Maestría en Osteología y Metabolismo Mineral Dra. Carola Bozal Cátedra de Histología y Embriología, FOUBA

Transcripción

1 Maestría en Osteología y Metabolismo Mineral 2015 Dra. Carola Bozal Cátedra de Histología y Embriología, FOUBA

2 Linaje osteoblástico Osteoblastogénesis y sistemas reguladores Vías Wnt

3 Célula madre mesenquimática Precursor no-hemopoyético Precursor hemopoyético X FUSION

4 Linaje osteoblástico (MSC) 5

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6 Osteoblastos

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8 Osteoblastos

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11 Osteoblastos: diferenciación a osteocito H-E Magnificación original X1000

12 Diferenciación

13 Osteoblasto Osteocito del osteoide Osteocito maduro Grande, de forma cúbica Disminución del 30% del volumen del cuerpo celular Abundante REG Abundante REG << REG Abundante Golgi Golgi definido << Golgi Disminución del 70% del volumen del cuerpo celular Síntesis de MEC < síntesis de MEC Mantenimiento de la MEC que lo rodea Extiende procesos citoplasmáticos hacia el frente de mineralización Rodeado de osteoide Desarrolla largos y delgados procesos citoplasmáticos en todos los sentidos Acumula glucógeno Rodeado de matriz mineralizada

14 El Osteocito La célula ósea : 90-95% forma estrellada. Tamaño: 5-20 µm prolongaciones citoplasmáticas (procesos) (40-60 x célula) laguna o cavidad osteocítica canalículos (diam nm) LCS (sistema lacunocanalicular) Klein Nulend J, Bacabac RG, Mullender MG. Pathologie Biologie, 2004

15 Microscopía confocal del SLC

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19 R. Civitelli / Archives of Biochemistry and Biophysics 473 (2008)

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25 Diferenciación del linaje osteoblástico Factor de transcripción específico de linaje Factores de diferenciación Takeda, I. et al. (2009) Wnt and PPARγ signaling in osteoblastogenesis and adipogenesis Nat. Rev. Rheumatol. doi: /nrrheum

26 From stem cells to adipocyte lineage PPARγ2 (proliferator-activated receptor gamma 2) From stem cells to chondrocyte lineage Sox 9

27 From stem cells to osteoblastic Factores de transcripción específicos para el linaje osteoblástico: Runx-2 (CBFA1: core-binding factor 1) - expresado en células mesenquimáticas y en todo el linaje osteoblástico OSX (osterix) - expresado en osteoblastos - downstream a Runx2 - estimula diferenciación de preosteoblasto a osteoblasto inmaduro β-catenin (señalización canónica de Wnt)

28 Factores de transcripción específicos para el linaje osteoblástico

29 Runx2 - estimula diferenciación Obl en todas las etapas excepto la diferenciación terminal - inhibe proliferación Obl Osx β-catenin

30 β-catenin

31 Regulación de la diferenciación osteoblástica Factores de crecimiento reguladores de osteoblastogénesis: BMPs IGF I TGF β FGF Wnts Factores presentes en la matriz ósea que el Ocl procesa y libera durante la RO Factores liberados/expresados por el propio linaje osteoblástico (factores paracrinos): PTHrP (PTH related protein) Esclerostina (producto del gen SOST) preosteoblastos y MSC osteocitos

32 Wnts

33 Sobre las Wnts el genoma humano codifica 19 Wnts Los ligandos para Wnt activan distintas vías de transmisión de señales mediadas por receptor (4 vías): - Wnt/β-catenin pathway (vía canónica) - Wnt/Ca 2+ pathway - Wnt/planar cell polarity (Wnt/PCP) pathway - Wnt/protein kinase A (Wnt/PKA) pathway - La vía canónica de Wnt, la más estudiada, controla la expresión génica a través de la estabilización de β-catenin (Wnt/β-catenin pathway) Las Wnts participan en el desarrollo embriológico y la diferenciación de gran cantidad de tejidos Los receptores para Wnts en las células target son los Frizzleds (Fzs)

34 Sobre las Wnts en el hueso En el hueso, se activa el coreceptor LRP 5/6 para iniciar Wnt/β-catenin pathway y regular la masa ósea LRP 5/6 se expresa en osteoblastos Las Wnts a través de LRP 5/6 regulan la diferenciación, sobrevida y actividad de los osteoblastos La vía de señalización de las Wnts cumple un rol crucial en la regeneración ósea (cicatrización de fracturas, formación ósea ectópica) Los estudios más recientes apuntan al Wnt/β-catenin pathway como target terapéutico para estimular la formación ósea

35 Rol de Wnt/β catenin en la osteogénesis Venkatesh Krishnan,1 Henry U. Bryant,1 and Ormond A. MacDougald2 J. Clin. Invest. 116: (2006).

36 Vía de señalización Wnt/β canónica E. Piters et al. / Archives of Biochemistry and Biophysics 473 (2008)

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38 Canonical and noncanonical Wnt signaling pathways - Interacción de Wnt con rc LRP5/6 -desfosforilación de β-catenin - acumulación de β-catenin - traslocación de β-catenin al núcleo - unión a factores de transcripción - activación de la transcripción de genes downstream: Runx2 Osx ciclinas PPARγ Takeda, I. et al. (2009) Wnt and PPARγ signaling in osteoblastogenesis and adipogenesis Nat. Rev. Rheumatol. doi: /nrrheum

39 Canonical Wnt/β catenin pathway Las Wnts que activan ésta vía son Wnt1, Wnt2, Wnt3, Wnt3b, Wnt4, Wnt8, Wnt10b Journal of Cellular Biochemistry 106: (2009)

40 Antagonistas extracelulares de la vía Wnt Osteoporos Int (2008) 19:

41 Agonistas sintéticos de la vía Wnt (Fármacos)

42 Esclerostina: Regulador negativo de la formación ósea: esclerostosis

43 Balemans W, et al A generalized skeletal hyperostosis in two siblings caused by a novel mutation in the SOST gene. Bone 36: Esclerostosis

44 Van Buchem s disease Beighton P, Barnard A, Hamersma H, van der Wouden A. The syndromic status of sclerosteosis and van Buchem disease. Clin Genet. 1984;25(2):175-81

45 Sitios de acción de esclerostina

46 Modelo de ratón knock out para SOST Mice with SOST knockout had lower sclerostin levels and higher bone density as shown in these xrays. Li X. Targeted deletion of the sclerostin gene in mice results in increased bone formation and bone strength. J Bone Min Res 2008:23:860

47 Human studies of antibodies against sclerostin There are two anti-sclerostin antibodies that have been studied in humans. Here's what their names mean: ROM, BL = unique prefix assigned to the new drug OS = works on the bone OZU = humanized MAB = monoclonal antibody So we have ROMOSOZUMAB and BLOSOZUMAB The first pilot study was reported by Padhi. They treated 72 healthy subjects with a single injection of a placebo or the antibody, and saw dose-related increases in the bone density, increases in the bone formation rates, and decreases in the bone resorption rates. Similar benefits from initial studies of blosozumab were reported by McColm. A new study was done in 419 postmenopausal women with low bone density. They were randomized to placebo, various doses of romosozumab, or alendronate or teriparatide for a year. The bone density at the spine increased by 11.3% with the highest dose that they studied. The markers of bone formation increased transiently and the markers of bone resorption were sustained for the year. No serious side effects were reported.

48 McClung MR Romosozumab in Postmenopausal Women with Low Bone Mineral Density. New Engl J Med 2014;370;412.

49 Modelo de ratón knock out para DKK1 Anti-Dickkopf1 (Dkk1) antibody as a bone anabolic agent for the treatment of osteoporosis Anti-DKK1 mab (BHQ880) as a potential therapeutic agent for multiple myeloma

50 Fuerzas mecánicas y esclerostina precursores de osteoblastos BMP Wnt esclerostina osteoblastos osteocitos PTH continua Fuerzas mecánicas

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52 Osteoclastogénesis y sistemas reguladores Modelación y Remodelación óseas

53 Linaje osteoclástico Precursor hemopoyético X FUSION

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60 Cual dejamos de los dos esquemas??

61 α β

62 7-65 Acid phosphatase

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64 Regulación de la diferenciación y activación osteoclástica: SISTEMA RANK-RANKL-OPG

65 OPG / RANKL / RANK Receptor RANKL and OPG are secreted by osteoblasts and bone marrow stromal cells RANKL functions to promote osteoclast formation and activation and inhibit apoptosis Hormones Cytokines Osteoblasts OPG functions as a decoy receptor to prevent RANKL signaling; ratio of RANKL to OPG dictates bone mass and structural properties Current extensive research is elucidating the role of OPG and RANKL in a wide variety of bone-related diseases Bone RANK RANK Ligand OPG RANK Osteoclast Osteoclast Precursor

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69 Se define como MODELACION a los cambios de tamaño y forma del hueso. Es el proceso continuo de renovación del hueso sin cambios de tamaño y forma.

70 Ambos procesos involucran: FORMACION OSEA (adición de hueso) OSTEOBLASTOS REABSORCIÓN OSEA (remoción de hueso) OSTEOCLASTOS

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74 -EN HUESOS EN CRECIMIENTO -ANTE LA ACCION DE FUERZAS (ej: ortodoncia) -ENSANCHAMIENTO CORTICAL A PARTIR DEL PERIOSTIO

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77 REMODELACION OSEA (ENDOSTIO) MODELACION OSEA (PERIOSTIO)

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80 BMU

81 REMODELACION OSEA (ENDOSTIO) MODELACION OSEA (PERIOSTIO)

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83 REMODELACIÓN ÓSEA Ej: Factores intrínsecos K. Henriksen et al. / Bone 44 (2009)

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86 Figure 1 Mechanisms of bone remodeling Lane NE (2006) Therapy Insight: osteoporosis and osteonecrosis in systemic lupus erythematosus Nat Clin Pract Rheumatol 2: doi: /ncprheum0298

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93 REMODELACIÓN ÓSEA K. Henriksen et al. / Bone 44 (2009)

94 Fase reversal Acondicionamiento o limpieza de la superficie reabsorbida: células mononucleares (bone lining cells) EphrinB2 (ligando de membrana del Ocl) EphB4 (receptor de EphrinB2 presente en el Obl) Actúan por contacto celular (comunicación de doble vía) Estimula diferenciación de Obl Estimula formación ósea Suprime diferenciación Ocl CT1 (cardiotropin-1): factor secretado por los Ocl que estimula la diferenciación de Obl y la FO

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96 Lineas reversales Lineas incrementales

97 Enfermedad de Paget: incremento en el remodelado óseo

98 ??

99 MODELACION OSEA REMODELACION OSEA

100 Osteoporos Int (2008) 19:

101 Muchas Gracias