Post on 21-Jan-2018
Biología del Osteoclasto Sergio Enrique Rueda Ortiz
Residente de Reumatología
Universidad Militar Nueva granada – Hospital Militar Central
OsteoinmunologíaDocente; Juan Carlos Munévar Niño
UNIVERSIDAD EL BOSQUE
Introducción
• Conocidas como las únicas células capaces de
reabsorber hueso
• Son células multinucleadas, derivadas de
precursores hematopoyéticos en médula ósea
• Degrada hueso y otros tejidos que han sufrido
mineralización secretando enzimas
proteolíticas como catepsina K al espacio
extraceular.
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Introducción
• Primera descripción por Kolliker en 1873
• Hallazgos con respecto al proceso resorción
fueron observados por Howship en 1820
• Hancox en 1946 propuso que derivaban de
precursores hematopoyéticos
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Introducción
• 1970 =
• Realmente se estableció el origen
hematopoyético de los osteoclastos
• Walker quien en modelos murinos restauró
el gen encargado de codificar la
osteopetrosis
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Osteoclastogénesis
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Cuando el
embrión se
vasculariza
Precursores
hematopoyéticos
Viajan al hígado
y bazo fetal
Cuando se
completa la
formación ósea
endocondral
Estos
precursores
hematopoyéticos
Son
transportados a
la médula ósea
Factores
Intracelulares
• Factor de transcripción miembro de la familia
ETS
• Su deleción en ratones ocasionó ausencia de
diferenciación de células de linaje
monocito/macrófago, osteoclastos y
desencadenó osteopetrosis
• Estimula la expresión de CSF1R que es el
receptor de CSF1 comúnmente referido como
M-CSF (macrophage colony stimulating factor)
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Factores
Intracelulares
• M-CSF y CSF1R son componentes críticos
para la generación de osteolcastos
• Modelos animales con Knock out de CSF1R
desarrollan osteopetrosis severa como
consecuencia de la reducción en el número de
osteoclastos
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Factores
Intracelulares
• La señalización a través de CSF1R induce la
expresión del receptor activador NF-KB (RANK)
mediante la regulación a la alta de c-Fos
• La expresión de RANK es controlada por PU.1
en cooperación con otros factores de
transcripción.
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Factores
Intracelulares
• Microphtalmia associated transcription
factor
• Se activa en respuesta a la señal de los
receptores CSF1R y RANK
• Activación de MITF en respuesta a M-CSF
induce la expresión de BCL-2 y promueve la
supervivencia de los macrófagos
• MITF en conjunto con PU.1 regula a la alta la
expresión de RANK mediante sitios de unión
para MITF presentes en la región promotora de
este gen
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Factores
Intracelulares
• Microphtalmia associated transcription
factor
• Deficiencia de esta factor desencadena
osteopetrosis severa
• Incrementa la expresión del marcador de
fosfatasa ácida resistente a tatrato (TRAP)
indicando que regula la formación de
osteoclastos en una etapa más tardía que PU.1
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Factores
Intracelulares
• Microphtalmia associated transcription factor
• Existen 3 isoformas de MITF, pero sólo la MITF-E
es regulada a la alta en la osteoclastogénesis
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MITF PU.1
Activan otros genes como NFATc1- canal
vacuolar de ATPasa y Catepsina K.
Factores
Intracelulares
• Deleción del gen que codifica para el factor de
transcripción Fos bloquea la formación de
osteoclastos resultando en Osteopetrosis
Fusión de Pre-
osteoclastos
Para formar
osteoclastos
multinucleados
Depende de:
proteínas
transmembranas
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Eje RANK –
RANKL -
Osteoprotegerina
• Funciones principales del eje:
• Regulación del recambio óseo mediante la
acción de los osteoclastos
• Ratones con alteración del eje
RANK/RANKL evidencian osteopetrosis y
defectos de la erupción dentaria
• Como resultado de una falta completa de
Osteoclastos.
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Eje RANK –
RANKL -
Osteoprotegerina
• Ratones con ausencia de OPG evidenciaban
osteoporosis debido a un incremento en el
número y actividad de los osteoclastos.
• Enfermedad de Paget Juvenil
• Osteopatía autosómica recesiva
• Caracterizada por un rápido remodelado de
la trama ósea
• Osteopenia – Fracturas - deformidades
esqueléticas progresivas
• Se evidenció deleciones homocigotas del
gen de la OPG
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Eje RANK –
RANKL -
Osteoprotegerina
• Osteoprotegerina
• Inicialmente clonada como un inhibidor
potencial de la osteoclastogénesis
• Miembro de la superfamilia del factor de
necrosis tumoral
• Se expresa altamente en:
• Pulmones – Corazón – Riñón –
Tráquea – Próstata – Ovarios –
intestino delgado – Tiroides – Médula
ósea
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Eje RANK –
RANKL -
Osteoprotegerina
• Receptor – activator of NF-Kb - ligand
• Descubrimiento de RANK hacia la década de
1990
• Miembro de la familia TNF
• Necesario para la formación de osteoclastos
• Sobre-expresión ocasiona resorción ósea
masiva
• Déficit = Osteopetrosis y anormalidades en la
erupción dentaria
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Eje RANK –
RANKL -
Osteoprotegerina
• Único ligando conocido del receptor RANK
• Crucial para el metabolismo óseo, formación de
nódulos línfáticos y sistema inmunológico así
como desarrollo de la glándula mamaria en el
embarazo.
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Vía de
señalización
RANK
• Proteína de 27 KDa
Precursores Osteoclásticos
RANKRANKLRANKLRANKL
TRAF2
TRAF5
TRAF6NF-KB
Activa
NFATC1 (nuclear
factor of
activated T cells)
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Vía de
señalización
RANK
• Estimulación del RANK resulta en una fuerte
activación del NF-KB.
• Varios factores asociados a receptor TNF
(TRAF) están asociados con el dominio
citoplasmático de RANK.
• TRAF 6:
• Es necesario para la formación y activación
osteoclastica
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Vía de
señalización
RANK
• Sub-unidades que median la activación de NF-
KB como:
• IKB kinasa alfa (IKK alfa) - IKK Beta y la
subunidad no catalítica IKK-gamma (NEMO)
han demostrado una función indispensable en
la señalización RANK/RANKL y
osteoclastogénesis.
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Vía de
señalización
RANK
• En modelos murinos IKKBeta:
• Requerido para inducir osteoclastogénesis
vía RANKL in vitro e in vivo
• IKK-alfa:
• Requerido únicamente in vitro pero no in
vivo
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Vía de
señalización
RANK
Sujetos con:
• Osteopetrosis ligada
a X
• Linfedema
• Displasia
ectodérmica con
anhidrosis
Presentan
mutación X42W
en IKK gamma
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Vía de
señalización
RANK
• MAPKs (Mitogen activated protein kinase)
• P38-MAPK alfa y P38 MAPK Beta =
Involucradas en la osteoclastogénesis mediada
por RANKL
• P-38 MAPKS fosforilan directamente a
STAT1 con el fin de controlar la expresión
de una gran variedad de genes
• Función primaria de estas P-38 MPAKS
es controlar la estabilidad del mRNA.
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Vía de
señalización
RANK
• Factores de transcripción AP-1:
• Están bajo el control de JNKs (C – Jun - N
terminal kinases)
• Involucrados en la regulación de
osteoclastogénesis mediada por RANK
• Miembros de esta familia son:
• C-jun – Jun B – C-Fos - Fra son
esenciales para este proceso
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Señalización NFAT y
Homeostasis ósea
Vía de
señalización
NFAT
• NFATc1 (Nuclear factor of activated T cells –
calcineurin dependent 1)
• Inicialmente descubierta en 1989 como un
factor de transcripción que activaba la
expresión de IL2 en respuesta a la
activación de células T
Familia de 4
miembros
NFATc1
NFATc2
NFATc3
NFATc4
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Vía de señalización
NFAT-Calcineurina
• NFATc1 (Nuclear factor of activated T cells –
calcineurin dependent 1)
• Esencial para la regulación del sistema
inmune mediante la modulación de la
respuesta de las células T
• Regulación del desarrollo y función de los
linfocitos T y B
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Vía de
señalización
NFAT
• NFATc1 (Nuclear factor of activated T cells –
calcineurin dependent 1)
• Genes NFAT son expresados únicamente
en vertebrados
• Calcineurina activadora de la vía NFAT es
expresada en organismos invertebrados
• Complejo calcineurina tiene 2 subunidades:
• Subunidad A: Catalítica
• Subunidad B: Reguladora
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Vía de señalización
NFAT-Calcineurina
• Organiza una gran cantidad de sistemas
biológicos en respuesta al influjo de calcio:
• por ejemplo:
• RANK
• RTK (receptor de tirosinas kinasas)
• Asociados a proteínas G
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Vía de señalización
NFAT-Calcineurina
• NFAT:
• Son proteínas fosforiladas sobre
residuos serina en las regiones SRR y
SP, de esta manera son confinadas al
citoplasma en estado de reposo
Activación de
receptores de
superficie
Estimula la
fosfolipasa-
fosfoinositol C
(PLC)
Cataliza la
generación de
1,4,5 trifosfato
de inositol (IP3)
Interactúa con
el receptor IP3
(IP3-R)
En la superficie
del retículo
endoplasmático
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Vía de señalización
NFAT-Calcineurina
Ocasiona flujo
de Ca++ desde
el Retículo
endoplasmático
Disminución de
los depósitos de
Ca++
Movilizan al RE y
a la unión de la
membrana
plasmática
Posteriormente
forman
oligómeros
Activa a
proteínas
sensibles a Ca++
Interaccionando
con CRAC
(calcium released
calcium channel
y Orai
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Vía de señalización
NFAT-Calcineurina
Induce el influjo
de calcio
Activando la
señalización
NFAT-
calcineurina
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Se identificó
Tmem 64 como
un regulador
positivo
Proteína
transmembrana
Interacciona con la ATP
asa asociada a calcio de
Retículo endoplasmatico
(SERCA 2)
Deficiencia de SERCA 2
ocasiona deterioro la
liberación de Ca++
estimulada por RANKL
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Complejo
calcio/calmodulina/
Calcinueurina
CITOPLASMA
CELULAR
De-fosforila
proteínas NFAT
Núcleo
NFAT
defosforilada es
transportada el
nucleo
Activando la
transcripción
Ciclosporina y
FK506: Inhiben la
translocación
nuclear formando
un complejo con la
ciclofilina A o FK506
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Vía de señalización
NFAT-Calcineurina
• Esta vía juega un papel fundamental en la
homeostasis ósea manteniendo un balance
entre las actividades de los osteoblastos y
osteoclastos
• Señal RANK/RANKL
• Estimula NFATc1
• Induce la expresión de genes de
diferenciación de los osteoclastos los
cuales llevan a cabo funciones de
remodelado y resorción
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Vía de señalización
NFAT-Calcineurina
• 1990: con estudios de ratones knockout de c-Fos
• Se encontró que la perdida de este ocasionaba
una inhabilidad para la diferenciación
osteoclástica en la médula ósea y de esta
manera se generaba OSTEOPETROSIS
• Transplante de médula ósea o la expresión
ectópica de c-Fos corregía este defecto
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Vía de señalización
NFAT-Calcineurina
• 2002:
• Se descubrió que NFATc1 era el factor de
transcripción de los osteoclastos mediante
la acción del RANKL
• Posteriormente ratones con knockout de
NFATc1 se observó:
• Muerte por malformaciones valvulares
cardiacas
• Defectos en la osteoclastogénesis y retardo
en formación ósea
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Regulación de
NFATc1 por otras
moléculas
RANKLInhibe la
expresión de:
Sobre-expresión
de estos 3 genes
en la Médula
Ósea
Reduce la
formación de
Osteoclastos
Sobre-
expresión de
Id2
Disminuye la
estimulación
de NFATc1 por
RANKL
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Regulación de
NFATc1 por otras
moléculas
RANKLInhibe la
expresión de:
Durante la
osteoclastogénesis
El aumento en
la expresión de
MafB
Interaccina con
la unión al DNA
de c-Fos y
NFATc1
Por consiguiente interfiere
con la activación de NAFTc1 y
OSCAR (osteoclast associated
receptor)
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Vía de
señalización
RANK
• Src Kinasas
• Indispensables para la vía RANK
• Inducen activación de serina/treonina
kinasa Akt/PKB con efecto anti-apoptósico
• C-Src y TRAF 6 interaccionan uno con otro
posterior a la unión de RANKL con su
receptor RANK.
• TRAF-6 acelera la actividad kinasa de c-
Src ejecutando fosforilación de moléculas
de tirosina
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Vía de
señalización
RANK
• Src Kinasas
• No es exclusiva de la señalización RANK
• Esencial para la función de adhesión de los
osteoclastos inducidas por integrinas
• Este puede ser en un futuro un blanco
terapéutico para Osteoporosis así como
para el incremento de la resorción ósea
observado en AR.
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Vía de
señalización
RANK
• Proteínas Adaptadoras (TRAF)
• Proteínas citoplasmáticas que se unen a
dominios intracelulares de varios
receptores de la superfamilia TNFR
• La superfamilia de receptores TNFR tienen
3 dominios putativos:
• TRAF 2 – 5 y 6.
• Se ha descrito un papel fundamental
de TRAF-6 en la activación de la vía
RANK/RANKL
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Vía de
señalización
RANK
• Proteínas Adaptadoras (TRAF)
TRAF-6Forma un
complejo con
TAK1 (
transforming
growth factor
beta activated
kinase 1
Uniéndose a
TAB 2 Resultando en la
activación de
TAK-1
Ratones con déficit de TRAF6
presentaron OSTEOPETROSIS
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Vía de
señalización
RANK
• Grb2 (associated binder 2)
• Media la activación inducida por RANK de
NFKB – Akt y JNK.
• Alteración de Grb2 en ratones resultó en
Osteopetrosis y disminución del proceso de
resorción ósea debido a una defectuosa
diferenciación osteoclástica
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Vía de
señalización
RANK
• Metabolismo fosfatidil-inositol
• Activación de Akt por Src requiere de la
fosfatidil-inositol-3-kinasa (PI-3-kinasa) que
genera fosfatidilinositol 3,4,5 trifosfato
• Experimentos con WORTMANNIN un
inhibidor de la PI-3-kinasa ocasiona en una
disminución de la resorción osteoclástica
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Vía de
señalización
RANK
• Metabolismo fosfatidil-inositol
• 3,4,5 Fosfatdil-inositol trifosfato está
regulado negativamente por 2 fosfatasas
lipídicas:
• PTEN (tensin homolog)
• SHIP1 ( SH2 containing inositol
phosphatase 1)
• Función: Remover un residuo fosfato
de esta molécula inactivándola.
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Vía de
señalización
RANK
• Metabolismo fosfatidil-inositol
• Sobre-expresión PTEN suprime la
diferenciación osteoclástica mediada por
RANKL
• Ratones con deficiencia de SHIP1
evidenciaban aumento de la
osteoclastogénesis, Osteoporosis e incremento
de IL-6
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Asociación
molecular vía
RANK/RANKL con
otras vías
• Además de ser esencial para la
osteoclastogénesis el RANKL:
• Es expresado en linfocitos T los cuales
generan un factor que interfiere con esta
señal como lo es el INF gamma:
• Promueve la degradación acelerada de
TRAF-6 mediante la vía del
proteasoma y consecuentemente
disminuye la señalización RANK
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Asociación
molecular vía
RANK/RANKL con
otras vías
• Esto es importante en pacientes HIV dado:
• Que presentan resorción ósea acelerada,
más aun cuando reciben terapia anti-
retroviral
• Algunos de los inhibidores de proteasa
bloquean la degradación de TRAF-6 –
incrementando la señalización RANK
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Asociación
molecular vía
RANK/RANKL con
otras vías
• Hormonas sexuales como andrógenos y
estrógenos suprimen la diferenciación
osteoclástica inducida por RANKL:
• Al inactivar la vía c-Jun
• Controlar la expresión de Osteoprotegerina:
• TTO con OPG revierte el número de
osteoclastos y pérdida ósea en ratas
hembras posterior a Oforectomía
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Eje RANK –
RANKL -
Osteoprotegerina
• Osteoporosis:
• Caracterizada por incremento de la
actividad de los osteoclastos
• Eje RANK – RANKL es un blanco
terapéutico importante
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Otros factores
locales y
sistémicos
• TNF – GM-CSF, IL1 – IL6 – IL12 – IL17 – IL18
– IL23 y TGF beta activa – PTH – Vitamina D
estimulan la osteoclastogénesis y expresión
del RANKL
• Incrementan la producción de RANKL por los
osteoblastos, osteocitos y células del estroma
óseo.
• Osteoprotegerina (OPG) – Calcitonina –
Amilina – Estrógenos – IL4 – IL10 –IL13 e
interferon gamma – TGF beta inhibien la
osteoclastogénesis
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía WNT y su papel en
la biología y
enfermedad ósea
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disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Vía Wnt
• Familia de 19 glicoproteínas con funciones
importantes en el desarrollo embrionario y la
regeneración tisular
• Proteínas involucradas en la amplificación y
transducción de señales de Wnt se encuentran
alteradas en cáncer
• Mutaciones en los componentes de la vía Wnt
lleva a displasias esqueléticas
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Vía Wnt-Beta
catenina
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Conocida como
vía canónica
En ausencia de
Wnt
Beta-catenina se
asocia con las
cadherinas en la
membrana
plasmática
Cualquier exceso
de beta catenina es
rápidamente
secuestrado por:
Vía Wnt-Beta
catenina
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Degradadas por
la ubicuitina
Mediante un
sistema de
proteolisis
Cuando wnt3a está
presente
Se une a moléculas
de superficie
Movilizando
Gsk3beta y Ck1 a la
membrana
Vía Wnt-Beta
catenina
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Fosforilan las
serinas de
Lrp5/6
Promoviendo la
formación del
señalosoma
Reclutan Dishelved
(Dvl) – Axina ½ y
caveolina
Liberando la Beta-
Catenina del
complejo de
destrucción
Permitiendo su
entrada al núcleoIncrementando sus
niveles
Vía Wnt-Beta
catenina
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Donde actúa
con factores de
transcripción
Como Lef1 –
Tcf7
Regulando la
expresión génica
La localización
nuclear de beta
catenina es usada
para la activación
de su señal
B-catenina no sólo
es activada por
Wnt
Vía Wnt-Beta
catenina
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Otras señales
son
Igf y
activación
Akt
Esta activación no
es exclusiva de la
vía canónica
Este punto es
importante en
hueso
La deleción de beta catenina
desencadena la pérdida ósea a
través de diferentes
mecanismos de inactivación
LRP5
Vía Wnt
• La vía wnt/beta catenina estimula vías de
proliferación y supervivencia celular
• Activación de esta cascada de señalización es
característica de una gran variedad de
patologías oncológicas
• En estados fisiológicos múltiples proteínas
vigilan la cacscada
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Vía Wnt
• Adicional a los inhibidores intracelulares como
la AXINA 2, la vía canónica es neutralizada por
factores extracelulares:
• Proteínas secretadas relacionadas con
FRIZZLED (Sfrps)
• Wifs: factores inhibidores de wnt: Se unen
directamente a wnt y previene la
interacción con sus receptores
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Vía Wnt
• Otras proteínas incluyendo:
• DKK (Dickkopfs)
• Esclerostina
• Sostdc1
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Vía Wnt
• Algunos wnt como wnt5a activan otras vías
alternativas induciendo complejos de fomración
con:
• Lrp5/6
• Ror 1/2
• Fzd2
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Otras vías de
señalización
Wnt- sin
estabilización
Beta catenina
• En algunos contextos wnt no estabiliza beta
catenina ni interacciona con el receptor Lrp 5/6
• Wnt puede activar otros eventos intracelulares
como:
• La vía de la polaridad celular planar (
planar cell polaritiy – PCP)
• Vía de la proteína G trimérica asociada a
calcio ( trimeric G protein coupled
receptor pathways including calcium
ion)
• Vía de la familia Rho GTPasa
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Otras vías de
señalización
Wnt- sin
estabilización
Beta catenina
• Vía de la polaridad celular planar ( planar
cell polaritiy – PCP
• Es la vía Wnt más estudiada no
relacionada con la beta-catenina
• Su función permite a las células orientarse
respecto a un eje a lo largo de un tejido
• Es la protagonista del movimiento celular
en en los embriones
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Otras vías de
señalización
Wnt- sin
estabilización
Beta catenina
• Vía de la polaridad celular planar ( planar
cell polaritiy – PCP
• Determina el destino celular permitiendo la
creación de estructuras asimétricas y bien
alineadas como folículos pilosos y
polización de los cilios en numerosos
tejidos
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Wnt se une a
FzdActivando Dvl
Orientando a la célula
dentro del tejido
Otras vías de
señalización
Wnt- sin
estabilización
Beta catenina
• Vía de la proteína G trimérica asociada a
calcio (trimeric G protein coupled receptor
pathways including calcium ion)
• Wnt activa proteína G trimérica para
controlar cascada de señalización corriente
abajo
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Wnt3a estimula G-
alfa-s y G-alfai/o
pero NO Galfa-q11
Se asocian a
receptores Fzd
en el tejido
cerebral
Wnt/Fzd induce
acumulación de
AMPc
Activación de
Protein-Kinasa A
mediante G-alfa-s
G-alfai/o estimula
fosfolipasa C
Liberación
intracelular de Ca++
y activación de
Protein Kinasa C
Otras vías de
señalización
Wnt- sin
estabilización
Beta catenina
• Vía de la proteína G trimérica asociada a
calcio (trimeric G protein coupled receptor
pathways including calcium ion)
• Activación de G-alfa-q11 es requerida para la
localización nuclear de la beta catenina seguida
de su unión a Wnt3a
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• Vía de la familia Rho/Rac GTPasas
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Activación de Dvl
de la famlia Rho
GTP asa estimula
Rac
Conduce a la
activación de
Jnk
Estimula factores
de transcripción
como c-Jun y ATF2
Wnt3a actúa en
la
diferenciación
de condrocitos
Mediante la acción
c-Jun/AP-1 y
supresión de la
expresión de SOX9
Conociéndose otra
vía alterna diferente
a la Wnt-beta
catenina para el
desarrollo óseo
• Vía de la familia Rho/Rac GTPasas
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Unión Wnt/Fzd
Promueve
interacciones
con Dvl
Activando Daam1
(Dishelved
associated activator
morphogenesis)
Activa Rho guanine
nuclear exchange
factor WGEF
WEGF induce la
activación de la
vía RhoA/ROCK
Promoviendo la
reorganización del
citoesqueleto así
como la forma y
adhesión celular
Función ósea de
la Wnt/beta
catenina
• Osteoblastos, osteocitos y Osteoclastos
regulan la masa ósea
• Osteoblastos:
• Se originan de células progenitoras
mesenquimales
• Responsables de la producción de
proteínas como:
• Colágeno tipo 1 que forma la matriz
mineralizable
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Función ósea de
la Wnt/beta
catenina
• Osteoblastos, osteocitos y Osteoclastos
regulan la masa ósea
• Osteoblastos:
• RunX2, Sp7 (osterix), Wnts, Lrp5 y Beta
catenina son factores cruciales para
requerido para la diferenciación de
precursores mesénquimales en osteo-
condro progenitores
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Función ósea de
la Wnt/beta
catenina
• Beta-catenina regula la comunicación entre
osteoblastos y precursores osteoclásticos
controlando la expresión de Osteoprotegerina
• La interacción RANK/RANKL que afecta la
resorción ósea.
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Función ósea de
la Wnt/beta
catenina
• Osteocitos:
• Osteoblastos diferenciados
• Embebidos dentro de la matriz ósea
mineralizada
• Comunican cambios entre las cargas
mecánicas con el ambiente extracelular
• Estimulan la reparación de facturas
• Influencian el remodelado óseo
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Wnts
• Glicoproteínas secretadas ricas en cisteína
• Involucradas en el control de la proliferación
celular – expresión génica y supervivencia de la
célula
• Witte y colegas identificaron 19 Wnts durante el
desarrollo del miembro inferior del ratón así
como en la diferenciación del cartílago
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Wnts
• Wnt1 – Wnt3a – Wnt8a y Wnt8b NO fueron
involucrados en el desarrollo óseo.
• Mak y colegas encontraron:
• Wnt2 – Wnt2b – Wnt4 – Wnt5a –Wnt10b y
Wnt11 fueron hallados en osteoblastos
murinos
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Wnt3a
Wnt5a
Wnt10b
Wnt14
Wnt3a
• Deleción germinal ocasiona muerte temprana
del embrión
• Machos heterocigotos para Wnt3a presenta
disminución de la densidad mineral ósea así
como del número de hueso trabecular
• Induce proliferación de células precursoras
mesenquimales
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Wnt5a
• Machos heterocigotos presentan
disminución de la densidad mineral ósea
e incremento en el número de adipocitos
• Estabiliza la Beta-catenina en presencia
de Fzd4 pero la inhibe al unirse al Ror2
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Wnt10b
• Directamente relacionada con la densidad
mineral ósea
• Relación indirecta con el número de adipocitos
en la médula ósea
• Bennet el al encontró en 2007 que la sobre-
expresión transgénica de Wnt10b:
• En osteoblastos maduros y adipocitos de
médula ósea incrementaban la formación
de hueso
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Wnt10b
• En modelos murinos Wnt10B inhibe la
acumulación de grasa en ratones con
predisposición a la obesidad.
• Es importante en el mantenimiento de las
células progenitoras mesenquimales
• La capacidad de Wnt10b de controlar el linaje
osteoblástico ofrece intervenciones
terapéuticas en patologías como osteoporosis y
obesidad
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Wnt14
• Expresado en tejidos donde se encuentran
condensaciones de células mesenquimales y
osteoblastos diferenciados
• Activa beta-catenina e induce la expresión de
Lef1
• Niveles elevados de Wnt14 = bloquea la
formación ósea endocondral
• Niveles bajos = Promueve la maduración de
los condrocitos y formación ósea
endocondral
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Wntless
• Proteína transmembrana
• Responsable de la secreción de los Wnts
• Wls:
• Expresada en todas las células humanas
• Deleción germinal de Wls ocasiona muerte
embrionaria temprana con defectos cráneo-
faciales
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R-
spondins
• Factores que promueven la estabilización de la
beta-catenina
• Rspo 2 y Rspo3 = Mayor potencia que Rspo1
• Interfieren con DKK1 uniéndose a
Krm2/Lrp6 previniendo la internalización de
Lrp6
• Rspo2:
• Necesaria para el desarrollo de
extremidades inferiores – osificación de las
falanges distales y adecuado crecimiento
de la tibia
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Receptores
Wnt
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Low density
lipoprotein
receptor-related
proteins LrP
Frizzleds
Lrp5
• Codificado en el cromosoma 11
• El interés en el Lrp5 en la biología se inició
mediante investigaciones genéticas del
síndrome osteoporosis pseudoglioma:
• Patología autosómica recesiva de inicio en
la juventud caracterizada por baja masa
ósea
• Otro espectro es la sobre-expresión del
Lrp5 caracterizado por alta densidad
mineral ósea con resistencia a fracturas de
alto impacto
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Lrp5
• Es requerido para la activación de los
osteoblastos mediante la vía Wnt-Beta catenina
• Actividad de Lrp5 tuvo una relación inversa con
la síntesis de serotonina a nivel intestinal por
parte de las células madre del duodeno las
cuales envían señales a los osteoblastos para:
• Influenciar y regular la formación y masa
ósea
• Niveles elevados de serotonina fueron
observados en pacientes con osteoporosis
– pseudoglioma
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Lrp6
• Contribuye a la óptima señalización de la PTH
en los osteoblastos
• En respuesta a la PTH:
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Lrp6
Se une al
receptor de
PTHR1
Es fosforilado
por la Protein-
Kinasa A
Reclutando
AxinaEstabiliza Beta
catenina
Niveles de
Tcf/Lef1
Lrp4
• Conocido como Megf7
• Regulador de la masa ósea
• Déficit de este receptor ocasionó:
• Polisindactilia:
• Alteración en el desarrollo de los
miembros inferiores y superiores
debido a modificación en la cresta
ectodérmica apical
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Lrp4
• Antagonista de la señal canónica de Wnt
mediante su unión directa a esclerostina
• Se expresa en osteoblastos y osteocitos
humanos
• Mutaciones en la región extracelular de LRP4
ocasionaba pacientes con sobrecrecimiento
óseo debido a que no podía unirse a la
esclerostina.
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Frizzleds
• Proteína de 7 dominios transmembrana
• Contribuye a la activación de la vía de
señalización de Beta catenina y la
independiente de beta-catenina
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Pacientes con
Wiilliams-Beuren
Syndrome
Baja densidad
mineral ósea
Deleción del
FZD9 en el
cromosoma 7
No se afectan
niveles de beta-
catenina
Disminuyen los
niveles de STAT1
Frizzleds
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Disminuye los
niveles de genes
estimuladores de
interferon
Codifica una
molécula similar
a la ubicuitina
Mejora la capacidad
de mineralización de
la matriz extracelular
Sobre-expresión
de Isg15
Restaura la
habilidad de
Fzd9 en los
osteoblastos
deficientes
Síndrome de
Williams-
Beuren
Síndrome de
Williams-
Beuren
• Retardo mental
• Fascies dismórficas
• Baja talla
• Anormalidades cardiacas (Estenosis aortica-
Estenosis pulmonar)
• Hiperacusia
• Hipercalcemia infantil
• Anormalidades para la marcha
Antagonistas
Wnt
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Dkk
• DKK 1 a 4
• Se unen y secuestran los
complejos de membrana Lrp5/6 y
Krm1/2 para inhibir la actividad
Wnt
• Cabe resaltar la importancia de
DKK1 – DKK2 y DKK3 en la
función osteoblástica
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Dkk-1
• Inhibidor de la vía Wnt activo en diferentes
tejidos
• Líneas de investigación sugieren que regula
la masa ósea en humanos:
• 1: Mutaciones que ocasionan
aumento de la función de LRP5
inhiben la habilidad de éste para
unirse a DKK1.
• 2: Producción de DKK1 por células
plasmáticas malignas en Mieloma
múltiple causan lesiones óseas
osteolíticas y bloquean la
diferenciación de los osteoblastos
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Dkk-1
• Datos de varios modelos animales
confirman que DKK1 suprime la señal
Wnt e inhibe la formación ósea
• Investigaciones con anticuerpos para
DKK1 han evidenciado:
• Incremento de la formación ósea a
nivel del endostio en modelos
murinos con osteopenia inducida por
oforectomía.
• DKK1 se expresa en una gran
cantidad de tejidos por lo cual su
bloque traería efectos delétereos
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Dkk-2
• Bloquea efectivamente la activación de Wnt1
dependiente de Lef1/Tcf e inhibe las vías de
diferenciación osteogénicas en osteoblastos
con artrosis
• Se observó que DKK2 activa la beta catenina
en Xenopus embryos:
• Este efecto opuesto fue mediado por Krm2
que convierte DKK2 de agonista a
antagonista de Lrp6.
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Dkk-2
• Inhibe la formación ósea en ausencia de
Wnt7b.
• En altas concentraciones de Wnt7b – DKK2
coopera en la diferenciación terminal de los
osteoblastos
• Conclusión:
• Efecto celular de DKK2 en los
ostebolastos es dependiente del
contexto celular particularmente de
niveles de Krm2 y Wnt7b
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Sfrps
• Secreted Frizzled related
proteins:
• Glicoproteínas ricas en cisteína
• Comparte homología con
receptores Fzd
• Antagonizan la vía Wnt mediante
unión directo
• Previenen la asociación de los
Fzds a la superficie celular
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Sfrp-1
• Secreted Frizzled related
proteins -1
• Incrementa la apoptosis de los
osteoblastos con disminución de la
densidad mineral ósea
• Se une a RANKL y bloque
osteoclastogénesis inducida por
osteoblastos
• Aumenta su expresión con altos
niveles de dexametasona por lo
que esta involucrada en
osteoprosis inducida por
glucocorticoides
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Sfrp-4
• Secreted Frizzled related
proteins -4
• Expresado en células madre
mesénquimales
• Realiza una regulación negativa de
la formación ósea y disminución de
la densidad mineral ósea
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Wif
• Wnt inhibitory factor -1
• Interacción directa con Wnt (Wnt3a
–Wnt4 –Wnt5a – Wnt7a – Wnt9a –
Wnt11)
• Hace parte de la vía de
retroalimentación negativa que
controla la diferenciación y
maduración de los osteoblastos.
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Esclerostina/
SOST
• Mutaciones inactivas del gen
SOST que codifica Esclerostina
ocasiona 2 desórdenes óseos
esclerosantes:
• Esclerostosis
• Enfermedad de Van Buchem
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Enfermedad
de Van
Buchem
Hiperostosis
corticales
generalisata
Enfermedad
de Van
Buchem
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• Primera documentación 1955 por Van
Buchem
• Autosómica recesiva
• Caracterizada por sobre-crecimiento
del esqueleto más frecuentemente a
nivel de la madíbula
• Mutación en el cromosoma 17 gen
SOST
Hiperostosis
corticales
generalisata
Enfermedad
de Van
Buchem
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• Aumento de diámetro externo de los
metacarpinaos
• Engrosamiento de la cortical
• Fosfatasa alcalina elevada
• Niveles séricos elevados de
osteocalcina y pro-colágeno
• Niveles urinarios elevados de N-
telopéptido
Hiperostosis
corticales
generalisata
Enfermedad
de Van
Buchem
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• Consecuencia clínica del
engrosamiento cortical a nivel del
cráneo se observa parálisis facial
• Hipoacusia – Problemas visuales
• Anomalía radiológica más frecuente =
HIPEROSTOSIS MASIVA DE LA
MANDIBULA Y EL CRÁNEO
• Esclerosis de diáfisis de huesos
largos – clavículas – costillas y
pelvis
Hiperostosis
corticales
generalisata
Esclerostina/
SOST
• A diferencia de DKK, Sfrps,
Esclerostina es producida por las
células óseas
• Se encuentra en cantidades
abundantes en el sistema
canalicular osteocítico
• Se ha observado en cementocitos
– condrocitos hipertróficos en la
placa de crecimiento – cartílago
con osteoartrosis
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Esclerostina/
SOST
• Scl se une a Lrp5/6 e inhibe su
asociación con Fzd y Wnts
• Inhibe la proliferación y
diferenciación de cultivos
osteogénicos y estimula la
apoptosis de estas células
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disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Esclerostina/
SOST
• Se han probado en roedores y
primates-no-humanos anticuerpos
contra Scl evidenciando:
• Incremento de la masa
ósea secundario a déficit
de estrógenos posterior a
oforectomía
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Esclerostina/
SOST
• Estudios de fase II concluyeron:
• Inhibidores de Scl demostraron
beneficios esqueléticos en
pacientes con osteoporosis y
otras enfermedades con
pérdida de masa ósea
• Mejoraron la fijación de
procedimientos ortopédicos
posterior a fracturas
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Sost-dc1:
Sclerostin domain
containing 1
• Factor que pertenece a la familia de
proteínas Dan/cerebrus
• Al unirse a las proteínas
morfogéneticas óseas (Bmp – bone
morphogenetic protein) neutraliza su
actividad
• Inhibe la actividad Wnt al unirse a
Lrp6
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Sost-dc1:
Sclerostin domain
containing 1
• Modelos murinos con deficiencia de
Sost-dc1 presentaron:
• Dientes extras debido a una
señalización excesiva de
proteínas morfogenéticas óseas
y consecuentemente reducción
en la apoptosis de células
odontogénicas mesénquimales
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Moduladores
Transmembrana
de la vía Wnt
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Kremen1/2 (Krm)
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• Co-receptores transmembrana para
DKK-1
• Krm y DKK1 forman complejos
ternarios con Lrp6 los cuales sufren
endocitocis reduciendo la
señalización Wnt/Beta-catenina.
Ror-2
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• Familia de proteínas de membrana
dependientes de tirosin-kinasa
• Se unen a ciertos Wnt en presencia o
ausencia de receptores Fzd para
activar vías de señalización NO-
dependientes de beta catenina
• Wnt5a induce la formación de un
complejo Lrp5/6 – Ror1/2 y Fzd2.
Ror-2
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• Mutación de Ror2 ocasiona:
• Braquidactilia dominante tipo B
• Síndrome Robinow
Síndrome
Robinow
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• Autosómica recesiva
• Displasia esquelética severa:
• Acortamiento de miembros
inferiores
• Huesos cortos
• Defectos en la columna dorsal
• Braquidactilia (dedos cortos)
• Fascies dismórficas
Fosas nasales elevadas -boca
grande - hipertelorismo
Síndrome
Robinow
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• Se ha observado en comunidades
donde se presentan matrimonios
entre miembros que comparten
consanguineidad
Vértebras segmentadas
anormalmente y Fusión de
costillas
Mano con braquidactilia
Beta-catenina
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• Proteína nuclear y citoplasmática
• Codificada por el gen Ctnnb1
• Factor clave para la ejecución de
cascadas de señalización incluida la
vía canónica de la Wnt
• Esencial para el desarrollo
embrionario
• Mutaciones que ocasionan
hiperactivación desarrollan patología
oncológica
Beta-catenina
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• El enlace Wnt a Lrp5/6 y receptores
Frizzled:
• Inactiva el complejo de
destrucción beta catentina
compuesto por:
• Apc
• Axina
• Ck1
• Gsk3
• Wtx
Beta-TrCp (ligasa
ubicuitina E2
Beta-catenina
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• Al acumularse la beta-catenina es
transportada al núcleo donde
interacciona con factores de
transcripción como Lef1/Tcf
• Regulando numerosos genes como
la axina 2
Beta-catenina
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• Proteólisis de la beta catenina es
ocasionada por la fosforilación de
una gran cantidad de residuos de
serina en su porción N-terminal
llevada a cabo por:
• CK1
• Gsk3beta
• Deleción del exon 3 de Cnnb1
remueve estos residuos produce
mutación de una proteína que
ocasiona hiperactivación de la
vía
Beta-catenina
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• Esencial para el control de las
células mesénquimales así como
para la comunicación entre formación
y Resorción ósea
• Deleción de Ctnnb1 en progenitores
mesenquimales ocasiónó:
• Defectos en la formación
esquelética
• Reducción de la mineralización
• Osteoblastogénesis defectuosa
• Condrogénesis ectopica
Beta-catenina
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• Osteoblastos y Osteocitos deficientes
en Ctnnb1:
• Producen menor cantidad de
Osteoprotegerina
• Ocasionando mayor interacción
RANK/RANKL y promoviendo la
resorción ósea
Beta-catenina
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• Incremento de la actividad de beta-
catenina mediante la deleción del
exón 3 en osteoblastos y osteocitos
maduros ocasiona:
• Osificación excesiva al reducir el
número de osteoclastos
Funciones de
beta-catenina
diferentes de Wnt
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• Asociación con cadherinas para la
regulación del crecimiento epitelilal,
adhesión celular y migración.
• Sobre-expresión de N-cadherina
inhibe la proliferación de los
osteoblastos bloqueando la wnt3a –
PI3K/Akt y Erk.
• Une la membrana al citoesqueleto de
actina con el fin de transmitir señales
inhibitorias del crecimiento celular.
• En el caso de la homeostasis
señales acerca de la tensión
mecánica
Funciones de
beta-catenina
diferentes de Wnt
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• Fuerzas mecánicas activan Lef/Tcf y
promueven la localización nuclear de
beta-catenina en células óseas
• Osteoblastos del cráneo de modelos
murinos evidenciaron:
• Fuerzas mecánicas biaxiales
incrmentaron los niveles de beta
catenina a nivel nuclear
mediante la activación de Akt e
inhibición de Gsk3beta
Funciones de
beta-catenina
diferentes de Wnt
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• Inhibición de Gsk3beta por fuerzas
mecánicas:
• Estimula la señalización Nfatc1 y
beta catenina induciendo
Osteogénesis e inhibiendo
adipogénesis
• Regulador la osteoclastogénesis:
• Dosis mínima de beta catenina
fue requerida para inducir la
proliferación de los progenitores
osteoclasticos
Apc
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• Gen supresor de tumor
• Proteína ligada a beta catenina
• Defectos en Apc ocasionan poliposis
adenomatosa familiar:
• Condición autosómica dominante
premaligna
• Usualmente progresa a cáncer
de colon
Apc
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• Función principal de Apc es inhibir la
actividad de beta catenina
• Es el andamio junto con otros
componentes del complejo de
destrucción de Beta-catenina a nivel
citoplasmático
• Se asocia con beta catenina a nivel
nuclear para prevenir su unión a los
factores de transcripción Lef/Tcf.
Axina 1 y 2
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• Proteínas adaptadoras requeridas
para el ensamblaje del complejo de
destrucción de la beta-catenina que
incluye:
• Gsk3beta
• Dvd
• Apc
• Wtx
Axina 1 y 2
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• En presencia de ligandos Wnt:
• Axina y otros componentes del
complejo de destrucción son
reclutados por Lrp5/6 en la
membrana celular facilitando la
señalización cascada abajo.
• Modelos murinos con Knockout de
axina 1 fallecieron por defectos en el
tubo neural.
Axina 1 y 2
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• Axina 2:
• Patrón de expresión más
restringido
• Regulada por la señal Wnt/Beta
catenina/Tcf
• Expresión de axina 2 inhibe la
diferenciación de los condrocitos
Gsk3-beta
(Glycogen synthase
Kinases 3 alpha
and beta)
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• Enzimas serina/treonina altamente
conservadas
• Participan en las vías de señalización
canónica y no-canónica de la Wnt
• Función: Fosforilación de múltiples
componentes de la vía Wnt
incluyendo:
• Beta catenina –Axina - Apc
Gsk3-beta
(Glycogen synthase
Kinases 3 alpha
and beta)
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• Fosforilación de la región N-terminal
de la beta catenina a cargo de Gsk3
promueve su degradación por el
proteasoma 26s
• En respuesta a ligandos:
• Gsk3 se moviliza a la membrana
y fosforila receptores Wnt como
Lrp5/6
• Resulta en la formación de
complejos multiproteícos como el
SEÑALOSOMA
Gsk3-beta
(Glycogen synthase
Kinases 3 alpha
and beta)
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• Inhibición de Gsk3 promueve la
formación ósea in vivo
• Modelos murinos con knockout de
Gsk3Beta no sobrevivieron a la
embriogénesis.
Wtx ( FAM123B –
OSCS – AMER1)
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• Gen de supresión tumoral
• Localizado en el cromosoma X
• 30% de individuos con tumor de
Wilms presentan mutaciones
somáticas
• Se une directamente a beta-catenina
– Apc – Axina 1/2 convirtiéndose en
miembro del complejo de destrucción
beta-catenina
Wtx ( FAM123B –
OSCS – AMER1)
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• Pérdida de función por mutaciones
de Wtx incrementa la inestabilidad de
la beta catenina
• Inhibición de la adipogénesis en
modelos deficientes de Wnt
Displasia
esquelética
esclerosante
ligada a X
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Caracterizada por:
• Mutación a nivel germinal del
WTX
• Incremento de la densidad ósea
• Malformaciones cráneofaciales
en mujeres
• Incompatibilidad con la vida en
hombres
• Retardo mental
• Convulsiones
Displasia
esquelética
esclerosante
ligada a X
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Caracterizada por:
• Macrocefalia
• Paladar hendido
• Esclerosis de huesos largos y
cráneo
• Estrías óseas longitudinales
observadas en radiografías de
huesos largos, pelvis y escápula
• Frente amplia
• Hipertelorismo
• Micrognatia
• Radiografía con estrias
longitudinales en huesos
largos
Factores de
transcripción Tcf7
y Lef1
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• Tcf = T cell factors 7
• Lef1 = lymphoid enhancer binding
factor 1
• Son proteínas nucleares asociadas a
la señalización Wnt/beta catenina
• Se unen a la secuencia YCTTTGWW
mediante su adhesión al dominio C-
terminal de secuencias DNA con
regiones N-terminal de la beta
catenina
Tcf7 (T cell factors
7)
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• Knockout de Tcf7 evidenció:
• Reducción de masa ósea:
• Aumento del número de
actividad de los osteoclastos
• Disminución de niveles de
Opg
Lef1 (lymphoid
enhancer binding
factor)
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• Deficiencia en Lef1 evidenció:
• Incompatibilidad con la vida por
defectos multiorgánicos como
consecuencia de imposibilidad
de interacciones entre células
mesénquimales y epiteliales
• Masa ósea no puedo ser medida
en estos modelos debido a la
temprana letalidad post-natal
Lef1 (lymphoid
enhancer binding
factor)
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• Deficiencia en Lef1 evidenció:
• Hembras heterocigotas observó:
• Disminución de hueso
trabecular
• Reducción en la actividad de
osteoblastos
Hipoxia
• Otro regulador de la formación osteoclástica es
la tensión de oxígeno
• Al reducirse la tensión de oxígeno se:
• En presencia de M-CSF y RANKL se
aumentan el número y tamaño de los
osteoclastos incrementando la resorción
ósea
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Hipoxia
• Acciones de la hipoxia sobre la
osteoclastogénesis son mediadas por:
• HIF (Hypoxia inducible factors) 1 alfa o 2
alfa
• Se evidenció cuando los modelos murinos
deficientes de Fra-2 presentaban
osteoclastos gigantes debido a que sus
huesos eran hipóxicos y expresaban
cantidades elevadas de HIF-1 alfa.
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Hipoxia
• La respuesta trófica de los precursores
osteoclásticos a la hipoxia refleja su origen
mieloide.
• Al exponerse el hueso a bajas tensiones de
oxígeno se estimula la formación osteoclásticay
sugiere las numerosas condiciones
fisiopatológicas a las que el hueso se expone
en:
• Inflamación
• Fracturas
• Infecciones
• Tumores
• Diabetes
• Tabaco
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Hipoxia
• Los osteoclastos son células ricas en
mitocondrias lo cual les permite realizar
glicólisis para suplir sus altos contenidos
energéticos
• Estos organelos también les permite a los
osteoclastos hipóxicos prevenir la apoptosis
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Funciones de los
Osteoclastos
• Para que ocurra la resorción debe suceder:
• Reclutamiento de osteoclastos
• Adhesión a las superficies óseas
• Polarización y activación de la
maquinaria de resorción
• Movilización a otra localización o
Apoptosis
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Reclutamiento
de los
osteoclastos
• Reclutamiento de osteoclastos
• Ocurre a partir de células progenitoras
mediante la producción local de M-CSF y
RANKL
• Ostoclastos maduros son altamente
móviles con habilidad de migrar a varios
lugares.
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Reclutamiento
de los
osteoclastos
Componente
estructural de la
matriz ósea
orgánica es
insoluble
Protegido por
osteoblastos
TGF beta
liberado por la
matriz ósea y el
daño local
Reclutan
Osteoclastos a
regiones que
requieren
remodelado óseo
Cuerpos apóptosicos
de los osteocitos y
RANKL producido
por osteoblastos
Promueven la
Osteoclastogénesis
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Adhesión –
Polarización y
Resorción
Adhesión de los
osteoclastos a la
superficie ósea
Mediado por la
integrina ⍺vℬ3
(receptor de
vitronectina)
La integrina hace
parte de un
complejo
dinámico de
adhesión
Conocido como
PODOSOMAS
Contienen
filamentos de actina
– cortactina –
paxilina – CD44
Proteínas de
adhesión como
Vinculina y Talina
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Adhesión –
Polarización y
Resorción
Sobre substratos
ricos en
minerales
Los podosomas se
organizan en un
denso anillo
conocido como
ZONA DE SELLADO
Ancla los osteoclastos
y los aísla a un
compartimiento
donde se inicia la
destrucción
Formación del
podosoma
controlada por
Señales que
involucran
tirosin Kinasa
C-Src
GTP asas
de la
familia
Rho
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Ratones
deficientes de Src
tienen fenotipo
Osteopetrosico
Rho-GTPasas: son
reguladores claves
de la motilidad del
citoesqueleto de
actina
Al interior de la
zona de sellado
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La membrana de
los osteoclastos
genera el borde
en cepillo
Rho-GTPasas: son
reguladores claves
de la motilidad del
citoesqueleto de
actina
Al interior de la zona
de sellado la membrana
celular del osteoclasto
genera el borde en
cepillo
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Borde en cepillo:
Zona con pliegues
que permite un área
de superficie de
interacción con la
superficie ósea
Al interior de esta
membrana se
encuentra el canal
vacuolar H/ATP
asa
Transporta protones
del interior del
osteoclasto hacia la
zona de sellado
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Los protones
secretados el canal v-
H+ATPasa derivan del
ácido carbónico
Su formación
citosólica está a
cargo de la
anhidrasa
carbónica II
Los iones bicarbonato
residuales se intercambian
pasivamente con Cl- en la
membrana baso-lateral del
osteoclasto
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Localizado en el borde
en cepillo hay un canal
de cloro (ClC-7)
Permite el paso de
Cl al espacio de
resorción
La pérdida de función de
este canal resulta en
OSTEPETROSIS SEVERA
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Reportes recientes
indican que este canal
también media el
intercambio Cl-/H+
El ambiente ácido de la
zona de sellado disuelve
el hueso mineral
constituido por
Hidroxiapatita
El ácido secretado es
neutralizado por los grupos
hidróxilo de la
hidroxiapatita
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La degradación del
componente orgáncio
de la matriz ósea el
cual es un 90%
colágeno tipo I
Es primariamente llevado
a cabo por la acción de la
CATEPSINA K
Enzimas cisteína proteasas
expresadas por los
osteoclastos activados y
transportadas en vesículas
hasta el borde en cepillo
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Catepsina K
• Degrada el colágeno tipo I con una actividad
óptima a Ph de 6,0.
• Degrada las 3 cadenas de la triple hélice de
colágeno así como los telopéptidos generando
fragmentos de 70-80 Kda de peso
• Mutación de catepsina K = Picnodisostosis
(Osteoesclerosis – talla baja – malformaciones
esqueléticas)
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Catepsina K
• Enzima expresada por los osteoclastos
• Genera especies reactivas de oxígeno que
ayudan a la degradación de la matriz
• No juega un papel crítico en la resorción ósea
• Modelos murinos con deficiencia de TRAP
evidenciaron Osteopetrosis leve.
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Catepsina K
• Los largos fragmentos de colágeno generados
por la acción de la catepsina K sufren
endocitosis por el borde en cepillo del
osteoclasto.
• Atraviesan el citoplasma y se transportan
mediante exocitosis a través de la membrana
celular hacia el espacio extracelular donde son
degradados por metaloproteinasas
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Activación de los
osteoclastos
• Cultivos celulares sugieren que los iones
HIDRÓGENO y el ambiente ácido activan
directamente los osteoclastos
• Osteoclastos maduros se encontraban
inactivos a un pH de 7,4 correspondiendo al ph
fisiológico
• A medida que el pH se reducía hasta alcanzar
6,8 se iniciaba la formación de lagunas de
resorción
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Activación de los
osteoclastos
• El microambiente ácido aumenta el tamaño de
los osteoclastos
• La rápida acidificación del ambiente
extracelular estimula:
• Formación de zonas de sellado y
podosomas
• Expresión de anhidrasa carbónica tipo
II
• Expresión de canal vacuolar H+-
ATPasa, catepsina K, TRAP y TRAF
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Activación de los
osteoclastos
• Al disminuir el pH se activa el factor nuclear
NFATc1 a niveles comparables a los
observados cuando se activa en presencia de
RANKL
• La acidosis NO ocasiona la inducción de la
translocación nuclear de NF-kB
• Acidosis y RANKL ocasionan la elevación
transitoria de Ca++ libre intracelular en los
osteoclastos
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Activación de los
osteoclastos
• Mecanismos mediante los cuales los
osteoclastos censan el pH extracelular no están
aun esclarecidos:
• Entre las posibilidades se destaca la
presencia de canales sensibles al pH y
receptores de superficie celular
• Respuesta a cambios en el pH
citoplasmático
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Activación de los
osteoclastos
• Muchas de las potenciales causas de acidosis
sistémica se asocian con pérdida ósea como:
• Enfermedad renal y respiratoria
• Gastroenteritis
• Ejercicio anaeróbico
• Diabetes
• Edad avanzada
• Isquemia /Hipoxia
• Inflamación
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Activación de los
osteoclastos
• Células dendríticas las cuales comparten
origen mieloide con los osteoclastos muestran
mayor activación a pH ácidos
• La activación de los osteoclastos por el ácido
puede considerarse como un mecanismo de
respuesta homeostático primitivo con el fin de
corregir la respuesta a la acidosis sistémica:
• Incrementando la liberación de
hidroxiapatita
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Activación de los
osteoclastos
• Una vez activados por la acidosis los
osteoclastos pueden ser estimulados por
factores como:
• RANKL
• PTH
• 1,25 hidroxi Vitamina D 3
• ATP/ADP
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Activación del
Osteolasto
Acidificación del
ambiente
Acción de la PTH
mediante su
receptor tipo 1
PTHr1
Estimula la
resorción
Inhibidor de la
función
Osteoclaástica es
la OPG
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Supervivencia de
los Osteoclastos
• Factor clave de la supervivencia de los
osteoclastos es el balance entre RANKL y OPG
• Disminución del RANKL – e incremento de
OPG promueve la apoptosis de los
osteoclastos
• Otros factores involucrados:
• Hipoxia prolongada
• Acidosis severa
• Altas concentraciones de ATP
Sapir-Koren R, Livshits G, et al. Bone mineralization and Regulation of Phosphate Homeostasis.
IBMS, bone Key.2011;286-300
GRACIAS