Osteochondroprogenitorová buňka - Osteochondroprogenitor cell

Přenos elektronový mikrofotografie a mezenchymální kmenová buňka zobrazování typické ultrastrukturální charakteristiky.

Osteochondroprogenitorové buňky jsou progenitorové buňky které vznikají z mezenchymální kmenové buňky (MSC) v kostní dřeň. Mají schopnost rozlišovat osteoblasty nebo chondrocyty v závislosti na signálních molekulách, kterým jsou vystaveny, což vede ke vzniku kosti nebo chrupavky. Osteochondroprogenitorové buňky jsou důležité pro tvorba kostí a údržba.

Objev

Alexander Friedenstein a jeho kolegové nejprve identifikovali osteoprogenitorové buňky ve více savčích tkáních, než byla zavedena jakákoli genetická nebo morfologická kritéria pro kostní dřeň nebo pojivové tkáně. Osteoprogenitorové buňky lze identifikovat podle jejich spojení s existujícími strukturami kostí nebo chrupavek nebo podle jejich umístění v embryu, protože místa pro osteogenezi a chondrogenezu jsou nyní známá.[1]

Signalizace a diferenciace buněk

Osteochondroprogenitor se nachází mezi MSC a terminálně diferencovanými osteoblasty a chondrocyty. Prostřednictvím různých signálních molekul a kombinací se osteochondroprogenitor diferencuje buď na osteoblasty nebo chondrocyty.

Diagram ukazující mezenchymální kmenové buňky a jejich diferenciační dráhy, přes osteoprogenitorovou buňku, k chondrocytickým a osteoblastickým buněčným liniím. Diagram je založen na datech z 10,5denního embrya myší. Pod a nad buňkami jsou faktory potřebné pro diferenciaci na dvě buněčné linie.
Zjednodušený diagram MSC a jejich diferenciačních drah na linie osteoblastů a chodrocytových buněk. Data založená na 10,5denním embryu myši. Zahrnuto je několik faktorů pro diferenciaci.[2]

Diferenciace na chondrocyty

Hlavní článek: Chondrocyt

Chondrocyty jsou přítomny pouze v chrupavce, kde vytvářejí chrupavkovou matrici pro udržení struktury. Sox9, L-Sox5 a Sox6 jsou potřebné, aby osteochondroprogenitor podstoupil chondrocytární diferenciaci. The transkripční faktor Sox9 se nachází na více místech v těle (pankreas, centrální nervový systém, střeva) a nachází se také ve všech progenitorových buňkách chondrocytů, což naznačuje, že jsou důležité v chondrogeneze.[3][4]

Diferenciace na osteoblasty

Hlavní článek: Osteoblast

Osteoblasty jsou buňky, které se seskupují a tvoří jednotky nazývané osteony, které produkují kost. Runx2 (který může být také známý jako Cbfa1) a Osx (zinkový prst obsahující transkripční faktor) jsou nezbytné k tomu, aby se osteochondroprogenitorové buňky diferencovaly do linie osteoblastových buněk. Tyto faktory také hrají roli v hypertrofický zrání chondrocytů.[3][5]

B-katenin

Hlavní článek: Beta-katenin

β-katenin kanonického Wnt signální cesta hraje roli při určování osudu buněk, protože je kritická pro osteoblastogenezi a diferenciaci chondrocytů na osteoblasty. Výsledkem vyřazení z celé dráhy je brzy embryonální smrt, proto většina výzkumů této povahy využívala podmíněné knockouty dráhy.[6]

TGF-p

Hlavní článek: Transformující růstový faktor beta

Během vývoje dolní čelisti se většina z nich formuje prostřednictvím intramembranózní osifikace, kde endochondrální osifikace TGF-β je důležitý pro buněčnou proliferaci a diferenciaci během skeletogeneze. Během tohoto procesu může TGF-β stimulovat diferenciaci buď na chondrocyty, nebo na osteoblasty FGF, Msx1, a Ctgf signální dráhy. Obecný gen knock out TGF-p vedlo ke smrti. Podmíněná deaktivace TGF-βr2 osteochondroprogenitorových buněk v lebeční neurální lišta vedlo k rychlejší diferenciaci osteoprogenitorů a dezorganizované chondrogenezi.[7]

TGF-β určuje a reguluje buněčné linie během endochondrální osifikace prostřednictvím signálních drah Sox9 a Runx2. TGF-β bude působit jako stimulátor chondrogeneze a inhibitor osteoblastické diferenciace blokováním faktoru Runx2 prostřednictvím Smad3 aktivace. Sox9 stimuluje diferenciaci na chondrocyty. Bylo zjištěno, že Sooch9 blokované osteochondroprogenitorové buňky exprimují geny markerů osteoblastů a přeprogramují buňky do osteoblastické linie.[7][8]

Ztráta signalizace TGF-β povede ke snížení aktivity Sox9, ale nezabrání tomu úplně, což naznačuje, že musí existovat další faktory a signální dráhy regulující aktivitu Sox9. Jakmile je aktivita Sox9 ztracena, dominuje diferenciace do osteoblastické linie.[9]

Embryonální vývoj

Předpokládá se, že kombinací biochemických a biofyzikálních podnětů podstoupí nepotvrzené kmenové buňky embrya diferenciaci na určité buněčné linie. Přesný mechanismus a signální dráhy jsou však stále nejasné. Studie ukázaly, že embryonální kmenové buňky jsou více mechanosenzitivní než jejich diferencované protějšky. Během embryonálního vývoje mezenchymální buňky vytvoří buněčné struktury známé jako „kondenzace“. Tyto buněčné jednotky se poté vyvinou do kosterních a jiných tkání, jako jsou chrupavka, šlachy, vazy a svalová tkáň.

Kondenzace buněk osteoprogenitoru se mohou agregovat, rozptýlit nebo kondenzovat v závislosti na přítomných signálech, nicméně stále zůstávají do značné míry neznámé. V závislosti na různých účincích se buněčné kondenzace mohou diferencovat na osteogenní nebo chondrocytové kondenzace.

Umístění kondenzací osteoprogenitorových buněk určuje buněčnou linii dříve, než mohou signální molekuly. To je způsobeno jejich polohami vzhledem k jakýmkoli povrchům epitelu. Osteoblastické a chondrogenní kondenzace se liší ve svých biofyzikálních parametrech v embryu. Jejich vzdálenost ve vztahu k nejbližšímu povrchu epitelu určí buněčnou linii. Například osteoblastické kondenzace jsou blíže epiteliálním povrchům, takže budou vystaveny více biofyzikálním a biochemickým stimulům kvůli blízkosti a zvýšeným interakcím mezi buňkami a epitely.[6][10][11]

Důsledky defektů v osteochondroprogenitorových buňkách

Lebka s lebeční deformací, jejímž výsledkem je prodloužená lebka
Příklad deformace kosti

Delece genu Trsp v osteochondroprogenitorových buňkách má za následek abnormální růst kostí, opožděnou osifikaci, chondronekrózu a nanismus. Obecná delece genu Trsp je pro embryo smrtelná. Výsledky tohoto výzkumu byly použity jako model pro Kashin-Beckova nemoc. Kashin-Beck je výsledkem kombinatorického prostředí vyvolaného faktory, jako jsou: toxická plíseň, kontaminovaná zrna mykotoxiny a většinou nedostatek selenu, což je nezbytné pro selenoprotein funkce. Nemoc má příznaky podobné těm, které vyplývají z knock-outu genu Trsp.[12]

Ztráta regulátoru, Pten, z Phophatidylinositol3 'kináza cesta vede k kosternímu přerůstání a růstová deska dysfunkce způsobená nadprodukcí matrice a zrychlenou hypertrofickou diferenciací.[13]

Viz také

Reference

  1. ^ Brian Keith Hall (2005). Kosti a chrupavka: vývojová a evoluční biologie skeletu. Akademický tisk. str. 150–. ISBN  978-0-12-319060-4. Citováno 16. dubna 2010.
  2. ^ http://origin-ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S1357272508001982-gr3.jpg
  3. ^ A b Zou, Li; Zou, Li; Mygind, Zeng; Lü, Bünger (2006). Molekulární mechanismus stanovení osudu osteochondroprogenitoru během tvorby kosti. Pokroky v experimentální medicíně a biologii. 585. 431–41. doi:10.1007/978-0-387-34133-0_28. ISBN  978-0-387-32664-1. PMID  17120800.
  4. ^ Lefebvre, V; Behringer RR; de Crombrugghe B (2001). "L-Sox5, Sox6 a Sox9 řídí základní kroky diferenciační cesty chondrocytů". Osteoarthr. Cartil. 9 Suppl A: S69–75. doi:10.1053 / joca.2001.0447. PMID  11680692.
  5. ^ Nakashima, Kazuhisa; Benoit de Crombrugghe (srpen 2003). "Transkripční mechanismy při diferenciaci osteoblastů a tvorbě kostí". Trendy v genetice. 19 (8): 458–466. doi:10.1016 / S0168-9525 (03) 00176-8. PMID  12902164.
  6. ^ A b Tate, Melissa L. Knothe; Thomas D. Falls; Sarah H McBride; Radhika Atit; Ulf R. Knothe (2008). „Mechanická modulace osudu osteochondroprogenitorových buněk“. International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 40 (12): 2710–2738. doi:10.1016 / j.biocel.2008.05.011. PMC  4427832. PMID  18620888.
  7. ^ A b Dobře, Kyoko; Dobře, Shoji; Hosokawa, Ryoichi; Bringas, Pablo, Jr.; Brockhoff, Hans Cristian II; Nonaka, Kazuaki; Chai, Yang (15. září 2008). „Signalizace Dlx5 zprostředkovaná TGF-β hraje klíčovou roli při stanovení linie osteo-chondroprogenitorových buněk během vývoje čelisti“. Vývojová biologie. 321 (2): 303–309. doi:10.1016 / j.ydbio.2008.03.046. PMC  3378386. PMID  18684439.
  8. ^ Kawakami, Yasuhiko; Joaquín Rodriguez-León; Juan Carlos Izpisúa Belmonte (prosinec 2006). "Úloha TGFβs a Sox9 během chondrogeneze končetiny". Současný názor na buněčnou biologii. 18 (6): 723–729. doi:10.1016 / j.ceb.2006.10.007. PMID  17049221.
  9. ^ Hjelmeland, Anita Borton; Stephen H. Schilling; Xing Guo; Darryl Quarles; Xiao-Fan Wang (25. listopadu 2005). „Ztráta negativní regulace aktivity Runx2 zprostředkovaná Smad3 vede ke změně v stanovení buněčného osudu“. Molekulární buněčná biologie. 25 (21): 9460–9468. doi:10.1128 / MCB.25.21.9460-9468.2005. PMC  1265845. PMID  16227596.
  10. ^ Anderson, Eric J; Melissa L. Knothe Tate (2008). „Idealizace geometrie a dimenze pericelulárního tekutinového prostoru vede k hlubokému předvídání napětí v nanomikroskopickém měřítku způsobeném odporem tekutin na osteocyty“. Journal of Biomechanics. 41 (8): 1736–1746. doi:10.1016 / j.jbiomech.2008.02.035. PMID  18482728.
  11. ^ McBride, SH; Falls T; Knothe Tate ML (2008). "Modulace tvaru a osudu kmenových buněk B: mechanická modulace tvaru buňky a genové exprese". Tkáň Eng Část A. 14 (9): 1573–80. doi:10.1089 / ten. Čaj.2008.0113. PMID  18774911.
  12. ^ Downey, CM; Horton CR; Carlson BA; Parsons TE; Hatfield DL; Hallgrímsson B; Jirik FR. (Srpen 2009). „Osteo-chondroprogenitorově specifická delece genu pro selenocystein tRNA, Trsp, vede k chondronekróze a abnormálnímu vývoji skeletu: domnělý model pro Kashin-Beckovu chorobu“. PLOS Genet. 5 (8): e1000616. doi:10.1371 / journal.pgen.1000616. PMC  2721633. PMID  19696890.
  13. ^ Ford-Hutchinson, Alice Fiona; Ali, Zenobia; Lines, Suzen Elizabeth; Hallgrímsson, Benedikt; Boyd, Steven Kyle; Jirik, Frank Robert (srpen 2007). „Inaktivace Pten v osteo-chondroprogenitorových buňkách vede k abnormalitám epifýzové růstové ploténky a nadměrnému růstu kostry“. Journal of Bone and Mineral Research. 22 (8): 1245–1259. doi:10.1359 / jbmr.070420. PMID  17456009.