Bookshelf (Polski)

kostnienie Endochondralne

kostnienie Endochondralne polega na tworzeniu tkanki chrzęstnej z zagregowanych komórek mezenchymalnych, a następnie zastępowaniu tkanki chrzęstnej przez kość (Horton 1990). Proces kostnienia endochondral można podzielić na pięć etapów (rysunek 14.13). Po pierwsze, komórki mezenchymalne stają się komórkami chrząstki., Jest to spowodowane czynnikami parakrynnymi, które indukują pobliskie komórki mezodermalne do ekspresji dwóch czynników transkrypcyjnych, Pax1 i Scleraxis. Uważa się, że te czynniki transkrypcyjne aktywują geny specyficzne dla chrząstki (Cserjesi et al. 1995; Sosic et al. 1997). Tak więc twardzina wyraża się w mezenchymie z sklerotomu, w mezenchymie twarzy, która tworzy chrząstkowe prekursory do kości, oraz w mezenchymie kończyn (rysunek 14.14).

rysunek 14.13

schemat kostnienia endochondralnego., (A, B) komórki mezenchymalne kondensują się i różnicują w chondrocyty, tworząc chrzęstny model Kości. (C) chondrocyty w środku wału ulegają przerostowi i apoptozie, podczas gdy (więcej…)

rysunek 14.14

lokalizacja komunikatu skleraxis (obszary świetlne) w miejscach powstawania chondrocytów. A) ekspresja skleraxis w somitach 12,5-dniowego zarodka myszy. Odcinek ten został przecięty stycznie, a cewa nerwowa biegnie wzdłuż przedniej-tylnej (więcej …,)

w drugiej fazie kostnienia endochondralnego komórki mezenchymy zagęszczają się w zwarte guzki i różnicują w chondrocyty, komórki chrząstki. N-cadherin wydaje się być ważny w inicjacji tych kondensacji, a N-CAM wydaje się być krytyczny dla ich utrzymania (Oberlender and Tuan 1994; Hall and Miyake 1995). U ludzi Gen SOX9, który koduje białko wiążące DNA, jest wyrażany w przedcząsteczkowych kondensacjach., Mutacje genu SOX9 powodują dysplazję kamptomeliczną, rzadkie zaburzenie rozwoju szkieletu, które powoduje deformacje większości kości ciała. Najbardziej dotknięte dzieci umierają z powodu niewydolności oddechowej z powodu słabo uformowanej tchawicy i chrząstki żebrowej (Wright et al. 1995).

podczas trzeciej fazy kostnienia endochondralnego chondrocyty proliferują szybko, tworząc model Kości. Podczas podziału chondrocyty wydzielają specyficzną dla chrząstki macierz zewnątrzkomórkową., W czwartej fazie chondrocyty przestają się dzielić i dramatycznie zwiększają swoją objętość, stając się chondrocytami przerostowymi. Te duże chondrocyty zmieniają wytwarzaną matrycę (dodając kolagen X i więcej fibronektyny), aby umożliwić jej mineralizację przez węglan wapnia. Piąta faza obejmuje inwazję modelu chrząstki przez naczynia krwionośne. Chondrocyty przerostowe giną w wyniku apoptozy. Ta przestrzeń stanie się szpiku kostnego. Gdy komórki chrząstki umierają, grupa komórek, które otoczyły model chrząstki, różnicuje się w osteoblasty., Ostoblasty zaczynają tworzyć matrycę kostną na częściowo zdegradowanej chrząstce (Bruder and Caplan 1989; Hatori et al. 1995). Ostatecznie cała chrząstka zostaje zastąpiona przez kość. Tak więc tkanka chrzęstna służy jako model dla kości, która następuje. Elementy szkieletowe kręgosłupa, miednicy i kończyn są najpierw tworzone z chrząstki, a później stają się kośćmi.

zastąpienie chondrocytów przez komórki kostne jest zależne od mineralizacji macierzy pozakomórkowej., Jest to wyraźnie zilustrowane w rozwijającym się szkielecie zarodka kurzego, który wykorzystuje węglan wapnia skorupki jaja jako źródło wapnia. Podczas rozwoju układ krążenia zarodka kurzego przenosi około 120 mg wapnia ze skorupy do szkieletu(Tuan 1987). Kiedy zarodki piskląt są usuwane z ich skorupek w dniu 3 i hodowane w kulturach bez skorupek (w plastikowej folii) na czas ich rozwoju, większość szkieletu chrzęstnego nie dojrzewa do tkanki kostnej (rysunek 14.15; Tuan and Lynch 1983)., Szereg zdarzeń prowadzi do przerostu i mineralizacji chondrocytów, w tym początkową zmianę z oddychania tlenowego do beztlenowego, co zmienia ich metabolizm komórkowy i potencjał energetyczny mitochondriów (Shapiro et al. 1992). Chondrocyty przerostowe wydzielają liczne małe pęcherzyki związane z błoną do macierzy zewnątrzkomórkowej. Pęcherzyki te zawierają enzymy, które są aktywne w wytwarzaniu jonów wapnia i fosforanów i inicjują proces mineralizacji w matrycy chrzęstnej (Wu et al. 1997)., Przerostowe chondrocyty, ich metabolizm i błony mitochondrialne zmienione, a następnie umierają w wyniku apoptozy (Hatori et al. 1995; Rajpurohit et al. 1999).

rysunek 14.15

mineralizacja szkieletu u 19-dniowych zarodków piskląt, które rozwinęły się (A) w hodowli bez skorupek i (B) wewnątrz jaja podczas normalnej inkubacji. Zarodki zostały zamocowane i zabarwione na Czerwono alizaryną, aby pokazać zwapnioną matrycę kostną. (Z Tuan and Lynch 1983; (więcej…,)

w kościach długich wielu ssaków (w tym ludzi) kostnienie endochondralne rozprzestrzenia się na zewnątrz w obu kierunkach od środka kości (patrz rysunek 14.13). Gdyby cała nasza chrząstka została zamieniona w kość przed urodzeniem, nie powiększylibyśmy się, a nasze kości byłyby tylko tak duże, jak oryginalny model chrząstki. Jednak gdy przód kostnienia zbliża się do końców modelu chrząstki, chondrocyty w pobliżu przodu kostnienia mnożą się przed przerostem, wypychając chrząstkowe końce kości., Te chrzęstne obszary na końcach kości długich nazywane są nasadowymi płytkami wzrostu. Płyty te zawierają trzy regiony: region proliferacji chondrocytów, region dojrzałych chondrocytów i region przerostowych chondrocytów (rysunek 14.16; Chen et al. 1995). Ponieważ wewnętrzna chrząstka przerost i kostnienia przodu rozciąga się dalej na zewnątrz, Pozostałe chrząstki w nasady wzrostu płytki namnaża. Tak długo, jak epiphyseal wzrostu płytki są w stanie produkować chondrocyty, kość nadal rośnie.

Rysunek 14.,16

proliferacja komórek w nasadowej płytce wzrostu w odpowiedzi na hormon wzrostu. (A) Epiphyseal wzrostu płytki u młodego szczura, który został wykonany niedobór hormonu wzrostu przez usunięcie przysadki. B) ten sam region u szczurów po wstrzyknięciu hormonu wzrostu. (więcej…)

Box

Control of Cartilage Maturation at the Growth Plate.