Ostéoclaste - Osteoclast

Ostéoclaste
Ostéoclaste.jpg
Micrographie optique d'un ostéoclaste présentant des caractéristiques distinctives typiques : une grande cellule à noyaux multiples et un cytosol « mousseux ».
Cellules dégradant les os - Ostéoclastes 3 -- Smart-Servier.png
Illustration montrant un seul ostéoclaste
Des détails
Précurseur progéniteurs d'ostéoclastes
Emplacement OS
Fonction Décomposition du tissu osseux
Identifiants
Latin ostéoclaste
Engrener D010010
E H2.00.03.7.00005
FMA 66781
Termes anatomiques de la microanatomie

Un ostéoclastes (de grec ancien ὀστέον (osteon)  « os », et κλαστός (clastos)  cassé) est un type de cellules osseuses qui décompose le tissu osseux . Cette fonction est essentielle dans l'entretien, la réparation et le remodelage des os du squelette vertébral . L'ostéoclaste désassemble et digère le composite de protéines hydratées et de minéraux au niveau moléculaire en sécrétant de l'acide et une collagénase , un processus connu sous le nom de résorption osseuse . Ce processus permet également de réguler le taux de calcium dans le sang .

Les ostéoclastes se trouvent sur les surfaces osseuses en cours de résorption. Sur de telles surfaces, les ostéoclastes sont localisés dans des dépressions peu profondes appelées baies de résorption (lacunes de Howship) . Les baies de résorption sont créées par l'action érosive des ostéoclastes sur l'os sous-jacent. Le bord de la partie inférieure d'un ostéoclaste présente des processus en forme de doigt dus à la présence de replis profonds de la membrane cellulaire ; cette bordure est appelée bordure à volants . La bordure ébouriffée est en contact avec la surface osseuse à l'intérieur d'une baie de résorption. La périphérie de la bordure ébouriffée est entourée d'une zone de cytoplasme en forme d'anneau qui est dépourvue d' organites cellulaires mais riche en filaments d'actine . Cette zone est appelée zone claire ou zone d'étanchéité . Les filaments d'actine permettent à la membrane cellulaire entourant la zone d'étanchéité d'être solidement ancrée à la paroi osseuse des lacunes de Howship. De cette façon, un compartiment sous-ostéoclastique fermé est créé entre la bordure ébouriffée et l'os en résorption. Les ostéoclastes sécrètent des ions hydrogène , de la collagénase , de la cathepsine K et des enzymes hydrolytiques dans ce compartiment. La résorption de la matrice osseuse par les ostéoclastes implique deux étapes : (1) la dissolution des composants inorganiques (minéraux) et (2) la digestion des composants organiques de la matrice osseuse. Les ostéoclastes pompent des ions hydrogène dans le compartiment sous- ostéoclastique et créent ainsi un microenvironnement acide, qui augmente la solubilité des minéraux osseux, entraînant la libération et la réentrée des minéraux osseux dans le cytoplasme des ostéoclastes pour être délivrés aux capillaires voisins. Après élimination des minéraux, la collagénase et la gélatinase sont sécrétées dans le compartiment sous-ostéoclastique. Ces enzymes digèrent et dégradent le collagène et d'autres composants organiques de la matrice osseuse décalcifiée. Les produits de dégradation sont phagocytés par les ostéoclastes au bord froissé. En raison de leurs propriétés phagocytaires, les ostéoclastes sont considérés comme un composant du système phagocytaire mononucléé (SMP). L'activité des ostéoclastes est contrôlée par des hormones et des cytokines. La calcitonine, une hormone de la glande thyroïde, supprime l'activité ostéoclastique. Les ostéoclastes n'ont pas de récepteurs pour l'hormone parathyroïdienne (PTH). Cependant, la PTH stimule les ostéoblastes pour sécréter la cytokine appelée facteur de stimulation des ostéoclastes, qui est un puissant stimulateur de l'activité ostéoclastique.

Un odontoclaste (/odon·to·clast/; o-don´to-klast) est un ostéoclaste associé à l'absorption des racines des dents de lait .

Structure

Ostéoclaste positif à la phosphatase acide résistant au tartrate en culture cellulaire
Coupe transversale illustrée d'un ostéoclaste activé

Un ostéoclaste est une grande cellule multinucléée et les ostéoclastes humains sur les os ont généralement cinq noyaux et ont un diamètre de 150 à 200 µm. Lorsque des cytokines inductrices d'ostéoclastes sont utilisées pour convertir les macrophages en ostéoclastes, de très grandes cellules pouvant atteindre 100 µm de diamètre apparaissent. Ceux-ci peuvent avoir des dizaines de noyaux et expriment généralement des protéines ostéoclastes majeures, mais présentent des différences significatives par rapport aux cellules de l'os vivant en raison du substrat non naturel. La taille de l'ostéoclaste assemblé multinucléé lui permet de concentrer les capacités de transport d'ions, de sécrétion de protéines et de transport vésiculaire de nombreux macrophages sur une zone localisée de l'os.

Emplacement

Dans l'os, les ostéoclastes se trouvent dans des fosses à la surface de l'os appelées baies de résorption ou lacunes de Howship . Les ostéoclastes sont caractérisés par un cytoplasme d'aspect homogène, "mousseux". Cet aspect est dû à une forte concentration de vésicules et de vacuoles . Ces vacuoles comprennent des lysosomes remplis de phosphatase acide . Cela permet la caractérisation des ostéoclastes par leur coloration pour la haute expression de la phosphatase acide résistant au tartrate (TRAP) et la cathepsine K . Le réticulum endoplasmique rugueux des ostéoclastes est clairsemé et le complexe de Golgi est étendu.

Au niveau d'un site de résorption osseuse active, l'ostéoclaste forme une membrane cellulaire spécialisée , la "bordure froissée", qui s'oppose à la surface du tissu osseux. Cette bordure largement pliée ou ébouriffée facilite l'élimination de l'os en augmentant considérablement la surface cellulaire pour la sécrétion et l'absorption du contenu du compartiment de résorption et est une caractéristique morphologique d'un ostéoclaste qui résorbe activement l'os.

Développement

Depuis leur découverte en 1873, il y a eu un débat considérable sur leur origine. Trois théories étaient dominantes : de 1949 à 1970, l'origine du tissu conjonctif était populaire, selon laquelle les ostéoclastes et les ostéoblastes sont de la même lignée, et les ostéoblastes fusionnent pour former des ostéoclastes. Après des années de controverse, il est maintenant clair que ces cellules se développent à partir de l'autofusion de macrophages. C'est au début des années 1980 que le système phagocytaire des monocytes est reconnu comme précurseur des ostéoclastes. La formation d'ostéoclastes nécessite la présence de RANKL (activateur de récepteur du ligand du facteur nucléaire κβ) et de M-CSF (facteur de stimulation des colonies de macrophages) . Ces protéines liées à la membrane sont produites par les cellules stromales et les ostéoblastes voisins , nécessitant ainsi un contact direct entre ces cellules et les précurseurs des ostéoclastes .

Le M-CSF agit par l'intermédiaire de son récepteur sur l'ostéoclaste, c-fms (récepteur du facteur 1 de stimulation des colonies), un récepteur transmembranaire de la tyrosine kinase , conduisant à l' activation du messager secondaire de la tyrosine kinase Src. Ces deux molécules sont nécessaires à l'ostéoclastogenèse et sont largement impliquées dans la différenciation des cellules dérivées des monocytes/macrophages.

RANKL fait partie de la famille des nécroses tumorales ( TNF ) et est essentiel dans l'ostéoclastogenèse. Les souris knock-out RANKL présentent un phénotype d' ostéopétrose et des défauts d'éruption dentaire, ainsi qu'une absence ou un déficit en ostéoclastes. RANKL active NF-κβ (facteur nucléaire-κβ) et NFATc1 (facteur nucléaire des cellules t activées, cytoplasmiques, dépendant de la calcineurine 1) via RANK . L'activation de NF-κβ est stimulée presque immédiatement après l'interaction RANKL-RANK et n'est pas régulée à la hausse. Cependant, la stimulation de NFATc1 commence environ 24 à 48 heures après la liaison et il a été démontré que son expression dépend de RANKL.

La différenciation des ostéoclastes est inhibée par l' ostéoprotégérine (OPG), qui est produite par les ostéoblastes et se lie à RANKL, empêchant ainsi l'interaction avec RANK. Il peut être important de noter que si les ostéoclastes sont dérivés de la lignée hématopoïétique, les ostéoblastes sont dérivés de cellules souches mésenchymateuses.

Fonction

Une fois activés, les ostéoclastes se déplacent vers les zones de microfracture de l'os par chimiotaxie . Les ostéoclastes se trouvent dans de petites cavités appelées lacunes de Howship, formées à partir de la digestion de l'os sous-jacent. La zone de scellement est la fixation de la membrane plasmique de l'ostéoclaste à l'os sous-jacent. Les zones de scellement sont délimitées par des ceintures de structures d'adhérence spécialisées appelées podosomes . La fixation à la matrice osseuse est facilitée par les récepteurs des intégrines, tels que vβ3, via le motif d'acides aminés spécifique Arg-Gly-Asp dans les protéines de la matrice osseuse, telles que l' ostéopontine . L'ostéoclaste libère des ions hydrogène par l'action de l'anhydrase carbonique ( H 2 O + CO 2 → HCO 3 − + H + ) à travers la bordure froissée dans la cavité de résorption, acidifiant et facilitant la dissolution de la matrice osseuse minéralisée en Ca 2+ , H 3 PO 4 , H 2 CO 3 , eau et autres substances. Un dysfonctionnement de l'anhydrase carbonique a été documenté pour provoquer certaines formes d'ostéopétrose. Les ions hydrogène sont pompés contre un gradient de concentration élevé par des pompes à protons , en particulier une vacuolaire-ATPase unique . Cette enzyme a été ciblée dans la prévention de l' ostéoporose . De plus, plusieurs enzymes hydrolytiques , telles que les membres des groupes cathepsine et métalloprotéase matricielle (MMP), sont libérées pour digérer les composants organiques de la matrice. Ces enzymes sont libérées dans le compartiment par les lysosomes . Parmi ces enzymes hydrolytiques, la cathepsine K est la plus importante.

Cathepsine K et autres cathepsines

La cathepsine K est un collagénolytique, la papaïne -comme, la protéase cystéine qui est exprimé principalement dans les ostéoclastes, et est sécrétée dans la fosse de résorption. La cathepsine K est la principale protéase impliquée dans la dégradation du collagène de type I et d'autres protéines non collagènes. Des mutations du gène de la cathepsine K sont associées à la pycnodysostose , une maladie ostéopétrotique héréditaire , caractérisée par un manque d'expression fonctionnelle de la cathepsine K. Les études knock-out de la cathepsine K chez la souris conduisent à un phénotype ostéopétrotique, qui est partiellement compensé par une expression accrue de protéases autres que la cathepsine K et une ostéoclastogenèse accrue.

La cathepsine K a une activité enzymatique optimale dans des conditions acides. Il est synthétisé sous forme de proenzyme avec un poids moléculaire de 37 kDa, et lors de l'activation par clivage autocatalytique, il est transformé en la forme mature et active avec un poids moléculaire d'environ 27 kDa.

Lors de la polarisation de l'ostéoclaste sur le site de résorption, la cathepsine K est sécrétée de la bordure ébouriffée dans la fosse de résorption. La cathepsine K transmigre à travers la bordure ébouriffée par les vésicules intercellulaires et est ensuite libérée par le domaine sécrétoire fonctionnel . Au sein de ces vésicules intercellulaires, la cathepsine K, ainsi que les espèces réactives de l'oxygène générées par TRAP , dégradent davantage la matrice extracellulaire osseuse.

Plusieurs autres cathepsines sont exprimées dans les ostéoclastes, notamment les cathepsines B , C , D, E, G et L. La fonction de ces protéases à cystéine et aspartique est généralement inconnue dans l'os, et elles sont exprimées à des niveaux bien inférieurs à ceux de la cathepsine K.

Les études sur les souris knock-out pour la cathepsine L ont été mitigées, avec un rapport de réduction de l' os trabéculaire chez les souris knock-out pour la cathepsine L homozygotes et hétérozygotes par rapport au type sauvage et un autre rapport ne trouvant aucune anomalie squelettique.

Métalloprotéinases matricielles

Les métalloprotéinases matricielles (MMP) comprennent une famille de plus de 20 endopeptidases zinc-dépendantes. Le rôle des métalloprotéinases matricielles (MMP) dans la biologie des ostéoclastes est mal défini, mais dans d'autres tissus, elles ont été liées à des activités favorisant les tumeurs, telles que l'activation des facteurs de croissance et sont nécessaires à la métastase tumorale et à l'angiogenèse.

La MMP9 est associée au microenvironnement osseux. Elle est exprimée par les ostéoclastes et est connue pour être nécessaire à la migration des ostéoclastes et est une puissante gélatinase. Les souris transgéniques dépourvues de MMP-9 développent des défauts dans le développement osseux, l' angiogenèse intra-osseuse et la réparation des fractures.

On pense que la MMP-13 est impliquée dans la résorption osseuse et dans la différenciation des ostéoclastes, car les souris knock-out ont révélé une diminution du nombre d'ostéoclastes, de l'ostéopétrose et une diminution de la résorption osseuse.

Les MMP exprimées par l'ostéoclaste comprennent les MMP-9, -10, -12 et -14. en dehors de MMP-9, on sait peu de choses sur leur pertinence pour l'ostéoclaste, cependant, des niveaux élevés de MMP-14 sont trouvés dans la zone de scellement.

Physiologie des ostéoclastes

Dans les années 80 et 90, la physiologie des ostéoclastes typiques a été étudiée en détail. Avec l'isolement de la bordure ébouriffée, le transport des ions à travers elle a été étudié directement en détail biochimique. Le transport d'acide dépendant de l'énergie a été vérifié et la pompe à protons postulée purifiée. Avec la culture réussie des ostéoclastes, il est devenu évident qu'ils sont organisés pour supporter le transport massif de protons pour l'acidification du compartiment de résorption et la solubilisation du minéral osseux. Cela comprend la perméabilité au Cl − à bordure ébouriffée pour contrôler le potentiel membranaire et l' échange basolatéral Cl − /HCO 3 − pour maintenir le pH cytosolique dans des plages physiologiquement acceptables.

L'efficacité de sa sécrétion d'ions dépend de l'ostéoclaste formant un joint efficace autour du compartiment de résorption. Le positionnement de cette « zone de scellement » semble être médié par les intégrines exprimées à la surface des ostéoclastes. Une fois la zone de scellement en place, l'ostéoclaste multinucléé se réorganise. Le développement de la membrane froissée très invaginée apposant le compartiment de résorption permet une activité sécrétoire massive. De plus, il permet la transcytose vésiculaire du collagène minéral et dégradé depuis le bord froissé jusqu'à la membrane libre de la cellule, et sa libération dans le compartiment extracellulaire. Cette activité complète la résorption osseuse et les composants minéraux et les fragments de collagène sont libérés dans la circulation générale.

Régulation

Les ostéoclastes sont régulés par plusieurs hormones , dont l'hormone parathyroïdienne (PTH) de la glande parathyroïde, la calcitonine de la glande thyroïde et le facteur de croissance interleukine 6 (IL-6). Cette dernière hormone, l' IL-6 , est l'un des facteurs de la maladie de l' ostéoporose , qui est un déséquilibre entre la résorption osseuse et la formation osseuse. L'activité des ostéoclastes est également médiée par l'interaction de deux molécules produites par les ostéoblastes, à savoir l' ostéoprotégérine et le ligand RANK . A noter que ces molécules régulent également la différenciation de l'ostéoclaste.

Odontoclaste

Un odontoclaste (/odon·to·clast/; o-don´to-klast) est un ostéoclaste associé à l'absorption des racines des dents de lait .

Utilisation alternative du terme

Un ostéoclaste peut également être un instrument utilisé pour fracturer et remettre en place des os (l'origine est le grec ostéon : os et klastos : cassé). Pour éviter toute confusion, la cellule était à l'origine appelée osotoclaste. Lorsque l'instrument chirurgical est devenu hors d'usage, la cellule est devenue connue sous son nom actuel.

Signification clinique

Des ostéoclastes géants peuvent survenir dans certaines maladies, notamment la maladie osseuse de Paget et la toxicité des bisphosphonates .

Chez le chat, une activité anormale des odontoclastes peut provoquer des lésions de résorption odontoclastiques félines , nécessitant l'extraction des dents affectées.

Histoire

Les ostéoclastes ont été découverts par Kolliker en 1873.

Voir également

Les références

Liens externes