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Figura 14.14

Localizzazione del messaggio di sclerassi (aree chiare) nei siti di formazione di condrociti. (A) Espressione di sclerassi nei somiti di un embrione di topo di 12,5 giorni. Questa sezione è stata tagliata tangenzialmente, e il tubo neurale corre lungo l’antero-posteriore (altro…,)

Durante la seconda fase dell’ossificazione endocondrale, le cellule del mesenchima impegnate si condensano in noduli compatti e si differenziano in condrociti, le cellule della cartilagine. N-cadherin sembra essere importante nell’avvio di queste condensazioni, e N-CAM sembra essere fondamentale per il loro mantenimento (Oberlender e Tuan 1994; Hall e Miyake 1995). Nell’uomo, il gene SOX9, che codifica una proteina legante il DNA, è espresso nelle condensazioni precartilaginose., Le mutazioni del gene SOX9 causano displasia camptomelica, una rara malattia dello sviluppo scheletricoche si traduce in deformità della maggior parte delle ossa del corpo. I bambini più colpiti muoiono per insufficienza respiratoria a causa di cartilagine tracheale e costale mal formata (Wright et al. 1995).

Durante la terza fase dell’ossificazione endocondrale, i condrociti proliferano rapidamente per formare il modello per l’osso. Mentre si dividono, i condrociti secernono una matrice extracellulare specifica per la cartilagine., Nella quarta fase, i condrociti smettono di dividersi e aumentano drammaticamente il loro volume, diventando condrociti ipertrofici. Questi grandi condrociti alterano la matrice che producono (aggiungendo collagene X e più fibronectina) per consentirgli di diventare mineralizzato dal carbonato di calcio. La quinta fase prevede l’invasione del modello cartilagineo da parte dei vasi sanguigni. I condrociti ipertrofici muoiono per apoptosi. Questo spazio diventerà midollo osseo. Come le cellule della cartilagine muoiono, un gruppo di cellule che hanno circondato il modello della cartilagine si differenziano in osteoblasti., Gli ostoblasti iniziano a formare la matrice ossea sulla cartilagine parzialmente degradata (Bruder e Caplan 1989; Hatori et al. 1995). Alla fine, tutta la cartilagine viene sostituita dall’osso. Pertanto, il tessuto cartilagineo funge da modello per l’osso che segue. I componenti scheletrici della colonna vertebrale, del bacino e degli arti vengono prima formati dalla cartilagine e successivamente diventano ossa.

La sostituzione dei condrociti da parte delle cellule ossee dipende dalla mineralizzazione della matrice extracellulare., Ciò è chiaramente illustrato nello scheletro in via di sviluppo dell’embrione di pulcino, che utilizza il carbonato di calcio del guscio d’uovo come fonte di calcio. Durante lo sviluppo, il sistema circolatorio dell’embrione di pulcino trasferisce circa 120 mg di calcio dal guscio allo scheletro (Tuan 1987). Quando gli embrioni di pulcino vengono rimossi dai loro gusci al giorno 3 e coltivati in colture senza guscio (in involucro di plastica) per tutta la durata del loro sviluppo, gran parte dello scheletro cartilagineo non riesce a maturare in tessuto osseo (Figura 14.15; Tuan e Lynch 1983)., Una serie di eventi portano all’ipertrofia e alla mineralizzazione dei condrociti, incluso un passaggio iniziale dalla respirazione aerobica a quella anaerobica, che altera il loro metabolismo cellulare e il potenziale energetico mitocondriale (Shapiro et al. 1992). I condrociti ipertrofici secernono numerose piccole vescicole legate alla membrana nella matrice extracellulare. Queste vescicole contengono enzimi che sono attivi nella generazione di ioni calcio e fosfato e iniziano il processo di mineralizzazione all’interno della matrice cartilaginea (Wu et al. 1997)., I condrociti ipertrofici, il loro metabolismo e le membrane mitocondriali alterati, poi muoiono per apoptosi (Hatori et al. 1995; Rajpurohit et al. 1999).

Figura 14.15

Mineralizzazione scheletrica in embrioni di pulcino di 19 giorni che si sono sviluppati (A) in coltura senza guscio e (B) all’interno dell’uovo durante la normale incubazione. Gli embrioni sono stati fissati e colorati con alizarina rosso per mostrare la matrice ossea calcificata. (Da Tuan e Lynch 1983; (più…,)

Nelle ossa lunghe di molti mammiferi (compresi gli esseri umani), l’ossificazione endocondrale si diffonde verso l’esterno in entrambe le direzioni dal centro dell’osso (vedi Figura 14.13). Se tutta la nostra cartilagine fosse trasformata in osso prima della nascita, non cresceremmo più grandi e le nostre ossa sarebbero grandi solo come il modello cartilagineo originale. Tuttavia, mentre il fronte di ossificazione si avvicina alle estremità del modello della cartilagine, i condrociti vicino al fronte di ossificazione proliferano prima di subire l’ipertrofia, spingendo fuori le estremità cartilaginose dell’osso., Queste aree cartilaginee alle estremità delle ossa lunghe sono chiamate placche di crescita epifisaria. Queste placche contengono tre regioni: una regione di proliferazione di condrociti, una regione di condrociti maturi e una regione di condrociti ipertrofici (Figura 14.16; Chen et al. 1995). Mentre le ipertrofie interne della cartilagine e il fronte di ossificazione si estendono più lontano verso l’esterno, la cartilagine rimanente nella piastra di crescita epifisaria prolifera. Finché le placche di crescita epifisaria sono in grado di produrre condrociti, l’osso continua a crescere.

Figura 14.,16

Proliferazione delle cellule nella piastra di crescita epifisaria in risposta all’ormone della crescita. (A) Piastra di crescita epifisaria in un giovane ratto che è stato fatto ormone della crescita carente dalla rimozione della sua ipofisi. (B) Stessa regione nel ratto dopo l’iniezione di ormone della crescita. (piu…)

Box

Control of Cartilage Maturation at the Growth Plate.