Остеохондропрогениторная клетка - Osteochondroprogenitor cell

Передача инфекции электронная микрофотография из мезенхимальные стволовые клетки отображение типичного ультраструктурный характеристики.

Остеохондропрогениторные клетки клетки-предшественники которые возникают из мезенхимальные стволовые клетки (MSC) в Костный мозг. У них есть способность различать остеобласты или же хондроциты в зависимости от сигнальных молекул, которым они подвергаются, что приводит к образованию кости или хряща соответственно. Остеохондропрогениторные клетки важны для формирование кости и техническое обслуживание.

Открытие

Александр Фриденштейн и его коллеги впервые идентифицировали клетки-остеопрогениторы во многих тканях млекопитающих, прежде чем были введены какие-либо генетические или морфологические критерии для костного мозга или соединительных тканей. Остеопрогениторные клетки могут быть идентифицированы по их ассоциации с существующими костными или хрящевыми структурами или по их размещению в эмбрионе, так как места для остеогенеза и хондрогенеза теперь известны.[1]

Передача сигналов и дифференциация клеток

Остеохондропрогенитор можно обнаружить между МСК и терминально дифференцированными остеобластами и хондроцитами. Через различные сигнальные молекулы и комбинации остеохондропрогенитор будет дифференцироваться в остеобласты или хондроциты.

Диаграмма, показывающая мезенхимальные стволовые клетки и пути их дифференцировки через клетки-остеопрогениторы в клоны хондроцитарных и остеобластных клеток. Диаграмма основана на данных по эмбриону мышей в возрасте 10,5 дней. Ниже и выше клеток находятся факторы, необходимые для дифференциации на две клеточные линии.
Упрощенная схема МСК и пути их дифференцировки в клоны остеобластов и ходроцитов. Данные основаны на 10,5-дневном эмбрионе мыши. Включены многочисленные факторы дифференциации.[2]

Дифференциация на хондроциты

Основная статья: Хондроцитов

Хондроциты присутствуют только в хряще, где они будут производить хрящевой матрикс для поддержания структуры. Sox9, L-Sox5 и Sox6 необходимы для того, чтобы остеохондропрогенитор подвергся хондроцитарной дифференцировке. В фактор транскрипции Sox9 может быть обнаружен во многих частях тела (поджелудочная железа, центральная нервная система, кишечник), а также во всех клетках-предшественниках хондроцитов, что позволяет предположить, что они важны для хондрогенез.[3][4]

Дифференциация на остеобласты

Основная статья: Остеобласт

Остеобласты - это клетки, которые группируются в единицы, называемые остеонами, для образования кости. Runx2 (который также может быть известен как Cbfa1) и Osx (цинковый палец, содержащий фактор транскрипции) необходимы для того, чтобы клетки остеохондропрогенитора дифференцировались в линию остеобластов. Эти факторы также играют роль в гипертрофический созревание хондроцитов.[3][5]

В-катенин

Основная статья: Бета-катенин

β-катенин канонического Сигнальный путь Wnt играет роль в определении судьбы клеток, так как он имеет решающее значение для остеобластогенеза и дифференцировки хондроцитов в остеобласты. Выбивание всего пути приводит к раннему эмбриональная смерть, поэтому в большинстве исследований такого рода использовались условные нокауты пути.[6]

TGF-β

Основная статья: Преобразование фактора роста в бета

Во время развития нижней челюсти большая часть ее образуется за счет внутримембранозной оссификации, при которой эндохондральная оссификация будет происходить в проксимальной области. TGF-β важен для пролиферации и дифференцировки клеток во время скелетогенеза. Во время этого процесса TGF-β может стимулировать дифференцировку в хондроциты или остеобласты через FGF, Msx1, и Ctgf сигнальные пути. Общий ген нокаутировать TGF-β привело к смерти. Условная деактивация TGF-βr2 остеохондропрогениторных клеток в черепной нервный гребень привело к более быстрой дифференцировке остеопрогениторов и дезорганизованному хондрогенезу.[7]

TGF-β определяет и регулирует клеточные клоны во время эндохондральной оссификации посредством сигнальных путей Sox9 и Runx2. TGF-β будет действовать как стимулятор хондрогенеза и ингибитор дифференцировки остеобластов, блокируя фактор Runx2 через Smad3 активация. Sox9 стимулирует дифференцировку в хондроциты. Было обнаружено, что заблокированные Sox9 клетки остеохондропрогенитора экспрессируют гены-маркеры остеобластов, перепрограммируя клетки в остеобластный клон.[7][8]

Потеря передачи сигналов TGF-β приведет к снижению активности Sox9, но не предотвратит ее полностью, что предполагает наличие других факторов и сигнальных путей, регулирующих активность Sox9. Как только активность Sox9 теряется, доминирует дифференцировка в остеобластный клон.[9]

Эмбриональное развитие

Считается, что за счет комбинации биохимических и биофизических стимулов незарегистрированные стволовые клетки эмбриона претерпят дифференцировку в определенные клеточные линии. Однако точный механизм и сигнальные пути до сих пор неясны. Исследования показали, что эмбриональные стволовые клетки более чувствительны к механочувствительности, чем их дифференцированные аналоги. Во время эмбрионального развития мезенхимальные клетки образуют клеточные структуры, известные как «сгущения». Эти клеточные единицы затем развиваются в скелетные и другие ткани, такие как хрящи, сухожилия, связки и т. Д. мышечная ткань.

Конденсация остеопрогениторных клеток может агрегироваться, рассеиваться или конденсироваться в зависимости от присутствующих сигналов, однако они все еще остаются в значительной степени неизвестными. В зависимости от различных эффектов, клеточные уплотнения могут дифференцироваться на остеогенные или хондроцитарные уплотнения.

Расположение конденсации остеопрогениторных клеток определяет клон клеток раньше, чем это могут сделать сигнальные молекулы. Это связано с их положением относительно любых эпителиальных поверхностей. Остеобластические и хондрогенные сгущения внутри эмбриона различаются по своим биофизическим параметрам. Их расстояние по отношению к ближайшей эпителиальной поверхности будет определять клеточную линию. Например, скопления остеобластов расположены ближе к эпителиальным поверхностям, поэтому они будут подвергаться большему количеству биофизических и биохимических стимулов из-за близости и усиления межклеточно-эпителиальных взаимодействий.[6][10][11]

Последствия дефектов в остеохондропрогениторных клетках

Череп с деформацией черепа, в результате чего череп стал вытянутым.
Пример деформации кости

Делеция гена Trsp в остеохондропрогениторных клетках приводит к аномальному росту костей, замедленной оссификации, хондронекрозу и карликовости. Общая делеция гена Trsp смертельна для эмбриона. Результаты этого исследования были использованы в качестве модели для Болезнь Кашина-Бека. Кашин-Бек является результатом комбинаторного воздействия на окружающую среду таких факторов, как: токсичная плесень, зараженные микотоксинами зерна и, в основном, дефицит селена, что необходимо для селенопротеин функция. Болезнь имеет симптомы, сходные с симптомами, возникающими в результате нокаута гена Trsp.[12]

Потеря регулятора, Pten, из Фофатидилинозитол-3 ’киназа путь приводит к разрастанию скелета и пластина роста дисфункция, вызванная перепроизводством матрикса и ускоренной гипертрофической дифференцировкой.[13]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Брайан Кейт Холл (2005). Кости и хрящи: эволюционная и эволюционная биология скелета. Академическая пресса. С. 150–. ISBN  978-0-12-319060-4. Получено 16 апреля 2010.
  2. ^ http://origin-ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S1357272508001982-gr3.jpg
  3. ^ а б Цзоу, Ли; Цзоу, Ли; Майгинд, Цзэн; Лю, Бюнгер (2006). Молекулярный механизм определения судьбы остеохондропрогениторов при формировании кости. Достижения экспериментальной медицины и биологии. 585. С. 431–41. Дои:10.1007/978-0-387-34133-0_28. ISBN  978-0-387-32664-1. PMID  17120800.
  4. ^ Лефевр, V; Behringer RR; де Кромбрюгге B (2001). «L-Sox5, Sox6 и Sox9 контролируют важные этапы пути дифференцировки хондроцитов». Osteoarthr. Хрящ. 9 Дополнение A: S69–75. Дои:10.1053 / joca.2001.0447. PMID  11680692.
  5. ^ Накашима, Кадзухиса; Бенуа де Кромбругге (август 2003 г.). «Транскрипционные механизмы в дифференцировке остеобластов и формировании костей». Тенденции в генетике. 19 (8): 458–466. Дои:10.1016 / S0168-9525 (03) 00176-8. PMID  12902164.
  6. ^ а б Тейт, Мелисса Л. Нотх; Томас Д. Фоллс; Сара Х. Макбрайд; Радхика Атит; Ульф Р. Ноте (2008). «Механическая модуляция судьбы остеохондропрогениторных клеток». Международный журнал биохимии и клеточной биологии. 40 (12): 2710–2738. Дои:10.1016 / j.biocel.2008.05.011. ЧВК  4427832. PMID  18620888.
  7. ^ а б Ока, Киоко; Ока, Сёдзи; Хосокава, Рёичи; Bringas, Pablo, Jr .; Брокхофф, Ганс Кристиан II; Нонака, Кадзуаки; Чай, Ян (15 сентября 2008 г.). «Опосредованная TGF-β передача сигналов Dlx5 играет решающую роль в определении клона остео-хондропрогениторных клеток во время развития нижней челюсти». Биология развития. 321 (2): 303–309. Дои:10.1016 / j.ydbio.2008.03.046. ЧВК  3378386. PMID  18684439.
  8. ^ Каваками, Ясухико; Хоакин Родригес-Леон; Хуан Карлос Изписуа Бельмонте (декабрь 2006 г.). «Роль TGFβs и Sox9 во время хондрогенеза конечностей». Текущее мнение в области клеточной биологии. 18 (6): 723–729. Дои:10.1016 / j.ceb.2006.10.007. PMID  17049221.
  9. ^ Хьелмеланд, Анита Бортон; Стивен Х. Шиллинг; Син Го; Дэррил Куорлз; Сяо-Фань Ван (25 ноября 2005 г.). «Потеря Smad3-опосредованной отрицательной регуляции активности Runx2 приводит к изменению определения клеточной судьбы». Молекулярная клеточная биология. 25 (21): 9460–9468. Дои:10.1128 / MCB.25.21.9460-9468.2005. ЧВК  1265845. PMID  16227596.
  10. ^ Андерсон, Эрик Дж; Мелисса Л. Узел Тейт (2008). «Идеализация геометрии и размеров перицеллюлярного жидкостного пространства приводит к глубокому недооценке нано-микромасштабных напряжений, создаваемых сопротивлением жидкости остеоцитам». Журнал биомеханики. 41 (8): 1736–1746. Дои:10.1016 / j.jbiomech.2008.02.035. PMID  18482728.
  11. ^ Макбрайд, SH; Falls T; Узел Тейт ML (2008). «Модуляция формы стволовых клеток и судьбы B: механическая модуляция формы клеток и экспрессии генов». Ткань Eng Часть A. 14 (9): 1573–80. Дои:10.1089 / ten.tea.2008.0113. PMID  18774911.
  12. ^ Дауни, СМ; Horton CR; Карлсон Б.А.; Парсонс TE; Hatfield DL; Hallgrímsson B; Jirik FR. (Август 2009 г.). «Остео-хондропрогенитор-специфичная делеция гена тРНК селеноцистеина, Trsp, приводит к хондронекрозу и аномальному развитию скелета: предполагаемая модель болезни Кашина-Бека». PLOS Genet. 5 (8): e1000616. Дои:10.1371 / journal.pgen.1000616. ЧВК  2721633. PMID  19696890.
  13. ^ Форд-Хатчинсон, Алиса Фиона; Али, Зенобия; Лайнс, Сюзен Элизабет; Халльгримссон, Бенедикт; Бойд, Стивен Кайл; Джирик, Фрэнк Роберт (август 2007 г.). «Инактивация Pten в клетках остео-хондропрогениторов приводит к аномалиям эпифизарной ростовой пластинки и чрезмерному росту скелета». Журнал исследований костей и минералов. 22 (8): 1245–1259. Дои:10.1359 / jbmr.070420. PMID  17456009.