Väitöskirja Somogyi-Ganss E.( 2004) Matrixin osuus luun ja dentiinin biomineralisaatiossa.

LÄHDE:  SOMOGYI-GANSS Ester Novel non-collagenous modulators of biomineralization in bone and dentin ( 2004, KI, Stockholm) ISBN 91-7140-101-6

Vitamiini-K funktioita kirjallisuudesta selvitellessäni 2000 -2001 aikaan luin sekventiaalisesti, posttranslationaalisesti karboksyloituvista Gla-proteiineista ( 14 tunnettua), joista parilla on osuutta myös luun remodelling-kaskadissa. Vunna 2004  on ilmestynyt eräs väitöskirja alasta ja tässä katsotaan näittenkin proteiinien  prosessia lähempää. Suomennan ensin abstraktin.

ABSTRAKTI

”Mineralisoituvien kudosten, kuten luun ja hampaiden muodostumista hallitaan monitasoisin molekyläärisin, geneettisin ja sellulaarisin tapahtumin, joiden huipentumana kehittyy erilaistuneita soluja. Näistä tulee erikoistunutta orgaanista ainesta matriksia, joka pystyy myöhemmin mineralisoitumaan, kun liukoisista suoloista käsin kehittyy kristallimuotoisia kalsiumfosfaattikiteitä. Tämän kovan kudosfaasin muodostuminen on tiukasti ekstrasellulaarisen ( solunulkoisen) matrixin komponenttien säätelemä - aiheuttaahan tasapainon poikkeamat ennenaikaisia, kuntoa huonontavia terveysongelmia kuten artriitteja, suonien kalkkiutumisia, hammasperäisiä sairauksia ( periodontiitteja) ja osteoporoosia.

Jotta voitaisiin löytää parempi täsmälääkitys kovan kudoksen poikkevaa mineralisoitumista aiheuttaviin tauteihin, on mineralisaatiota kontrolloivien normaaliprosessien molekylääristen mekanismien syvällinen ymmärtäminen tärkeää.

Lukuisia pienehköjä matrixproteiineja on tunnistettu kovista kudoksista ja niillä on havaittu olevan kriittistä merkitystä biomineralisaatiossa. Tämän väitöskirjan aiheena on sellaisten pienten tekijöitten identifioiminen ja toiminnallinen analysoiminen mineralisoituvista kudoksista, luusta ja dentiinistä.

Nyt tehdyt Calretikuliini (CRT)- tutkimukset ovat osoittaneet ensi kertaa tämän kalsiumia sitovan proteiinin todella olevan kovien kudosten ekstrasellulaarimatrixin (ECM) komponentti. Toiminnallisissa tutkimuksissa osoitettiin, että CRT edistää eräiltä osin in vitro kollageenin fibrillogeneesiä ja CRT myös sitoo annoksesta riippuvalla tavalla hydroksyapatiittia (HAP), joka on hallitseva mineraalikomponentti luussa ja dentiinissä.

Normaalin CRT-expressoitumisen tason säätelyn häiriintymä

( deregulaatio) joko yliexpressiolla tai repressiolla soluviljelmässä omasi huomattavaa vaikutusta mineraalimuodostuksen nopeuteen ja määrään. Saadusta tiedosta voi päätellä, että CRT ei ole vain ECM-komponentti, vaan sillä on myös aktiivi osuus mineraalin muodostuksen säätelyssä.

Väitöskirjan toisessa osassa osoitettiin, että nukleobindiini ( NUC) mRNA ilmenee ameloblastissa ja odontoblastissa ja sitä vastaavaa proteiinia on odontoblastissa, ameloblastissa ja dentiinin matriksissa. Pohjautuen aiemmin saatuun tietoon sen toimimisesta päätekijänä kalsiumia sitovana proteiinina endoplasmisessa retikulumissa (ER), voidaan olettaa että NUC saattaa osallistua kalsiumin homeostaasiin ja jonin siirtoon kohti ECM-matriksia.

Lopuksi havaittiin protrombiinia (PT) olevan osteoidissa. Osoittautui, että protrombiinia ei tuotu kuitenkaan osteoblastista, vaan se tulee luumatrixiin seerumista käsin. PT assosioituu tyyppi I:n kollageeniin eikä sitä tavata tyyppi II kollageenifibrilleissä. PT estää annoksesta riippuvalla tavalla kollageenin fibrillogeneesiä ja hydroksiapatiittikristallien kasvua in vitro, mistä voi olettaa seerumin protrombiinin toimivan mineralisaation negatiivisena säätelijänä.

 

YKSITYISKOHTIA NUKLEOBINDIINISTÄ ja KALRETIKULIINISTA 

Nukleobindiini (NUC) ja Golgin laite

Tämä löydettiin ensin B-lymfosyyttilinjasta immuunihäiriöon ja SLE-tautiin kehitetystä koe-eläimestä. . Myöhemmin sitä löydettiin tiiviinl uun osteoidista ja osteosyytistä.

NUC geeni on kr.9:ssä. Proteiinissa on 2 EF-hand-muodostumaa, molemmat sitoo kalsiumia. Lisäksi on “leucine zipper” motiivi, joka välittää DNA-sitoutumista. NUC syntetisoituu ER:ssa , kulkee läpi Golgin, modifioituu O-glykosylaatiolla ja sulfaatiolla, on 63 kDa ja erittyy. Sitä on monessa kudoksessa hieman, mutta luussa selvästi  havaittavissa määrin. NUC omaa kalsiumille herkistävää merkitystä. Se on ainoa kalsiumia sitova proteiini, joka on interaktiossa heterotrimeeriseen G-proteiiniin. Se voi vaikuttaa sen kaikkiin alajäseniin ollen riippuvainen Mg++ ja Ca++ joneista. SERCA:n  ja IP3R:n kanssa se on saamassa aikaan agonistilla mobilisoituvaa Golgiperäistä kalsiumvarastoa.

Kun NUC on syntetisoitunt osteoblastista ja osteosyytistä, se erittyy ECM-matriksiin ja löytyy osteoidista ( päinvastoin kuin BSP ja OPN)

Calretikuliini (CRT) ja Endoplasminen reticulum (ER)

Tätä on pidettu ER- proteiinina.Sen kaksi päätehtävää ovat chaperone-muodostus ja Ca++-homeostaasisn ylläpito.

Se on lektiinin kaltainen chaperone ja osallistuu monien molekyylien synteesiin.. jonikanavien, pintareseptoreitten, integriinien ja kuljetusproteiinien synteesiin.

Se moduloi ER- kalsiumvarastoja ja ER-kalsiumkuljetusta. ER on solun tärkein ja aineenvaihdunnallisesti relevantein kalsiumin lähde.

Siitä irtoaa kalsiumia IP3R- ja RyR Ca++ vapauttavilla kanavilla ja kalsiumia otetaan takaisin SERCA-tietä.( sarcoplasmic/endoplasmic reticulum)

CRT koodataan kromosomista 19. Se on ikivanha, konservoitu proteiini ja löytyy monelta lajilta. Yksi isoformi esiintyy testiksissä.

Jos kalsiumvarastot vähenevät, CRT-promoottori aktivoituu, CRT mRNA lisääntyy. CRT expressiota lisää sinkki (Zn++), virustulehdukset, aminohappojen puute. Sitä löytyy neutrofiileistä ja stimuloiduista T-soluista, joten CRT omaa jonkin tärkeän fysiologisen tehtävän.

Sillä on N-, P- ja C-domaanit.

N-domaani sitoo raskasmetallia ( Zn++) ja vuorovaikuttaa muihin ER-chaperonirakenteisiin tumareseptorin DNA:ta sitovalla domaanilla ja tumahapoilla. P-domaani on proliinipitoinen, muodostaa kuin ojennetun käden ja on interaktiossa muihin ER-lumen (ontelo-)alueen chaperonimodostumiin. C-domaani sitoo kalsiumia Ca++.( 20-30 moolia / mooli proteiinia) ja varastoi kalsiumia ER-onteloihin.  Sitä löytyy verenkierrosta, tumasta ja solupinnoilta.

CRT sitoutuu alfa-integriiniin ja voi moduloida integriinien affiniteettia.

CRT puuttuma embryonaalisesta kantasolusta aiheuttaa vaikean integriinin puutteen, joka näkyy integriinivälitteisissä adheesioissa ECM:ssä ja integriinien esiinliipaisemassa Ca++-virtauksessa extrasellulaarista (solunulkoisista) lähteistä. CRT vaikutus integriiniin on ohimenevä, transientti. CRT on tärkeä osteoblastille ja luunmuodostukselle. Sen konstitutiivinen ilmeneminen osteoblastissa esti mineralisaatiota.

CRT on geeniexpression vahva säätelijä tumahormonireseptorin kautta ja siten osallistuu osteoblastin vasteeseen D3 vitamiinille. Osteoblastin differentiaatiolle ja toiminnalle on tärkeä tämä CRT-välitteinen säätö, kun osteoblastien geeniexpression kontrolli linkitään integriinivälitteisin tumareseptorein substraattiin.

Kiilteen muodostuksessa tutkittiin myös CRT:n  osuutta extrasellulaaritilassa. CRT oli säätynyt ylös puskuroiden mineraalilatausten lisääntymistä, kun hammaskiille oli hypermineralisoitua ja ameloblastien oli käsiteltävä suuret määrät kalsiumjoneja.

Vertailu NUC ja CRT proteiinien kesken

NUC omaa homologiaa CRT proteiinin kanssa ( 30% identtisyys proteiinitasossa ), lähinnä P ja C-domaaneissa, CRT:n kalkkia sitovissa kohdissa. Molemmilla on karboksyterminaali (-COOH) , molemmat sitovat kalsiumjonia (Ca++)  Molempia erittyy autoimmuunisairauksissa ja kumpikin osallistuu eksosytoosiin omissa aitioissaan.

VÄITÖSKIRJAN sisällösssa mainittuja peptidejä ja proteiineja

Sisällöstä

(LUU)

Osteoblasti Osteosyytti Lining cell Osteoklasti

DENTIINI

Odontoblasti

LUUN ja DENTIININ BIOKEMIALLINEN KOKOOMUS

MINERAALIFAASI

ORGAANINEN FAASI

a) Kollageeni

b) Non-kollageeniproteiinit (NCP)

Sibling family; SLRP ( small leucin rich proteoglycan); GLA proteiinit;

Seerumin proteiinit; Protrombiini

MATRIX-proteiinin DEGRADAATIO

KALCIUMIN suorittama signaalinvälitys

Ca++ kuljetus luussa ja dentiinissä

Ca++ sitovat proteiinit luussa ja dentiinissä

Regucalcin Anneksiini EF hand proteiinit

Näinen otsikoiden tarkemmasta erittelystä numeroituna

1. LUUN MUODOSTUKSESTA

Enkondraaliset kondrosyyttitien kautta tapahtuvat ( rustoluu) ja intramembranoosit suoraan osteoblasteista käsin tapahtuvat ( peiteluu) luutumiset

1.1. OSTEOBLASTI

1.1.1. Alkuperä multipotentti mesenkymaalisolu, yksitumainen, erittää.

1.1.2. Osteoidi, osteoblastierite luun ja osteoblastikerroksen välissä

1.1.3. Muu eritys ECM ( kollag I; PG; gp, Gla-prot, ents ALP)

1.1.4. Tight junctions ja kommunikaatio stroomaan

1.1.5. Erittää M-CSF, RANKL( Receptor Activator of NF-kB Ligand)

1.1.6. OPG, osteoprotegeriini, ( RANKL decay reseptori)

1.2. OSTEOSYYTTI ( luun runsain solu; 10:1 osteosyytti: osteoblasti)

1.2.1. Mekanosensorijärjestelmä, funktionaali adaptaatio

1.2.2. Signaloi mikrovauriosta.

1.3. LINING CELLS, osteoblasteista osa muuttuu näiksi reunustaviksi soluiksi

1.3.1. Suojaava funktio. ohuen osteoidin ( 1-2 um) päällä, estää osteoklasteilta

1.3.2. Erittää kollagenaasia jolloin sallii osteoklastin resorboida luuta

1.4. OSTEOKLASTI ja sen entsyymit

1.4.1. Alkuperä pluripotentti monitumainen monosyyttilinjan fusoitunut solu

1. 4.2. Osteoblastista tuleva säätely (Kts.M-CSF RANKL sekä OPG).

1.4. 3. RANK .(RANKL Reseptori osteoklastin progenitor-.solussa

1.4.4. PTH, lisää RANKL, edistää osteoklastin differentiaatiota

1.4.5. Osteoklastin resorptiotoiminnasta, ”ruffled border”- rakenne

1.4.6. Vakuolaari ATP-aasi ( H+-ATPaasi), happaman miljöön tekijä

1.4.7. MMPs metalloproteinaasit kollageenin sulattajina

1.4.8. Katepsiini K, B, L. kollageein ym matrixin sulattajana.

1.4.9. Fosfohydrolaasi, tartraattiresistenssi hapan fosfataasi (TRAP).

2. DENTIINI ja predentiini odontoblastista erittyviä, kantaa kiillettä.

2.1. ODONTOBLASTI (neuraalipoimusta) Dentiinin ja pulpan rajapintana.

2.2. AMELOBLASTI (epiteliaalinen, muodostaa soluttoman kiilteen ENAMEL).

2.3. PULPA mesenkymaalinen, pehmeää sidekudosta, dentiinin ympäröimä

2.4. Hampaassa ei ole osteoklasteja. Remodeling kaskadi puuttuu aikuiselta.

3. LUUN ja DENTIININ BIOKEMIALLINEN KOKOOMUS

4. MINERAALIFAASI (90 %)

4.1. HAP, hydroksiapatiitti (Ca10(PO4)6(OH)2)

4.2. Miten kalsiumfosfaatti- kiteen muodostus alkaa?

4.3. Calsium (Ca++) Luustossa on 99% kehon kalkista.

4.4. Natrium (Na+),Luustossa on 53% kehon natriumista.

4.5. Karbonaatti. Luustossa on 80% kehon karbonaatista.

4.6. Magnesium (Mg++). Luustossa on 60% kehon magnesiumista.

4.7.Cafosfaattikiteen muodostuksen alku, homogeeni ja heterogeeni nukleaatio

5. ORGAANINEN FAASI (10 %)

5.1. KOLLAGEENI Tyyppi I on runsain.

5.2. NON- KOLLAGEENIPROTEIINIT (NCP)

5.2.1. Fibronektiini (gp) Runsain NCP luussa ja dentiinissä

5.2.2. Osteonektiini (ON) (gp). Luun runsain Ca++ sitoja gp, matrixtekijä

5.2.3. Trombospondiini 1 ja 2

5.2.4. Osteopontiini (OPN)

5.2.5. Tenaskiini-C ja –X.

5.3. Kasvutekijöitä

5.3.1.TGF-beta,

5.3.2. IGF-1,-2

5.3.3.FGF-2

5.3.4. Useita angiogeenisia kasvutekijöitä

5.4. MUITA NCP ovat SIBLING, SLRP, Gla-proteiinit ja seerumin proteiinit

5.4.1. SIBLINGs ( Small Integrin-Binding Ligand, N-linked Glycoprotein),

Apatiittikiteen muodostukseen vaikuttavat:

5.4.1.1. Osteopontiini (OPN); kidemuodostuksen inhibiittori

5.4.1.2. Bone sialoprotein ( BSP); initiaali nukleaattori

5.4.1.3. Dentiinin matrixiproteiini (DMP-1); edistäjä, aggregaattori

5.4.1.4. Dentiini fosfoproteiini (DPP); dentiinissä initiaattori, modulaattori

5.4.1.5. Dentiinin sialoproteiini (DSP); dentinogeneesin edistäjä

5.4.1.6. Matrixin ec. fosfoglykoproteiini (MEPE); fosf .homeostaasi

5.4.1.7. Bone acidic gp-75 (BAG) ( uusi löytö)

5.4.2. PROTEOGLYGAANIT (PG) kuten perlekaani, iso PG.

5.4.2.1. SLRP, small leucin rich proteoglycan, voivat sis. KS, HS, DS tai CS

( kerataani-, heparaani-,dermataani- kondroitiinisulfaatteja). Matrix integriteetti.

5.4.2.1.1. Dekoriini (yksi CS GAG ketju miner.kudoksesa);kollag integraatio

5.4.2.1.2. Biglykaani ( kaksi CS GAG ketjua ”); Kollag. integraatio

5.4.2.1.3. Asporiini (yksi O- ja yksi N-glykosylaatiokohta)

5.4.2.1.4. Lumikaani (KS SLRP)

5.4.2.1.5. Fibromoduliini (KS SLRP)

5.4.2.1.6. Osteoadheriini (sis. KS)

5.4.3. GLA- PROTEIINIT ( gamma-karboksyloituja K-vit. Avulla)

5.4.1. Osteokalsiini (OCN) 3 Gla-ryhmää. Luun ja hampaan kehitys.

5.4.2. Matrix-Gla-proteiini (MGP).5 Gla ryhmää; Luun ja hampaan kehitys.

5.4.4. SEERUMIN PROTEIINIT

5.4.4.1.Albumiini

5.4.4.2.Fetuiini ( alfa2HS-glykoproteiini)

5.4.4.3.Protrombiini ( kuuluu myös Gla-proteiineihin; 10 Gla ryhmää)

6. MATRIX-PROTEIINIEN DEGRADAATIO.

ECM-remodeling. Kollageenin turn over.

6.1. MMPs, matrix metalloproteinaasit (Zn++) (MMPs alaryhmineen ( 1-25)

6.2. TIMP (Tissue inhibitors of metalloproteinases; endogeeni inhibiittori

6.3. Muu säätelymekanismi

6.4. MMP funktioista

6.5. MMPs alaryhmistä

7. CALCIUM SIGNALING

8. Ca++ TRANSPORT luussa ja dentiinissä

8.1. Calsium intravenöösisesti, minne se sijoittuu?

8.2. Kalsiumkanavat.

8.3. Kalsiumvarastot solun sisällä

8.4. Gradientin vastainen kuljetus

8.5. Kalsiumkuljettajien geenit

9. KALSIUMIA SITOVAT PROTEIINIT LUUSSA JA DENTIINISSÄ

9.1. Regukalsiini, monitoiminen homeostaasissa, vaikuttaa DNA ja RNA:ta myöten.

9.2. Anneksiinit; yli 1000 jäsentä, superperhe,.sitotuu fosfolipideihin, laajempiki vaikutus calciumhomeostaasissa, nukleaatiokohtaa kiteille ja piikeille.

9.3. EF hand proteiinit (kalsiumin modulaattorit Ca++ sensorit) Luovat soluinteriörin kalsiumitonta tilaa.

9.3.1. Calmoduliini, säätelee entyymejä ja soluprosesseja.

9.3.2. Calsykliini S100A4 ja A6 säätelee proteiinifosforylaatioita, transkriptiotekijöitä, Ca homeostaasia,solun proloferaatiota ja differentiaatiota.

9.3.2.1. S100A4 Osteobl. ja pehmeissä kudoksissa

9.3.2.2. S1006 eli calsykliini. Soluproliferaatiossa , exosytoosissa.Hiiren kr.3:ssa.

9.3.3.Calbindiini D28K ja D9K. Vitamiini D säätelee synteesin.

9.3.3.1. D28K Sitoo ca++ ja translokoituu Ca-sensoriin, jos Ca++ic nousee. kohonneennCa++ec seurauksena. Osallistuu Ca++-sensing-funktioon.

9.3.3.2. D9K puskuroi Ca++ic.

9.3.4.Parvalbumiini. Ei esiinny ECM:ssä osallistuu Ca++ ic-alueen funktioihin.

9.3.5.Nukleobindiini (NUC) ja Golgin laite. B-solun kasvu ja differentiaatiotekijä. Sitoutuu COX-1 ja COX.2 entsyymeihin. Interaktiossa heterotrimeeriseen G-proteiiniin ainoana Calsiumia sitovista proteiineista.

9.4. Calretikuliini (CRT) ja Endoplasminen reticulum (ER) moduloi ER-kalsiumvarastoa, joka on tärkein solun siäsinen Ca++ varasto.

10. Vertailu NUC ja CRT homologisia. 30% identiteetti proteiinirakenteessa.

MUISTIIN 05-05-09 01:05

Lea Bright

Fjällsippan 6

424 48 Angered

kerrattu  1.4. 2017