algunas enfermedades, como la enfermedad de Paget ósea y la toxicidad por bisfosfonatos .

En los gatos, la actividad anormal de los odontoclastos puede causar lesiones reabsortivas odontoclásticas felinas , lo que requiere la extracción de los dientes afectados.

Los osteoclastos desempeñan un papel fundamental en el movimiento ortodóncico de los dientes y en la migración patológica de los dientes con problemas periodontales.

Historia

Los osteoclastos fueron descubiertos por Kölliker en 1873. [ 12 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Odontoclast" . Farlex, The Free Dictionary. 2007. Consultado el 6 de noviembre de 2013 .
  2. ↑ Wang Z, McCauley LK (marzo de 2011). "Osteoclastos y odontoclastos: vías de señalización para el desarrollo y la enfermedad" . Oral Diseases . 17 (2): 129–42 . doi : 10.1111/j.1601-0825.2010.01718.x . PMID 20659257 . 
  3. ↑ Chatterjee K (1 de diciembre de 2006). Fundamentos de histología oral . Jaypee Brothers Publishers. pág. 155. ISBN  978-81-8061-865-9.
  4. ^ Histología médica por Laiq Hussain Siddiqui (sexta edición)
  5. ↑ Piper K, Boyde A, Jones SJ (1992). "La relación entre el número de núcleos de un osteoclasto y su capacidad de reabsorción in vitro". Anatomía y Embriología . 186 (4): 291– 9. doi : 10.1007/BF00185977 . PMID 1416078. S2CID 7570118 .  
  6. ↑ Basle MF, Mazaud P, Malkani K, Chretien MF, Moreau MF, Rebel A (1988). "Aislamiento de osteoclastos del tejido óseo pagético: morfometría y citoquímica en células aisladas". Bone . 9 (1): 1– 6. doi : 10.1016/8756-3282(88)90020-8 . PMID 2837260 . 
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