Una volta attivati, gli osteoclasti si spostano verso aree di microfrattura nell’osso per chemiotassi. Gli osteoclasti si trovano in piccole cavità chiamate lacune di Howship, formate dalla digestione dell’osso sottostante. La zona di tenuta è l’attaccamento della membrana plasmatica dell’osteoclasto all’osso sottostante. Le zone di tenuta sono delimitate da cinghie di strutture di adesione specializzate chiamate podosomi. L’attaccamento alla matrice ossea è facilitato dai recettori dell’integrina, come avß3, attraverso lo specifico motivo aminoacidico Arg-Gly-Asp nelle proteine della matrice ossea, come l’osteopontina., L’osteoclasto rilascia ioni idrogeno attraverso l’azione dell’anidrasi carbonica (H2O + CO2 → HCO3− + H+) attraverso il bordo increspato nella cavità di riassorbimento, acidificando e aiutando la dissoluzione della matrice ossea mineralizzata in Ca2+, H3PO4, H2CO3, acqua e altre sostanze. La disfunzione dell’anidrasi carbonica è stata documentata per causare alcune forme di osteopetrosi. Gli ioni idrogeno vengono pompati contro un gradiente ad alta concentrazione da pompe protoniche, in particolare una vacuolar-ATPasi unica. Questo enzima è stato mirato nella prevenzione dell’osteoporosi., Inoltre, diversi enzimi idrolitici, come i membri dei gruppi catepsina e matrice metalloproteasi (MMP), vengono rilasciati per digerire i componenti organici della matrice. Questi enzimi vengono rilasciati nel compartimento dai lisosomi. Di questi enzimi idrolitici, la catepsina K è di massima importanza.
Catepsina K e altre catepsineedit
La catepsina K è una proteasi collagenolitica, simile alla papaina, che viene espressa principalmente negli osteoclasti e viene secreta nella fossa di riassorbimento., La catepsina K è la principale proteasi coinvolta nella degradazione del collagene di tipo I e di altre proteine non collagene. Mutazioni nel gene della catepsina K sono associate alla picnodisostosi, una malattia osteopetrotica ereditaria, caratterizzata da una mancanza di espressione funzionale della catepsina K. Studi knockout di catepsina K nei topi portano ad un fenotipo osteopetrotico, che, è parzialmente compensato da una maggiore espressione di proteasi altro che catepsina K e osteoclastogenesi migliorata.
La catepsina K ha un’attività enzimatica ottimale in condizioni acide., È sintetizzato come un proenzyme con un peso molecolare di 37kDa, e su attivazione da scissione autocatalytic, è trasformato nella forma matura, attiva con un peso molecolare di ~27kDa.
Dopo la polarizzazione dell’osteoclasto sul sito di riassorbimento, la catepsina K viene secreta dal bordo increspato nella fossa di riassorbimento. La catepsina K transmigra attraverso il bordo increspato da vescicole intercellulari e viene quindi rilasciata dal dominio secretorio funzionale., All’interno di queste vescicole intercellulari, la catepsina K, insieme alle specie reattive dell’ossigeno generate dalla TRAPPOLA, degrada ulteriormente la matrice extracellulare ossea.
Molte altre catepsine sono espresse negli osteoclasti, incluse le catepsine B, C, D, E, G e L. La funzione di queste cisteina e proteasi aspartiche è generalmente sconosciuta all’interno dell’osso e sono espresse a livelli molto più bassi rispetto alla catepsina K.,
Gli studi sui topi knockout della catepsina L sono stati mescolati, con un rapporto di riduzione dell’osso trabecolare nei topi knockout della catepsina L omozigote ed eterozigote rispetto ai wild-type e un altro rapporto che non ha rilevato anomalie scheletriche.
Metalloproteinasi a matrice
Le metalloproteinasi a matrice (MMPs) comprendono una famiglia di oltre 20 endopeptidasi zinco-dipendenti., Il ruolo delle metalloproteinasi della matrice (MMPs) nella biologia degli osteoclasti è mal definito, ma in altri tessuti sono stati collegati con attività di promozione del tumore, come l’attivazione di fattori di crescita e sono necessari per le metastasi tumorali e l’angiogenesi.
MMP9 è associato al microambiente osseo. È espresso dagli osteoclasti ed è noto per essere richiesto per la migrazione degli osteoclasti ed è una potente gelatinasi. I topi transgenici privi di MMP-9 sviluppano difetti nello sviluppo osseo, nell’angiogenesi intraossea e nella riparazione delle fratture.,
Si ritiene che MMP-13 sia coinvolto nel riassorbimento osseo e nella differenziazione degli osteoclasti, poiché i topi knockout hanno rivelato diminuzione del numero di osteoclasti, osteopetrosi e diminuzione del riassorbimento osseo.
I MMP espressi dall’osteoclasto includono MMP-9, -10, -12 e -14. a parte MMP-9, poco si sa circa la loro rilevanza per l’osteoclasto, tuttavia, alti livelli di MMP-14 si trovano nella zona di tenuta.
Osteoclast physiologyEdit
Negli anni ’80 e’ 90 la fisiologia degli osteoclasti tipici è stata studiata in dettaglio., Con l’isolamento del bordo increspato, il trasporto di ioni attraverso di esso è stato studiato direttamente in dettaglio biochimico. Il trasporto acido dipendente dall’energia è stato verificato e la pompa protonica postulata è stata purificata. Con la coltura di successo degli osteoclasti, è diventato evidente che sono organizzati per supportare il trasporto massiccio di protoni per l’acidificazione del compartimento di riassorbimento e la solubilizzazione del minerale osseo. Ciò include la permeabilità Cl− bordo increspato per controllare il potenziale di membrana e lo scambio basolaterale Cl−/HCO3 per mantenere il pH citosolico in intervalli fisiologicamente accettabili.,>
L’efficacia della sua secrezione ionica dipende dall’osteoclasto che forma un sigillo efficace attorno al compartimento di riassorbimento. Il posizionamento di questa “zona di tenuta” sembra essere mediato da integrine espresse sulla superficie dell’osteoclasto. Con la zona di tenuta in posizione, l’osteoclasto multinucleato si riorganizza. Lo sviluppo della membrana increspata altamente invaginata che appone il compartimento di riassorbimento permette l’attività secretoria massiccia., Inoltre, permette la transcitosi vescicolare del minerale e del collagene degradato dal bordo increspato alla membrana libera della cellula e il suo rilascio nel compartimento extracellulare. Questa attività completa il riassorbimento osseo e sia i componenti minerali che i frammenti di collagene vengono rilasciati nella circolazione generale.
regolazionemodifica
Gli osteoclasti sono regolati da diversi ormoni, tra cui l’ormone paratiroideo (PTH) dalla ghiandola paratiroidea, la calcitonina dalla ghiandola tiroidea e il fattore di crescita interleuchina 6 (IL-6)., Quest’ultimo ormone, IL-6, è uno dei fattori nella malattia osteoporosi, che è uno squilibrio tra riassorbimento osseo e formazione ossea. L’attività degli osteoclasti è anche mediata dall’interazione di due molecole prodotte dagli osteoblasti, vale a dire l’osteoprotegerina e il ligando di RANGO. Si noti che queste molecole regolano anche la differenziazione dell’osteoclasto.