Biologia molecular y celular del hueso alveolar

BIOLOGIA
MOLECULAR Y
CELULAR DEL
HUESO ALVEOLAR
Profesor: Dr. Juan Carlos
Munévar

Angélica María Hernández
ANGELICA MARIA HERNANDEZ

ASPECTOS
ANATOMICOS Y
MORFOGENESIS

Angélica María Hernández

HUESO
CARACTERÍSTICAS
FUNCIONES

CLASIFICACIÓN COMPOSICIÓN OSIFICACIÓN

INTRAMEMBRANOSA

HISTOLOGICA MACROSCOPICA ORGANICA INORGANICA

ENDOCONDRAL

CÉLULAS MATRIZ
LAMELAR COMPACTO

PROGENITORAS PROT.
RETICULAR STEM COLAGENAS
WOVEN BONE PERICITO
TRABECULAR CRISTALES
PROT. NO
FASICULADO DE
OSTEOBLASTO COLAGENAS
BUNDLE BONE HIDROXIAPATITA

PROTEOGLU
OSTEOCITO CANOS
COMPUESTO OSTEON
FACTORES
OSTEOCLASTO SOLUBLES
BMPs
TGF B

TEJIDO OSEO
 Estructura altamente especializada
 Sistema de Havers u osteón

Morfológicamente

Osteoblastos Osteocitos

Celula osteogénica Osteoblastos
embebidos en la matriz

Osteoclasto sistema fagocitario

Origen mesenquimatoso
Pericito

Célula pluripotente sin
estimulo que induzca
diferenciación

Estímulo nuevo tejido

Osteoide

OSTEOCITO
S


OSTEON


ANTECEDENTES
Suzuki et al (1992-1993) células óseas
de conejos adultos formaron nódulos
mineralizados con características de
hueso

Nefussi et al (1994) aislamiento de células
hueso alveolar humano (tejido osteogénico
de 2 sem.) obtuvieron hueso en cultivo


HUESO ALVEOLAR

ESTRUCTURA PRIMARIA DE SOPORTE
DEL DIENTE

REMODELADO CONTINUO

ERUPCION DENTAL DEMANDA MASTICATORIA

Remodelado rápido Adaptación posicional de los dientes


HUESO ALVEOLAR
HUESO
FASCICULADO

Capas en orientación paralela en dirección corono-apical del diente

Orientaciónoblicua desde la capa lamelar del
FB. SHARPEY hueso que bordea la pared alveolar
Continuas con Fb. del LP

PAREDES LINGUAL Capa gruesa externa formada por las corticales se
Y VESTIBULAR DEL extiende desde el hueso mandibular
PROCESO
ALVEOLAR Formada en su mayoría por hueso esponjoso


HUESO
FASCICULADO

1. Fb. LP insertándose en
hueso
2. Fibras de Sharpey en
el hueso fasciculado
3. Línea de reposo
4. Fb. De Sharpey
5. Sistemas Haversianos


 Hueso Esponjoso numerosos espacios medulares
 Pequeños espacios endosteos presentes en el hueso cortical
 Espacios endosteos se extienden dentro y se continúan con LP


OSIFICACION


HUESO MADURO E INMADURO


OSIFICACION INTRAMEMBRANOSA


OSIFICACION ENDOCONDRAL


ORGANIZACIÓN
TISULAR Y
CELULAR

Angélica María HERNANDEZ
ANGELICA MARIA Hernández

COMPONENTES
CELULARES
CELULAS
OSTEOGENICAS
 Osteoblastos CELULAS
 Osteocitos OSTEOCLASTICA
 Bone-lining cells S
(Células de
revestimiento
óseo)


CELULA STEM

PROLIFERACION DE
CELULAS STEM

TENDOGENESI
S
OSTEOGENESIS CONDROGENESIS MIOGENESIS ESTROMA OTRO
MEDULAR LIGAMENTO S
GENESIS

OSTEOBLASTO CONDROCITO C. TRANSITORIA TENDON,LIG.
MIOBLASTO ESTROMAL
TRANSITORIO TRANSITORIO FIBROBLASTO

FUSION
CONDROCITO
OSTEOBLASTO MIOBLASTICA
S

TENDON
MIOTUBULO
OSTEOCITOS LIGAMENTO

CONDROCITO
HIPERTROFICO C. ESTROMAL

OSTEOBLASTOS


Hueso Intramembranoso

Osteoblastos
provenientes de
condensación
del mesenquima en la A
región VESTIBULAR

Inicia formación del hueso alveolar de B
cada diente


CARACTERISTICAS
Células de origen Responsables de la producción de
matriz orgánica del hueso
Mesenquimatoso
Pueden producir un continuo
Presentes en la remodelado de las fibras del LP
periferia de los huesos
Etapa de crecimiento Las células se encuentran en
contacto mediante prolongaciones
cortas y delgadas
Células cuboidales o
ligeramente elongadas En la superficie externa del alvéolo,
se posicionan acomodándose a las
Poseen la mayor actividad interdigitaciones de las Fb. de
secretoria celular en el hueso Sharpey


Presenta un gran núcleo ubicado en región basal y un nucleolo muy
notable

Citoplasma basófilo en extremo gracias a la presencia de
nucleoproteína de ribosa
Relacionada con la síntesis de componentes orgánicos de la matriz
ósea
(colágeno y Glicoproteínas)

Con métodos de tinción se observa:
Citoplasma con gránulos
Citoplasma con gránulos
Diplosoma Apto de
Diplosoma Apto de Mitocondrias
Mitocondrias que pueden contener:
que pueden contener:
Golgi yynucleo bien
Golgi nucleo bien abundantes yy precursores de
abundantes precursores de
desarrollados
desarrollados alargadas glucosaminoglucanos de
alargadas glucosaminoglucanos de
la matriz
la matriz

CORTE HISTOLOGICO

C

D

Desarrollo embriológico y Maduración, fibras
diferenciación Osteoblástica colágeno y LP


 Lámina con perforaciones de osteoblastos
contiguos

 Fb.del LP en continua remodelación

 Interacciones fibroblasto –osteoblasto (interfase
tej blando-duro)

 Simultáneamente inserción de las Fb. LP al
hueso


Remodelado

 En la superficie
alveolar causa leve
desinsercion de las
Fb del LP

 Permite mantener
función biomecánica


CARACTERISTICAS

Células post –mitóticas estadio secretor
Citoplasma REG, apto Golgi, gránulos
secretores y microtúbulos, mitocondria,
lisosomas (endosoma), citoesqueleto.
Matriz Colágeno tipo I , proteínas no
colágenas y proteínas del plasma


Osteoblastos Secretan
matriz colagena
Contiene Fosfatasa alcalina
OSTEOIDE matriz
recién sintetizada y sin
calcificar Enzima relacionada con la
Abundantes mitocondrias elaboración de la matriz y su
matriz mitocondrial con calcificación.
granulos de fosfato de Ca Degrada los inhibidores locales
electrodensos asociados a de la calcificación en la matriz y
glicoproteinas. libera iones fosfato de los
Las mitocondrias regulan el substratos
Ca+ y PO4 en el citosol.


Weinstock et al
(1972,1973 y 1979)

Deposicion de Fosfoproteína y/o
Glicoproteina dentro del osteoide y
predentina con subsecuente acumulación
en el frente de mineralización

Liberación de proteínas no colágenas

Inicialmente en la base de los procesos celulares
osteoblasticos y del cuerpo celular


Proteínas asociadas
a colágeno Nueva matriz

•Se difunden dentro del osteoide
Proteínas •Afinidad con la hidroxiapatita
acídas •Se acumulan en el frente de
mineralización

Proteínas de la matriz •Presencia de gránulos secretores
en algunos osteoblastos


Formación fibras de colágeno

Filamentos ensamblados
extracelularmente dentro de
fibrillas estriadas para formar el N
osteoide

N
Liberados por
Osteoblastos

Microscopia electrónica : pequeños focos de mineralización
dentro del osteoide

Nódulos

La mayoría se acumula en
la fuente de Algunas proteínas del
mineralización y a plasma y no colágenas
través de la matriz ósea pueden aparecer cerca
mineralizada

Morfológicamente
Cambios en REG y Apto de Golgi


Secreción MEC (Osteoblastos)
Presencia de colágeno tipo I en REG (Ob) y Aparato de Golgi

N

AG

REG
Ultraestructura del osteoblasto.
En el extremo superior segmento del núcleo.
Cercano al núcleo, se observan las vesículas
dilatadas del Apto. Golgi de contenido gris claro
El resto del citoplasma esta ocupado por
abundantes cisternas del REG


La Estimulacion de los receptores Integrinas por péptidos RGD en
osteoblastos, que ocurre después de la adhesión de las proteínas
de la ME como la fibronectina
Induce
Expresión y nueva síntesis de Osteopontina
Osteoblasto receptores para la paratohormona y
DihidroxiVitamina D3

Osteoblastos prolongaciones digitiformes con abundantes
microfilamentos se extienden hacia la matriz ósea en desarrollo
para hacer contacto con prolongaciones de osteoblastos vecinos


OSTEOBLASTOS

Apoptosis Células de
revestimiento
Matriz óseo

Osteocitos

 Lagunas
 Células rodeadas de
matriz


Clasificación Características

Menos organelos secretores
Progresivo
encasillamiento pero igual capacidad de
dentro del osteoide y secreción de proteínas
luego en la matriz Mas pequeños que los
osteoblastos
El núcleo ocupa gran proporción
de la célula
Formación Rodeadas de matriz perilagunar
Cambios del Osteolisis osteocitica
medio
extracelular y
metabólicos
intracelulares


Numerosos y extensos procesos celulares

Se ramifican a través de hueso en canalículos que hacen
contacto via Gap junctions con otros procesos de otros
osteocitos, osteoblastos o células de linaje oseo.

 Aislados espacialmente dentro de una
densa matriz mineralizada


Osteoblastos
osteoponti na
Osteopontina

Líneas de cem ento

Fb. Sharpey

F b. Colágenas del LP

Lámina l imi tante

Matri z rica en
ost eopont ina
Canal íc ulos


BONE-LINING CELLS
(CELULAS DE
REVESTIMIENTO
OSEO)

Cubren
la mayoría
de superficies oseas
quiescentes en el
esqueleto adulto Producen
sustancias locales
reguladoras

 Disminución de modificar la
composición de la
organelos indica capa laminar
poca actividad limitante
secretora


Osteoblastos
Fenotipo final de la activación de la
secuencia de remodelado oseo

Bone lining
cells
Destino final

Apoptosis
Estudios en aves adultas (Bowman et al 1986) tienen potencial
osteogénico, proliferan al ser estimuladas con estrógenos y
contribuyen a la formación de hueso reticular medular (woven bone)


CARACTERISTICA
S
Con los osteocitos forman
 Células de morfología una red extensa
plana extensa homeostática
 Papel importante en la
homeostasis de la línea capaz de regular la
celular (Compartimentos concentración de calcio en
de la matriz ósea) el plasma
 Influencian metabolismo
de calcio y fosfatos , con mecanismos
sustancias externas y la independientes a los
iniciación de eventos que relacionados con el
activan la secuencia de
remodelado óseo sistema de remodelado
óseo.


OSTEOCLASTOS


Se diferencia a partir del
linaje
monocito/macrofago.
Se forman en la médula
osea a partir de una
CFU – GM.
Llegan al hueso a través
del torrente sanguíneo
donde se diferencian a
pre-osteoclasto
mononucleados.

Reabsorción ósea
Rta a factores biológicos reguladores y fuerzas
funcionales

Principio fundamental

Acoplamiento entre reabsorción y
formación ósea


CARACTERISTICAS

Multinucleadas
Presencia de Actina-vinculina y talina en
la Zona Clara (marcada) en el citoplasma
que delinea la región central de las capas
de membrana
Prolongaciones en forma de dedo que
forman en borde rugoso (Ruffled border)


Zona basal con rechazo de núcleos

Mitocondrias y
microfilamentos

Zona de vesículas

Red terminal Zona clara

Fb. Colágenas e la
matriz ósea

Ruffled border

Laguna de Howship


Reabsorción ósea

Matriz extracelular acidificada

Enzimas membrana rugosa
Acción combinada

Tartrato-resistentes
Vanadato sensitivas Acido Adenosin trifosfatasa
Isozyma carbonico anhidrasa II
Bomba-proton Adenosin trifosfatasas


Diferenciación osteoclástica

Cambios morfológicos

Pequeñas y largas
vesículas – vacuolas Cerca al bode rugoso
citoplasmaticas con
contenido de catepsina

Actividad reabsorción

Preosteoclastos se fusionan y forman osteoclastos multinucleados
maduros

Preosteoclastos capacidad de reabsorción ósea .

Osteoblastos secretan IL-6 e IL-11 actúan como moléculas
señal e inducen diferenciación y fusión del Osteoclasto


ORIGEN
OSTEOCLASTOS

Origen de monocitos
Células dendríticas
(MO) en sangre Maduran en macrófagos tisulares
(MAC) u otros dos tipos de células (DC) u Osteoclastos
que migran a especializadas
(OC)
varios tejidos


DIFERENCIACION

Derivado de la CFU – GM

Comparte caracteristicas
fenotípicas con monocitos
circulantes y macrofagos
tisulares.

El Factor de transcripción PU1
induce a la diferenciación de
macrofagos y osteoblastos.


DIFERENCIACION
Pre-osteoblastos responden
a factores osteotroficos como
la Vit. D3, PTH ( Hormona
Paratiroidea), PTHrP (proteina
relacionada con la hormona
paratiroidea)

Responsables de la
producción del M-CSF (factor
estimulador de colonias de
macrofagos) y ODF (factor
derivado del osteoblasto igual
al RANK)

ODF y M – CSF

Proliferación, supervivencia y diferenciación del osteoclasto.

Precursores del osteoblasto
ayudan a la diferenciación del
osteoclasto.

IL-6 e IL-11 y oncostatina M se
Modulado por el
producen en respuesta a la
vitamina D3 y PTH osteoblasto.

ODF (RANK) + ODFR (RANKL)
activan

Involucrado en el aumento de la

NF-kB expresión de genes que juegan un

rol en la diferenciación y función del

osteoclasto.

C-fos y Mitf (Factor de Transcripción Mi)

Expresan factores de transcripción involucrados

en la diferenciación del osteoclasto.


PU1
(factor esencial.)

Formación de pre-osteoclasto mononucleado

M-CSF y ODF (producidos por el

osteoblasto)

osteoclasto multinucleado


M-CSF

Permite que se expresen el C-fos y Mi ;
señalización del ODF

Activa el NF-

kB

Activa genes para la conversión de preosteoclasto en osteoclasto.


OSTEOPROTEGERINA
Falso receptor para el Rankl
 Glicoproteina secretada en
altas cantidades en el hueso
en desarrollo
 OPG (no señal) de la familia
TNFR relacionado con el Fas
y el TNFR1.
 OPG actúa como falso
receptor para el RANKL

•La OPG se une al RANKL y evita la unión con el receptor
RANK del osteoclasto.
•La PTH induce expresión del RANKL e inhibe la expresión
de OPG


Pre-osteoclasto Apoptotic Pre-osteoclasto
Mononuclear
stem cell
RANKL
bloqued by
Stromal OPG
cell

RANK
RANKL Mature osteolytic
OPG Osteoblasto osteoclast

Bone Matrix


CCL23
Quimioquina originalmente
reportada como MPIF-1 (Factor
Inhibitorio progenitor Mieloide 1).
Rol en la formación de hueso
Potente quimioatractante para los
precursores de osteoclastos pero
no para los osteoclastos
diferenciados o los osteoblastos.


FORMACIÓN
ÓSEA
Involucra

PROLIFERACION Y DIFERENCIACION DE
CÉLULAS STEM ESTROMALES

FORMACION
OSTEOBLASTO
El Proceso de Diferenciación es Controlado por

Regulación de Genes

Combinación de
Programación Genética
Hormona Citoquinas
s
Factores de crecimiento

RECEPTORE
S

PTH-R IL-1 R GM-CSF
IL-6 R
Receptor VIP-R
M-CSF
receptor CD-116 CGRP-R

BMP-R TGF-b

TGF-a Dexametasona IGF-R
Vit D3-R
receptor


HORMONAS REGULADORAS DE
HORMONA
CALCIO
VITAMINA D3
PARATIROHIDEA (PTH)
•Potente estimulador de osteoclastos en
•Estimula la reabsorción cultivos celulares.
•No actúa en osteoclastos •> concentraciones aumentan síntesis de
en ausencia de células del osteocalcína (osteoblastos) e inhibe
linaje osteoblastico. síntesis de colágeno.
•< concentraciones aumentan formación
de hueso.
•Abundantes receptores
para osteoblastos y no
osteoclastos.
CALCITONINA
•Actúa en osteoclastos •Inhibe la resorción ósea por la actuación
causando contracción
directa en el osteoclasto.
celular induciendo
inmediatamente la •Rol importante en la regulación de la
respuesta génica, incluido: producción ósea en adultos.
c-fos e incrementa la
sintesis de mediadores
locales incluidos: GFI-1 e
IL-1. ANGELICA MARIA HERNANDEZ

OTRAS HORMONAS
SISTEMICAS
HORMONAS GONADALES
HORMONA DE GLUCOCORTICOIDES
CRECIMIENTO
• < Niveles incrementan la actividad osteoclastica.
•Estrógenos y andrógenos
•Estimula el crecimiento críticos en el ∀⇑ niveles inhiben mantenimiento
desarrollo y dicho mecanismo.
cartilaginoso esquelético.
∀⇓ Estrógenos y Andrógenos Incrementan la reabsorción ósea in vivo, por el
HORMONA TIROHIDEAincremento local de citoquínas como:
INSULINA

•Importante en el desarrolloIL-1, TNF o IL-6 y Prostaglandinas.
• cartilaginoso
•Mejora la respuesta en la hormona de •Actúa e el crecimiento normal del hueso.
crecimiento •Producción excesiva conduce a un inadecuado
•Estimula la reabsorción ósea y la replicación proceso de mineralización
celular •La insulina parece no afectar la resorción ósea


PTH

Pre-osteoblasto

Adenilciclasa Inositol (IP3)
+ +
Proteína G Diacilglicerol (DG)

AMPc
Ca ++

Involucra regulación Estimula el aumento
de Canales de Ca+ de Ca+ intracelular

REGULADORES LOCALES

•Interferón γ puede inhibir la resorción por la
inhibición de la diferenciación de los osteoclastos.

FACTOR DE CRECIMIENTO TRANSFORMANTE β (TGFβ) Y
FACTOR DE CRECIMIENTO EPIDERMAL (EGF)
•Estimulan la resorción ósea.
•Potentes mitógenos en el hueso y probablemente actúa en
ambos precursores  Mesenquimatoso y Hematopoyético


REGULADORES LOCALES

CITOQUINAS

•IL-1α,IL-1β,TNF y TNFβ, son potentes estimuladores de la
resorción ósea e inhibición de formación ósea.
•IL-6 : Producido por osteoblastos estimulados por PTH y la
Prostaglandina E2.
E2
•Incrementa la osteoclastogénesis en cultivos celulares.
•IL- 4: Inhibe la resorción y la síntesis de prostaglandinas en
4
células óseas


IL-1 / Receptor
 Citoquina potente, estimulador
reabsorción ósea.

 Inhibe formación ósea.

 Estimulacion de la formación de
prostaglandinas (estimulo osteoclastos)

 Modulación de la expresión génica
de varias proteínas
(citoquinas, enzimas, inhibidores de
enzimas, y proteínas de MEC)


IL-1
 Producida por células
osteoblasticas (actividad
autocrina/paracrina)
•Potente inhibidor de la
 Interacción con otros formación ósea.
factores osteotroficos.
•Inhibe la síntesis de
 Involucrada en osteocalcina por el osteoblasto.
patologías ósea.
•Estimula la formación de
 Actúa como mediador osteopontina
de la señalización
osteoblasto-osteoclasto


IL-6 Cytokine Receptor Family.
IL-6
Gp-130 LIF
OSM
IL-11 CNTF OSM
CT

IL-6Rα CNTRFα

gp 130 IL-11Rα gp 130
gp130 LIFRβ gp130 OSMRβ

IL-6
 Estimula el remodelado óseo

 Coestimula otras citoquinas.

 Estimula la activación del osteoblasto

 Estimula procesos de osteoclastogenesis.

 Promueve reabsorción ósea por Estimulacion de la
producción de fosfatasa alcalina.


PROSTAGLANDINAS

• Potentes reguladores del metabolismo
óseo y sintetizado por muchos tipos
celulares.
• La producción en hueso es regulada por
hormonas locales y sistémicas
∀ ⇑ Prostaglandinas incrementan la
resorción ósea
• Las células óseas producen: PGE2 /
PGF2α / Prostaciclinas y productos de
lipoxigenasa ( Leucotrienos)


PROSTAGLANDINA
S

• Las PG presentan efectos bifásicos:
1. Estimulacion de formación ósea in vivo.
2. Inhibición de síntesis de colágeno en cultivos de
osteoblastos


FACTOR DE CRECIMIENTO
INSULINICO IGFs

• Incrementa replicación en células óseas
• Síntesis en la matriz
• Formación ósea
• IGF-I estimulador mas potente de los
osteoblastos.
• IGF-I estimula la formación de osteoclastos.


TRANSFORMANTE β Y
PROTEINAS
MORFOGENETICAS DE HUESO

• TGF β: estimula la formación ósea e inhibe
la resorción del tejido duro.
• BMPs -TGF β : estimulan la mitosis y el
crecimiento de las celulas oseas, presente
además en la cicatrizacion de los defectos
del hueso.


TGF-β
 Mediador de la proliferación
y diferenciación ósea.

 Maduración, organización y
mineralización extracelular.

 Regulador de la producción
de fosfatasa alcalina y
osteocalcina.
 Papel importante en la
adhesión del osteoblasto

PROTEINAS MORFOGENETICAS DE
HUESO

BMP-2,-4,-6,-7.

Controlan la formación ósea
Estimulan la formación y diferenciación de
precursores osteoblasticos
Controlan procesos de fosforilación


BMP
 Estimulador de
osteoblastogenesis

 BMP-2 y- 4 inician
procesos de
diferenciación del
linaje osteoblastico.


BMP
 Estimula la trascripción del factor
especifico osteoblástico -2.

 Regula la expresión de la fosfatasa
alcalina.

 BMP-2 y - 4 expresados en la medula
ósea garantizan el aporte continuo
de osteoblastos.


FIBROBLASTICO

• FGF-1 y FGF-2: regulan proliferación
función y apoptosis de osteoblastos.
• FGF-2 estimula la proliferación de
preosteoclastos
• Estimula la producción de TGF-β


FACTOR DE CRECIMIENTO FIBROBLASTICO
(FGF)
• FGF puede estimular o promover la resorción ósea por 2 vías:
• Prostaglandina dependientes y Prostaglandina independientes
• FGF son factores de crecimiento dependientes de heparina ⇒ esto
puede influir en su actividad celular en la matriz extracelular.

FACTOR DE CRECIMIENTO DERIVADO DE
PLAQUETAS (FGPD)

PDGF-A y PDGF-B Dímero.
PDGF-AA es el mayor productor de células óseas
PDGF-BB es el mas activo estimulador de la replicación de osteoclastos.
PDGF también estimula la resorción ósea por mecanismos dependientes
de PG.
Inhibe la formación de osteoclastos en cultivos celulares


DEXAMETASONA
 Promueve selectivamente
la proliferación de
osteoblastos.
 Inicia procesos de
deposición mineral

•Influencia eventos regulatorios via apoptosis/
remodelado de la matriz ósea en osteoblastos
maduros.

•Reinicio de procesos de proliferación odontoblástica.

VIP y CGRP
 Se ha demostrado que
ciertos neuropeptidos
actúan sobre el
osteoblasto estimulando
la formación ósea.
 VIP estimula la
secreción de fosfatasa
alcalina.
 CGRP estimula la
proliferación de
osteoblastos.

RECEPTOR HORMONA
CRECIMIENTO GH-R

 Estimula la
proliferación del
osteoblasto.
 Estimula la
producción de
citoquinas en el
osteoblasto


CD-116
Receptor del GM-CSF
 Proteína
transmembrana.
 Promueve crecimiento
y diferenciación del
osteoblasto.
 Actividades funcionales
y metabólicas.


M-CSF
 Miembro de la familia de
receptores de la tirosin –
quinasa.
 La unión al M-CSF resulta en
una auto-fosforilación del
dominio citoplasmático
iniciando varias cascadas de
señalización.


Factores que controlan el
osteoblasto


OSTEOBLASTO
OSTEOBLASTO

ENZIMAS

Colagenasa Fosfatasa
alcalina


COLAGENAS
A
 Inmediatamente
 Secretada en forma después de la
de pro-colagenasa síntesis puede ser
(estado latente) activada por
 Enzima proteolítica plasmina (generada
capaz de romper el por el factor
colágeno activador del
 Liberada en forma de plasminogeno)
pro-enzima producido por
células
odontoblasticas.


FOSFATASA ALCALINA

 Enzima secretada
por el osteoblasto
en la fase de
proliferación.
 Disolución de los
cristales de
pirofosfato.
 Involucrada en
procesos de
mineralización ósea.  Transporte de
fosfato y Ca+


MATRIZ OSEA

Angélica María

COMPONENTES

ORGANICO INORGANICO
Un tercio Dos tercios


COMPONENTES
Calcio y Fosfato

Forma poco cristalina

Apatita carbonatada

Dahlita

Reemplaza componente INORGANICO
acuoso del tejido conectivo
denso Dos tercios

(LP y encía)

10nm

OH- F- H+
Ca++ Zona
acuosa
Superficie
exterior
Na+PO4 Ci t
Interior del
cristal

PO4

Capa de hidratación
Superficie del cristal F- Mg++ C03

HIDROXIAPATITA (Ca 10 [PO 4 ] 6 [OH] 2 )

MATRIZ ORGANICA

Las prolongaciones son mas evidentes cuando la célula
comienza a rodearse de matriz ósea.

Colágeno Tipo I Proteínas
Plasmáticas
Proteínas no colágenas
Osteocalcina
Osteopontina
Sialoproteina
Osteonectina

COLAGENO
 80 – 90%  Tipo XII
componente resistencia
orgánico mecánica
 Tipo I, V, XII
 Tipo I (>95%)
componente Osteoblastos
estructural básico  Tipo III y algunas
fibras de Tipo XII
 Tipo V (<5%)
 Tipo III con tipo I
Fibroblastos
en Fb. Sharpey


COLAGENO
 Estabilizado por  Lisinas
interacciones moleculares
 Alta resistencia tensil
 Lisinas
 Hueso Reticular Modificadas
Cristales minerales
Asociados con proteínas Estructuras de anillo
ácidas pirimidinas
 Hueso lamelar

Láminas organizadas
Perpendiculares al espacios
interfibrilares Piridinolinas


PROTEINAS NO
COLAGENAS
 Osteocalcina Distribución tejido
 Sialoproteina Osea Mineralizado

•Osteonectina /SPARC Distribución
•Osteopontina General

Liberadas por
desmineralización ósea

Proteoglicanos
 Condroitín sulfato (tejido
óseo)
 Dermatán sulfato (tejido
conectivo)
 Asociados con matriz de
colágeno
 Interactúan con cristales
minerales a través de
cadenas de
glicosaminoglicanos


Proteoglicanos
Hueso alveolar

Expresados con cadenas laterales Condroitín sulfato

Pérdida de actividad de 1 epimerasa en células osteoblásticas

t en
v ier
n
co
Ac. Glucurónico en Ac.
Iducurónico presente en
Dermatán sulfato


Dermatán sulfato
 Expresado por células óseas
indiferenciadas

 Actividad epimerasa marcador de
diferenciación en osteogénesis


Dermatán sulfato
Estudio en hueso alveolar conejos

Proteoglicanos de unión mineral

contienen 4-sulfato, Condroitín 6 –sulfato y dermatan sulfato

Matriz Colágena

Predominio de dermatán sulfato y
Poco condroitín 4 – sulfato
No se detectó condroitín 6 sulfato o condroitín no sulfatado


Versican 1000 kDa Proteoglicano
Condroitín sulfato
Extraido de matriz osea no mineralizada

 Biglican (C. S. Proteoglicano I)
 Decorín (C.S. proteoglicano II)
 Extractos Ac. Etilenodiaminotetraacetico de hueso

Proteoglicano condroitín Sulfato

Asociado con cristales minerales

VERSICA Proteoglicano
N Condroitín sulfato III


Biglican Decorin
 Tejido conectivo  Miembro de proteoglicanos
 Homologia estructural con ricos en leucina
decorin  Función de ensamble
 4 dominios

Tienen glicosaminoglicanos
unidos al extremo amino
terminal (Dominio I)
I II
Puentes disulfuro al final de la
molécula (Dominios II y IV)
III
Dominio III 10 homólogos de 25
IV
III a.a. ricos en leucina que
I interactúan con factores de
II crecimiento y colágeno
Comprenden <10% proteínas no
colágenas

Biglican Decorín
 Proteína central ~ 120-200
kDa
 Proteína central 46 kDa  1 cadena (C. Sulfato) unida
 2 cadenas (Condroitín sulfato) N-terminal
~150 kDa c/u  Se une a región gap de
 Localización pericelular colágeno
 Ratones sin biglican defecto en  Regulación formación Fb.
tasa de crecimiento y Colágeno
disminución de masa ósea  Se une a TGFB y citoquinas
 Se une a TGFB y MEC regulando actividad
(Colágeno)  Gen humano :cromosoma
 Regula fibrilogénesis 12
 Gen humano: Cromosoma X  Alta expresión contiene 2
brazo largo caja TATA y 1CAAT


Condroitin sulfato unido a
mineral
 Peso molecular ~110 kDa
 Proteína central ~35 kDa
 Secuencia de 12 a.a. Amino
terminales
 Idéntica a BAG-75
(Sialoproteína aislada en
hueso de rata) y a la proteína
1 de la matriz dentinal ~~


Proteoglicano Queratán Sulfato
 P.M. 85-kDa
 Proteína central 46-kDa
 Aislada en Bovinos Osteoadherina
 Características de repetición de
proteínas pequeñas ricas en leucina
 Expresión y patrón similar a
Sialoproteína Ósea


TRAMP
 Proteína ácida de la matriz rica en tirosina (TRAMP)
 Dermatopontina
 22 kDa
 Lisil oxidasa enzima para adhesión colágeno
 183 a.a. con secuencia de señalización de 18 a.a.
 Propiedades de unión celular y a proteoglicanos
 Humanos : cromosoma 1
 Se une a Decorín y TGFB y regula rta celular al mismo


Proteinas derivadas del plasma y
fluidos tisulares

 Se concentran en hueso
 Afinidad por cristales de mineral
 Albúmina
 Glicoproteína α2HS
 Inmunoglobulinas
 Proteína de la matriz gla


OSTEOCALCINA
(Proteina Osea gla)
•<15% de proteínas no colágenas
•5.8 kDa
•Modificada por enzimas
carboxilantes Vitamina K-
dependientes
• Convierten 2 (de 3) ácidos
glutámicos en γ carboxiglutamicos
(grupos gla)
•Se une con la familia de los
factores de coagulación


OSTEOCALCINA
(Proteina Osea gla)
•Gen humano 4 exones cromosoma 1
•Codifica para 125 a.a. pre-pro-osteocalcina
•Incluye 26 a.a. son péptido señal
•Gen promotor dominio del factor de transcripción (Fact.
transcripción específico osteoblastos 2 / núcleo del factor a1
directamente implicado

•Grupos gla formados en la pro-
osteocalcina (antes de la secreción) unen
iones de calcio y aumentan la afinidad de
la osteocalcina por el hueso mineral


OSTEOCALCINA
(Proteina Osea gla)
Espacio de los grupos gla en la conformación
α helice 0.545 nm de los iones de Ca+

Ratones knockout osteocalcina regula la
maduración mineral

En Reabsorción ósea

 Regulación por hormonas V D3; PTH
 Segmento carboxi-terminal es quimioatractante
de precursores de osteoclastos


OSTEOPONTINA
SIALOPROTEINA OSEA

•Sialoproteinas oseas I y II
•Genes humanos : 7 exones de ~11.1 kb y ~ 15 kb
•Localizados dentro de 340 kb en el brazo largo del
cromosoma 4 (4q21-23)

OSTEOPONTINA
SIALOPROTEINA OSEA

•RNA mensajero codifica para
proteínas ~ 34 kDa que incluyen
péptido señal de 16 a.a.
•Altamente glucosiladas y fosforiladas
•Altos niveles de a.a. acidicos
Secuencia RGD •Ac. Glutámico Sialoproteina ósea
•Aspartato Osteopontina
Reconoce receptor de la
Vitronectina α∨β3
•Un residuo de aspartato se une a HA
•Dos o Tres residuos de Ac.
Median adhesión celular y Glutámico se unen a HA
vías de señalización


OSTEOPONTINA
SIALOPROTEINA OSEA

Sialoproteina Osea

RGD

Region carboxiterminal

Rodeada de Tirosinas
sulfatadas


Sialoproteína ósea Osteopontina

 Tejidos mineralizados  Papel biológico
 Coincide con aparición  Susceptible a trombina
de cristales minerales en  Origen sanguíneo o de
hueso y cemento
órganos hematopoyéticos
 In vitro formación de  Potente inhibidor de
cristales HA por medio
crecimiento de HA
de secuencia de
poliglutamatos
 Enriquece interfase de
matriz celular
 In vivo inicia
formación de cristales
 Media adhesión celular
minerales de células óseas
osteoclastos

Sialoproteína ósea Osteopontina

 Estudios Ratones  Transcripción regulada
knockout desarrollo y por VD3 y núcleo del
actividad osteoclastos factor de unión a1
 Animales normales
incremento en numero  Papel doble
de Osteoclastos
 Transcripción inhibida formación ósea y
por VD3 reabsorción

La expresión de ambas es regulada por factores que
estimulan formación ósea como familia de TGFβ y
glucocorticoides

OSTEONECTINA /SPARC
(Proteína ácida secretada rica en cisteína )
•Glicoproteína de 40-kDa
•Predomina unión a HA
•Máximo 25% de proteínas no
colágenas
•En roedores mínima
expresión
•Caracterizada en membranas
basales como BM40
•Glicoproteína de unión a Ca+
•Interactúa con moléculas de la
MEC

OSTEONECTINA /SPARC

Expresada en  Puede unirse a
embriogénesis Trombospondina y
In vitro colágeno
 Sitio de unión a l
Regulación de adhesión colágeno críptico
y proliferación celular  Entre 2 αhélices
Modulación en actividad  Expuesto por
de citoquinas proteólisis


OSTEONECTINA /SPARC

Brazo- EF de Sitios de unión a Ca+ de baja afinidad
Alta afinidad sitio de unión a Ca+ ubicados en el lado amino-terminal

Grupos Glutamato y
Aspartato

Produce cambio conformacional
promueve una estructura
αhélice (Dominio I)

Dominio I
Responsable de adhesión mineral en
tejido mineralizado
Inhibición de cto cristales HA

OSTEONECTINA /SPARC

Dominio II
Rico en cisteinas Dominio III
Estabiliza estructura por puentes αhélice
de disulfuro
Suceptible a proteólisis
Homologo con Ovomucoide y
folistatina

Dominio IV
Contiene Brazo EF de alta afinidad
al sitio de unión al Ca+


OSTEONECTINA /SPARC

Rápido remodelado de  Cromosoma 5 , 10 exones
tejidos 

Codifica ~300 a.a.
Secuencia de señalización
Modula interacción 
de 17 a.a.
Gen Promotor carece de caja
célula – MEC TATA y CAAT

Dllo embrionario  Contiene sobreexpresión de
secuencias SP1

Funciones señalización Promotor proximal rico en

purina caja GGA repetida
(GGA1 y 2)
Endocitosis
Matriz nuclear  Separadas por un espaciador
Rico en Pirimidina que
actua como supresor
Transporte del núcleo


REMODELADO
HUESO
ALVEOLAR


Remodelado completo

Denticion temporal Dentición permanente

Hueso alveolar

Reabsorción

Habilidad remodelado rápido
Facilita adaptación posicional

Movimiento por fuerzas
ortodónticas

Influencia tasa de remodelado

REGULACION

HORMONA AUTOCRINA
S PARACRINA
FACTORES LOCALES

MODULA PROCESO
SISTEMA C
OSTEOBLASTOS-
ENDOCRINO OSTEOCLASTOS

GENES FAMILIAS DE
FACTORES DE
MAESTROS TRANSCRIPCION


FORMACION OSEA


REABSORCION OSEA


REMODELADO


APLICACIÓ
N CLINICA


DIFERENCIACION DEL
OSTEOCLASTO EN
OSTEOPOROSIS
La perdida de la función ovarica

durante la menopausia resulta

en una perdida progresiva de

masa de hueso trabecular y

eventualmente en osteoporosis.

Esta perdida se relaciona con el

aumento en la diferenciación de

osteoclastos.

El aumento en la diferenciación

del osteoclasto se une al

aumento en la producción de

citoquinas osteoclastogenicas

como IL-1 y 6, TNF por las

células de soporte que son

reguladas negativamente por

estrógenos.

Sheude et al. 2000 mostraron que los estrógenos regulan negativamente al NF-

kB y al M-CSF induciendo la diferenciación de precursores mononucleares en

osteoclastos multinucleados

DIFERENCIACION DEL
OSTEOCLASTO EN
OSTEOPOROSIS
La regulación del la IL-6

controla la reabsorción del

hueso en la menopausia.

IL-6 es necesaria para la

diferenciación de osteoclastos,

es inhibida por el estrógeno.

Girasole et al. 1992 adicionaron estrógenos a células de médula de ratón
inhibiendo producción de IL-6 y osteoclastos.

Jilka et al. 1992 mostraron que la remoción de ovarios en ratones causa un
incremento en el numero de CFU-GM ⇒ aumentando osteoclastos.

GRACIA
S

Biologia molecular y celular del hueso alveolar

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