OSTEOKLASTEN: BILDUNG, EIGENSCHAFTEN, FUNKTIONEN, KRANKHEITEN - BIOLOGIE - 2025

Die Osteoklasten sind eine von drei Arten von Zellen, die im Knochengewebe vorkommen, und sind für ein Phänomen verantwortlich, das als Knochenresorption bekannt ist und für die Aufrechterhaltung der Struktur dieses Phänomens wesentlich ist.

Im Gegensatz zu Osteoblasten und Osteozyten durchlaufen die beiden anderen im Knochengewebe vorhandenen Zellgruppen, Osteoklasten, sobald sie ihre Resorptionsfunktion erfüllt haben, komplexe Prozesse des programmierten Zelltods (Apoptose).

Mikroskopie eines aktiven Osteoklasten (Quelle: Robert M. Hunt in der englischen Wikipedia über Wikimedia Commons)

Seine Aktivität wird hauptsächlich durch den endokrinen Weg reguliert, der spezifisch durch zwei Hormone gesteuert wird: Nebenschilddrüsenhormon und Calcitonin, die speziell von der Nebenschilddrüse und der Schilddrüse produziert werden.

Der Name dieser Zellen wurde 1873 von Kölliker geprägt, und die Rolle der Knochenresorption wurde ursprünglich Osteozyten und Makrophagen zugeschrieben. Heute ist jedoch bekannt, dass diese Zellen in dieser Hinsicht eher "akzessorisch" sind Prozess.

Sie sind Elementarzellen in der Skelettphysiologie und Defekte in ihrer Funktion oder Abnormalitäten in den Prozessen, für die sie verantwortlich sind, implizieren die Entwicklung schwerer Pathologien beim Menschen.

Ausbildung

Osteoblasten stammen von mononukleären Zellen, die aus dem Rückenmark und anderen hämatopoetischen Organen stammen und über Gefäßwege in das Knochengewebe wandern können.

Sie werden aus einer Vorläuferzelle namens Granulozyten-Makrophagen gebildet, aus der Osteoklasten und Monozyten entstehen, deren Proliferation und Differenzierung von verschiedenen regulatorischen Molekülen abhängt, unter denen viele Zytokine genannt werden können.

Nachdem sich die Vorläuferzellen durch das Gefäßsystem verbreitet haben, etablieren sie sich in verschiedenen Bereichen des Knochengewebes (Periost, Endost und Perichondrium).

Mononukleäre Phagozyten sind präosteoklastischen Zellen sehr ähnlich, aber es ist die Knochenmikroumgebung, die ihre Differenzierung durch verschiedene Stimuli bestimmt.

Differenzierung der Vorläuferzellen

Die pluripotenten hämatopoetischen Zellen des Knochenmarks empfangen Signale, die ihre Entwicklung auf die myeloische Linie richten, was die Expression bestimmter Moleküle erfordert, die es diesen Zellen ermöglichen, auf osteoklastogene Faktoren zu reagieren.

Während sich die myeloide Zell- "Kolonie" differenziert, können zahlreiche Marker für die Makrophagenlinie identifiziert werden, die insbesondere durch das Vorhandensein eines Faktors gekennzeichnet sind, der als "Makrophagenkolonie-stimulierender Faktor" bekannt ist.

Die Bedeutung dieses Faktors für die Differenzierung von Osteoklasten-Vorläuferzellen wurde durch verschiedene experimentelle Beobachtungen bei Tieren mit Mutationen in den verwandten Genen gezeigt, die schwere Anomalien in der Knochenentwicklung aufweisen.

Fortschreiten von "Makrophagen" in Richtung Osteoklasten

Makrophagen, die zur Differenzierung in der Osteoklastenlinie bestimmt sind, entwickeln sich zur Entwicklung phänotypischer Eigenschaften, die diesen Knochenzellen inhärent sind, wie z. B. die Expression des Rezeptors für Calcitonin und die Fähigkeit, Knochen wieder zu resorbieren.

Derzeit haben mehrere Forschungsgruppen festgestellt , dass der Haupt osteoclastogenic Faktor eine als Aktivierungs Rezeptor des Liganden NFKB ist bekannt (RANKL, aus dem Englischen „ R eceptor A ctivator von N F K B L igand“), ein Membranprotein exprimiert wird, nachdem die Stimulation von Hormonen oder Knochenabsorptionszytokinen.

Dieser Faktor wirkt auf vielen verschiedenen indirekten Downstream-Wegen und moduliert die Expression der Gene, die für die Differenzierung von Osteoklasten erforderlich sind, und seine Expression hängt auch von der Kontrolle anderer Moleküle ab.

Die Differenzierung erfolgt dann progressiv und ein weiterer wichtiger Schritt in diesem Prozess ist die Fusion mehrerer Zellen, die an die Osteoklastenlinie gebunden sind, um das "Polykaryon" oder die mehrkernige Vorläuferzelle zu bilden.

Eigenschaften

Osteoklasten sind mehrkernige „Riesenzellen“ (mit vielen Kernen) mit einem Durchmesser zwischen 10 und 100 µm, einem acidophilen Zytoplasma und einem komplexen und spezialisierten inneren Membransystem, das im Resorptionsprozess funktioniert.

Es sind mobile Zellen, die sich auf der Oberfläche der Knochen zwischen den Resorptionsstellen bewegen. In ihrem aktiven Zustand haben sie viele Vakuolen und Mitochondrien in sich, die für einen hohen Stoffwechselfluss verantwortlich sind.

Diese Zellen besetzen bestimmte Stellen, die als "Howship Lagoons" bekannt sind. Dies sind hohle Vertiefungen, die für die Regionen charakteristisch sind, in denen Knochenresorption auftritt.

Querschnitt eines aktiven Osteoklasten (Quelle: Cellpath via Wikimedia Commons)

Sie sind polarisierte Zellen, so dass sich die Organellen im Inneren in bestimmten Bereichen befinden: im Grundbereich, im Bereich "lockige Kante" oder "Bürstenkante", im hellen Bereich und im vesikulären Bereich.

Die klaren Bereiche und die Bürstenkanten weisen spezielle Resorptionsstrukturen auf, die sie charakterisieren und als Netzwerk von Membranfalten beobachtet werden, unter denen die Resorptionsprozesse ablaufen, da sie in direktem Kontakt mit dem Knochen stehen.

Die Basalzone (am weitesten von den Lagunen entfernt) enthält die größte Menge an Organellen: die Kerne und alle verwandten Systeme, während die Vesikelzone aus vielen Transportervesikeln besteht, die mit der Resorption zusammenarbeiten und sich zwischen der Basalzone befinden. und die Bürstenkante.

Eigenschaften

In Verbindung mit den anderen Zellen des Knochengewebes sowie zusammen mit einigen lokalen regulatorischen Faktoren und bestimmten Hormonen spielen Osteoklasten eine wichtige Rolle bei der strukturellen Erhaltung und dem Umbau der Knochen während und nach der Osteogenese.

In diesem Sinne sind Osteoklasten am gekoppelten Resorptions- und Bildungsprozess beteiligt, der aus osteoklastenvermittelter Resorption und osteoblastengerichteter Bildung besteht.

Im Großen und Ganzen beinhalten osteoklastenvermittelte Knochenresorptionsmechanismen die Sekretion von Hydrolasen aus ihren Lysosomen und von Ionen, die Knochen zersetzen.

Wie andere Bindegewebszellen sind Osteoklasten an der Aufrechterhaltung der Calciumhomöostase im Serum beteiligt.

Krankheiten

Verschiedene Krankheiten hängen mit der Funktion von Osteoklasten zusammen, darunter:

- Osteoporose : Dies ist ein Zustand, der durch ein Ungleichgewicht zwischen Knochenresorption und -bildung gekennzeichnet ist, bei dem es zu einer verstärkten Resorption kommt, die zu Zerbrechlichkeit und kontinuierlichen Skelettfrakturen führt. Es tritt häufig bei älteren und älteren Menschen auf.

- Osteopetrose : Es handelt sich um eine genetische Erkrankung, die durch eine Zunahme der Knochenmasse aufgrund von Defekten in der Entwicklung der lockigen Kanten der Osteoklasten aufgrund spezifischer Mutationen gekennzeichnet ist, was zu einer Verringerung ihrer Resorptionskapazität führt.

- Morbus Paget: Bei älteren Patienten wird eine unkontrollierte Knochenresorption und -bildung festgestellt, die offenbar viralen Ursprungs ist.

Verweise

1. F. Bronner, M. Farach-Carson, J. Rubin & EM Greenfield (2005). Osteoklasten: Herkunft und Differenzierung. Bei der Knochenresorption (S. 23). London: Springer.
2. Chen, X., Wang, Z., Duan, N., Zhu, G., Schwarz, EM & Xie, C. (2018). Osteoblasten - Osteoklasten-Wechselwirkungen. Connective Tissue Research, 59 (2), 99 & ndash; 107.
3. Frame, B. & Marel, M. (1981). Paget-Krankheit: Ein Überblick über das aktuelle Wissen. Diagnostic Radiology, 141, 21–24.
4. L. Gartner & J. Hiatt (2002). Textatlas der Histologie (2. Aufl.). Mexiko DF: McGraw-Hill Interamericana Editores.
5. Johnson, K. (1991). Histologie und Zellbiologie (2. Aufl.). Baltimore, Maryland: Die National Medical Series für unabhängige Studien.
6. Kuehnel, W. (2003). Farbatlas für Zytologie, Histologie und mikroskopische Anatomie (4. Aufl.). New York: Thieme.
7. Pierce, A., Lindskog, S. & Hammarstrom, L. (1991). Osteoklasten: Struktur und Funktion. Electron Micros. Rev. 4, 1–45.
8. C. Sobacchi, A. Schulz, P. Fraser, A. Villa & MH Helfrich (2013). Osteopetrose: Genetik, Behandlung und neue Erkenntnisse zur Osteoklastenbildung. Nature Reviews Endocrinology, 1–15.
9. Vaes, G. (1987). Zellbiologie und biochemischer Mechanismus der Knochenresorption. Klinische Orthopädie und verwandte Forschung, 231, 239–271.