Bookshelf (Nederlands)

endochondrale ossificatie

endochondrale ossificatie omvat de vorming van kraakbeenweefsel uit geaggregeerde mesenchymale cellen en de daaropvolgende vervanging van kraakbeenweefsel door bot (Horton 1990). Het proces van endochondrale ossificatie kan worden onderverdeeld in vijf fasen (figuur 14.13). Ten eerste worden de mesenchymale cellen commited om kraakbeencellen te worden., Dit commitment wordt veroorzaakt door paracriene factoren die de nabijgelegen mesodermale cellen ertoe aanzetten om twee transcriptiefactoren uit te drukken, Pax1 en Scleraxis. Deze transcriptiefactoren worden verondersteld om kraakbeenspecifieke genen te activeren (Cserjesi et al. 1995; Sosic et al. 1997). Scleraxis komt dus tot uitdrukking in het mesenchym van het sclerotoom, in het mesenchym in het gezicht dat kraakbeenachtige voorlopers van het bot vormt, en in het mesenchym van de ledematen (figuur 14.14).

figuur 14.13

schema van endochondrale ossificatie., (A, B) mesenchymale cellen condenseren en differentiëren in chondrocyten om het kraakbeenmodel van het bot te vormen. (C) chondrocyten in het centrum van de schacht ondergaan hypertrofie en apoptosis terwijl zij (meer…)

figuur 14.14

lokalisatie van het scleraxisbericht (lichte gebieden) op de plaatsen waar chondrocyten worden gevormd. (A) expressie van scleraxis in de somieten van een 12,5-daagse muizenembryo. Deze sectie werd tangentieel gesneden, en de neurale buis loopt langs de anterior-posterior (meer…,)

tijdens de tweede fase van endochondrale ossificatie condenseren de geëngageerde mesenchymecellen tot compacte knobbeltjes en differentiëren ze zich tot chondrocyten, de kraakbeencellen. N-cadherin blijkt belangrijk te zijn bij het initiëren van deze condensaties, en N-CAM lijkt van cruciaal belang voor het onderhoud ervan (Oberlender and Tuan 1994; Hall and Miyake 1995). Bij mensen komt het sox9-gen, dat codeert voor een DNA-bindend eiwit, tot expressie in de precartilagineuze condensaties., Mutaties van het sox9-gen veroorzaken camptomelische dysplasie, een zeldzame aandoening van skeletontwikkeling die leidt tot misvormingen van de meeste botten van het lichaam. De meeste getroffen baby ‘ s sterven aan respiratoir falen als gevolg van slecht gevormde tracheale en rib kraakbeen (Wright et al. 1995).

tijdens de derde fase van endochondrale ossificatie vermenigvuldigen de chondrocyten zich snel om het botmodel te vormen. Als ze zich delen, scheiden de chondrocyten een kraakbeenspecifieke extracellulaire matrix af., In de vierde fase stoppen de chondrocyten met delen en verhogen ze hun volume dramatisch, waardoor ze hypertrofische chondrocyten worden. Deze grote chondrocyten veranderen de matrix die zij produceren (door collageen X en meer fibronectine toe te voegen) om het in staat te stellen gemineraliseerd te worden door calciumcarbonaat. De vijfde fase omvat de invasie van het kraakbeenmodel door bloedvaten. De hypertrofische chondrocyten sterven door apoptose. Deze ruimte zal beenmerg worden. Aangezien de kraakbeencellen sterven, onderscheidt een groep cellen die het kraakbeenmodel hebben omringd zich in osteoblasten., De ostoblasten beginnen botmatrix te vormen op het gedeeltelijk afgebroken kraakbeen (Bruder and Caplan 1989; Hatori et al. 1995). Uiteindelijk wordt al het kraakbeen vervangen door bot. Zo dient het kraakbeenweefsel als model voor het bot dat volgt. De skeletcomponenten van de wervelkolom, het bekken en de ledematen worden eerst gevormd uit kraakbeen en later bot.

de vervanging van chondrocyten door botcellen is afhankelijk van de mineralisatie van de extracellulaire matrix., Dit wordt duidelijk geïllustreerd in het zich ontwikkelende skelet van het kuikenembryo, dat het calciumcarbonaat van de eierschaal als calciumbron gebruikt. Tijdens de ontwikkeling transloceert de bloedsomloop van het kuikenembryo ongeveer 120 mg calcium van de schaal naar het skelet (Tuan 1987). Wanneer kuikenembryo ‘ s op dag 3 uit hun schelp worden gehaald en gedurende hun ontwikkeling in schelploze culturen (in plastic folie) worden gekweekt, komt een groot deel van het kraakbeenskelet niet tot benig Weefsel (figuur 14.15; Tuan en Lynch 1983)., Een aantal gebeurtenissen leiden tot de hypertrofie en mineralisatie van de chondrocyten, waaronder een eerste omschakeling van aërobe naar anaërobe ademhaling, die hun celmetabolisme en mitochondriale energiepotentieel verandert (Shapiro et al. 1992). De hypertrofische chondrocyten scheiden talrijke kleine membraangebonden blaasjes in de extracellulaire matrijs af. Deze blaasjes bevatten enzymen die actief zijn in de aanmaak van calcium – en fosfaationen en starten het mineralisatieproces binnen de kraakbeenmatrix (Wu et al. 1997)., De hypertrofische chondrocyten, hun metabolisme en mitochondriale membranen veranderd, dan sterven door apoptose (Hatori et al. 1995; Rajpurohit et al. 1999).

figuur 14.15

Skeletmineralisatie in 19-daagse kippenembryo ‘ s die zich ontwikkelden (A) in een schaalloze kweek en (B) in het ei tijdens normale incubatie. De embryo ‘ s werden gefixeerd en gekleurd met alizarin rood om de verkalkte botmatrix te tonen. (Uit Tuan and Lynch 1983; (meer…,)

in de lange beenderen van vele zoogdieren (met inbegrip van de mens) verspreidt endochondrale ossificatie zich vanuit het centrum van het bot naar buiten in beide richtingen (zie figuur 14.13). Als al ons kraakbeen voor de geboorte in bot zou worden veranderd, zouden we niet groter worden, en onze botten zouden slechts zo groot zijn als het originele kraakbeenmodel. Echter, als de ossificatie front nadert de uiteinden van het kraakbeenmodel, de chondrocyten in de buurt van de ossificatie front proliferate voorafgaand aan het ondergaan van hypertrofie, duwen de kraakbeenachtige uiteinden van het bot., Deze kraakbeenachtige gebieden aan de uiteinden van de lange botten worden epifysaire groeiplaten genoemd. Deze platen bevatten drie gebieden: een gebied van chondrocytenproliferatie, een gebied van volwassen chondrocyten en een gebied van hypertrofische chondrocyten (figuur 14.16; Chen et al. 1995). Als de binnenste kraakbeenhypertrofieën en de ossificatie voorkant verder naar buiten, het resterende kraakbeen in de epifysaire groeiplaat prolifereert. Zolang de epifysaire groeiplaten chondrocyten kunnen produceren, blijft het bot groeien.

Figuur 14.,

proliferatie van cellen in de epifysaire groeiplaat als reactie op groeihormoon. (A) epifysaire groeiplaat in een jonge rat die werd gemaakt groeihormoon-deficiënt door verwijdering van zijn hypofyse. B) hetzelfde gebied bij de rat na injectie van groeihormoon. (meer…)

Box

Control of Cartilage Maturation at the Growth Plate.