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OSTEOINMUNOLOGÍA: Biología de osteoclasto

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Biología del Osteoclasto 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 extracelular.

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OSTEOINMUNOLOGÍA: Biología de osteoclasto

  1. 1. Biología del Osteoclasto Sergio Enrique Rueda Ortiz Residente de Reumatología Universidad Militar Nueva granada – Hospital Militar Central Osteoinmunología Docente; Juan Carlos Munévar Niño UNIVERSIDAD EL BOSQUE
  2. 2. 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
  3. 3. 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 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
  4. 4. Introducción • 1970 = • Realmente se estableció el origen hematopoyético de los osteoclastos • Walker quien en modelos murinos restauró el gen encargado de codificar la osteopetrosis 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
  5. 5. 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 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
  6. 6. 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) 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
  7. 7. 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 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
  8. 8. 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. 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
  9. 9. 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 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
  10. 10. 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 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
  11. 11. Factores Intracelulares • Microphtalmia associated transcription factor • Existen 3 isoformas de MITF, pero sólo la MITF-E es regulada a la alta en 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 MITF PU.1 Activan otros genes como NFATc1- canal vacuolar de ATPasa y Catepsina K.
  12. 12. 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 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
  13. 13. 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. 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
  14. 14. 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 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
  15. 15. 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 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
  16. 16. 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 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
  17. 17. 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. 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
  18. 18. Vía de señalización RANK • Proteína de 27 KDa Precursores Osteoclásticos RANK RANKL RANKL RANKL TRAF2 TRAF5 TRAF6NF-KB Activa NFATC1 (nuclear factor of activated T cells) 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
  19. 19. 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 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
  20. 20. 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. 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
  21. 21. 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 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
  22. 22. Vía de señalización RANK Sujetos con: • Osteopetrosis ligada a X • Linfedema • Displasia ectodérmica con anhidrosis Presentan mutación X42W en IKK gamma 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
  23. 23. 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. 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
  24. 24. 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 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
  25. 25. Señalización NFAT y Homeostasis ósea
  26. 26. 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 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
  27. 27. 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 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
  28. 28. 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 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
  29. 29. 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 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
  30. 30. 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 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
  31. 31. 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 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
  32. 32. Vía de señalización NFAT-Calcineurina Induce el influjo de calcio Activando la señalización NFAT- calcineurina 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
  33. 33. 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 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
  34. 34. 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 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
  35. 35. 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
  36. 36. 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 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
  37. 37. 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 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
  38. 38. 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 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
  39. 39. Regulación de NFATc1 por otras moléculas RANKL Inhibe 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 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
  40. 40. Regulación de NFATc1 por otras moléculas RANKL Inhibe 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) 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
  41. 41. 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 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
  42. 42. 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. 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
  43. 43. 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 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
  44. 44. Vía de señalización RANK • Proteínas Adaptadoras (TRAF) TRAF-6 Forma 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 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
  45. 45. 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 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
  46. 46. 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 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
  47. 47. 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. 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
  48. 48. 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 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
  49. 49. 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
  50. 50. 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 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
  51. 51. 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 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
  52. 52. 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 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
  53. 53. 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
  54. 54. 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
  55. 55. Vía WNT y su papel en la biología y enfermedad ósea Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  56. 56. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  57. 57. Vía Wnt-Beta catenina Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 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:
  58. 58. Vía Wnt-Beta catenina Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 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
  59. 59. Vía Wnt-Beta catenina Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 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 núcleo Incrementando sus niveles
  60. 60. Vía Wnt-Beta catenina Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 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
  61. 61. Vía Wnt-Beta catenina Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 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
  62. 62. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  63. 63. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  64. 64. Vía Wnt • Otras proteínas incluyendo: • DKK (Dickkopfs) • Esclerostina • Sostdc1 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  65. 65. Vía Wnt • Algunos wnt como wnt5a activan otras vías alternativas induciendo complejos de fomración con: • Lrp5/6 • Ror 1/2 • Fzd2 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  66. 66. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  67. 67. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  68. 68. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 Wnt se une a Fzd Activando Dvl Orientando a la célula dentro del tejido
  69. 69. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 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
  70. 70. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  71. 71. • Vía de la familia Rho/Rac GTPasas Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 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
  72. 72. • Vía de la familia Rho/Rac GTPasas Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 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
  73. 73. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  74. 74. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  75. 75. 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. Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  76. 76. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  77. 77. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  78. 78. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 Wnt3a Wnt5a Wnt10b Wnt14
  79. 79. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  80. 80. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  81. 81. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  82. 82. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  83. 83. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  84. 84. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  85. 85. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  86. 86. Receptores Wnt Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 Low density lipoprotein receptor-related proteins LrP Frizzleds
  87. 87. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  88. 88. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  89. 89. Lrp6 • Contribuye a la óptima señalización de la PTH en los osteoblastos • En respuesta a la PTH: Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 Lrp6 Se une al receptor de PTHR1 Es fosforilado por la Protein- Kinasa A Reclutando Axina Estabiliza Beta catenina Niveles de Tcf/Lef1
  90. 90. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  91. 91. 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. Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  92. 92. Frizzleds • Proteína de 7 dominios transmembrana • Contribuye a la activación de la vía de señalización de Beta catenina y la independiente de beta-catenina Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 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
  93. 93. Frizzleds Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 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
  94. 94. Síndrome de Williams- Beuren
  95. 95. Síndrome de Williams- Beuren • Retardo mental • Fascies dismórficas • Baja talla • Anormalidades cardiacas (Estenosis aortica- Estenosis pulmonar) • Hiperacusia • Hipercalcemia infantil • Anormalidades para la marcha
  96. 96. Antagonistas Wnt Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  97. 97. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  98. 98. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  99. 99. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  100. 100. 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. Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  101. 101. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  102. 102. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  103. 103. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  104. 104. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  105. 105. 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. Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  106. 106. Esclerostina/ SOST • Mutaciones inactivas del gen SOST que codifica Esclerostina ocasiona 2 desórdenes óseos esclerosantes: • Esclerostosis • Enfermedad de Van Buchem Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  107. 107. Enfermedad de Van Buchem Hiperostosis corticales generalisata
  108. 108. Enfermedad de Van Buchem Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  109. 109. Enfermedad de Van Buchem Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  110. 110. Enfermedad de Van Buchem Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  111. 111. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  112. 112. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  113. 113. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  114. 114. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  115. 115. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  116. 116. 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 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  117. 117. Moduladores Transmembrana de la vía Wnt Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
  118. 118. Kremen1/2 (Krm) Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • Co-receptores transmembrana para DKK-1 • Krm y DKK1 forman complejos ternarios con Lrp6 los cuales sufren endocitocis reduciendo la señalización Wnt/Beta-catenina.
  119. 119. Ror-2 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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.
  120. 120. Ror-2 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • Mutación de Ror2 ocasiona: • Braquidactilia dominante tipo B • Síndrome Robinow
  121. 121. Síndrome Robinow Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  122. 122. Síndrome Robinow Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • Se ha observado en comunidades donde se presentan matrimonios entre miembros que comparten consanguineidad Vértebras segmentadas anormalmente y Fusión de costillas Mano con braquidactilia
  123. 123. Beta-catenina Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  124. 124. Beta-catenina Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  125. 125. Beta-catenina Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  126. 126. Beta-catenina Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  127. 127. Beta-catenina Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  128. 128. Beta-catenina Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • Osteoblastos y Osteocitos deficientes en Ctnnb1: • Producen menor cantidad de Osteoprotegerina • Ocasionando mayor interacción RANK/RANKL y promoviendo la resorción ósea
  129. 129. Beta-catenina Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  130. 130. Funciones de beta-catenina diferentes de Wnt Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  131. 131. Funciones de beta-catenina diferentes de Wnt Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  132. 132. Funciones de beta-catenina diferentes de Wnt Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  133. 133. Apc Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  134. 134. Apc Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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.
  135. 135. Axina 1 y 2 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • Proteínas adaptadoras requeridas para el ensamblaje del complejo de destrucción de la beta-catenina que incluye: • Gsk3beta • Dvd • Apc • Wtx
  136. 136. Axina 1 y 2 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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.
  137. 137. Axina 1 y 2 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  138. 138. Gsk3-beta (Glycogen synthase Kinases 3 alpha and beta) Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  139. 139. Gsk3-beta (Glycogen synthase Kinases 3 alpha and beta) Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  140. 140. Gsk3-beta (Glycogen synthase Kinases 3 alpha and beta) Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • Inhibición de Gsk3 promueve la formación ósea in vivo • Modelos murinos con knockout de Gsk3Beta no sobrevivieron a la embriogénesis.
  141. 141. Wtx ( FAM123B – OSCS – AMER1) Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  142. 142. Wtx ( FAM123B – OSCS – AMER1) Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • Pérdida de función por mutaciones de Wtx incrementa la inestabilidad de la beta catenina • Inhibición de la adipogénesis en modelos deficientes de Wnt
  143. 143. Displasia esquelética esclerosante ligada a X Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 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
  144. 144. Displasia esquelética esclerosante ligada a X Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 Caracterizada por: • Macrocefalia • Paladar hendido • Esclerosis de huesos largos y cráneo • Estrías óseas longitudinales observadas en radiografías de huesos largos, pelvis y escápula
  145. 145. • Frente amplia • Hipertelorismo • Micrognatia • Radiografía con estrias longitudinales en huesos largos
  146. 146. Factores de transcripción Tcf7 y Lef1 Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  147. 147. Tcf7 (T cell factors 7) Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • Knockout de Tcf7 evidenció: • Reducción de masa ósea: • Aumento del número de actividad de los osteoclastos • Disminución de niveles de Opg
  148. 148. Lef1 (lymphoid enhancer binding factor) Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • 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
  149. 149. Lef1 (lymphoid enhancer binding factor) Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone disease. Gene;2012;15;492(1):1-18 • Deficiencia en Lef1 evidenció: • Hembras heterocigotas observó: • Disminución de hueso trabecular • Reducción en la actividad de osteoblastos
  150. 150. 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
  151. 151. 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. 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
  152. 152. 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 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
  153. 153. 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 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
  154. 154. 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 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
  155. 155. 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. 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
  156. 156. 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 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
  157. 157. 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 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
  158. 158. 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 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
  159. 159. 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 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
  160. 160. 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 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
  161. 161. 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 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
  162. 162. 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 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
  163. 163. 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 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
  164. 164. 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 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
  165. 165. 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 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
  166. 166. 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) 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
  167. 167. 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. 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
  168. 168. 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 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
  169. 169. 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 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
  170. 170. 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
  171. 171. 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 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
  172. 172. 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 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
  173. 173. 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 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
  174. 174. 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 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
  175. 175. 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 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
  176. 176. 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 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
  177. 177. 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
  178. 178. GRACIAS

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