Biología del Osteoclasto Sergio Enrique Rueda Ortiz
Residente de Reumatología
Universidad Militar Nueva granada – Hospital Militar Central
OsteoinmunologíaDocente; Juan Carlos Munévar Niño
UNIVERSIDAD EL BOSQUE
Introducción
• Conocidas como las únicas células capaces de
reabsorber hueso
• Son células multinucleadas, derivadas de
precursores hematopoyéticos en médula ósea
• Degrada hueso y otros tejidos que han sufrido
mineralización secretando enzimas
proteolíticas como catepsina K al espacio
extraceular.
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Introducción
• Primera descripción por Kolliker en 1873
• Hallazgos con respecto al proceso resorción
fueron observados por Howship en 1820
• Hancox en 1946 propuso que derivaban de
precursores hematopoyéticos
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Introducción
• 1970 =
• Realmente se estableció el origen
hematopoyético de los osteoclastos
• Walker quien en modelos murinos restauró
el gen encargado de codificar la
osteopetrosis
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Osteoclastogénesis
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Cuando el
embrión se
vasculariza
Precursores
hematopoyéticos
Viajan al hígado
y bazo fetal
Cuando se
completa la
formación ósea
endocondral
Estos
precursores
hematopoyéticos
Son
transportados a
la médula ósea
Factores
Intracelulares
• Factor de transcripción miembro de la familia
ETS
• Su deleción en ratones ocasionó ausencia de
diferenciación de células de linaje
monocito/macrófago, osteoclastos y
desencadenó osteopetrosis
• Estimula la expresión de CSF1R que es el
receptor de CSF1 comúnmente referido como
M-CSF (macrophage colony stimulating factor)
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Factores
Intracelulares
• M-CSF y CSF1R son componentes críticos
para la generación de osteolcastos
• Modelos animales con Knock out de CSF1R
desarrollan osteopetrosis severa como
consecuencia de la reducción en el número de
osteoclastos
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Factores
Intracelulares
• La señalización a través de CSF1R induce la
expresión del receptor activador NF-KB (RANK)
mediante la regulación a la alta de c-Fos
• La expresión de RANK es controlada por PU.1
en cooperación con otros factores de
transcripción.
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Factores
Intracelulares
• Microphtalmia associated transcription
factor
• Se activa en respuesta a la señal de los
receptores CSF1R y RANK
• Activación de MITF en respuesta a M-CSF
induce la expresión de BCL-2 y promueve la
supervivencia de los macrófagos
• MITF en conjunto con PU.1 regula a la alta la
expresión de RANK mediante sitios de unión
para MITF presentes en la región promotora de
este gen
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Factores
Intracelulares
• Microphtalmia associated transcription
factor
• Deficiencia de esta factor desencadena
osteopetrosis severa
• Incrementa la expresión del marcador de
fosfatasa ácida resistente a tatrato (TRAP)
indicando que regula la formación de
osteoclastos en una etapa más tardía que PU.1
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Factores
Intracelulares
• Microphtalmia associated transcription factor
• Existen 3 isoformas de MITF, pero sólo la MITF-E
es regulada a la alta en la osteoclastogénesis
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
MITF PU.1
Activan otros genes como NFATc1- canal
vacuolar de ATPasa y Catepsina K.
Factores
Intracelulares
• Deleción del gen que codifica para el factor de
transcripción Fos bloquea la formación de
osteoclastos resultando en Osteopetrosis
Fusión de Pre-
osteoclastos
Para formar
osteoclastos
multinucleados
Depende de:
proteínas
transmembranas
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Eje RANK –
RANKL -
Osteoprotegerina
• Funciones principales del eje:
• Regulación del recambio óseo mediante la
acción de los osteoclastos
• Ratones con alteración del eje
RANK/RANKL evidencian osteopetrosis y
defectos de la erupción dentaria
• Como resultado de una falta completa de
Osteoclastos.
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Eje RANK –
RANKL -
Osteoprotegerina
• Ratones con ausencia de OPG evidenciaban
osteoporosis debido a un incremento en el
número y actividad de los osteoclastos.
• Enfermedad de Paget Juvenil
• Osteopatía autosómica recesiva
• Caracterizada por un rápido remodelado de
la trama ósea
• Osteopenia – Fracturas - deformidades
esqueléticas progresivas
• Se evidenció deleciones homocigotas del
gen de la OPG
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Eje RANK –
RANKL -
Osteoprotegerina
• Osteoprotegerina
• Inicialmente clonada como un inhibidor
potencial de la osteoclastogénesis
• Miembro de la superfamilia del factor de
necrosis tumoral
• Se expresa altamente en:
• Pulmones – Corazón – Riñón –
Tráquea – Próstata – Ovarios –
intestino delgado – Tiroides – Médula
ósea
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Eje RANK –
RANKL -
Osteoprotegerina
• Receptor – activator of NF-Kb - ligand
• Descubrimiento de RANK hacia la década de
1990
• Miembro de la familia TNF
• Necesario para la formación de osteoclastos
• Sobre-expresión ocasiona resorción ósea
masiva
• Déficit = Osteopetrosis y anormalidades en la
erupción dentaria
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Eje RANK –
RANKL -
Osteoprotegerina
• Único ligando conocido del receptor RANK
• Crucial para el metabolismo óseo, formación de
nódulos línfáticos y sistema inmunológico así
como desarrollo de la glándula mamaria en el
embarazo.
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de
señalización
RANK
• Proteína de 27 KDa
Precursores Osteoclásticos
RANKRANKLRANKLRANKL
TRAF2
TRAF5
TRAF6NF-KB
Activa
NFATC1 (nuclear
factor of
activated T cells)
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de
señalización
RANK
• Estimulación del RANK resulta en una fuerte
activación del NF-KB.
• Varios factores asociados a receptor TNF
(TRAF) están asociados con el dominio
citoplasmático de RANK.
• TRAF 6:
• Es necesario para la formación y activación
osteoclastica
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de
señalización
RANK
• Sub-unidades que median la activación de NF-
KB como:
• IKB kinasa alfa (IKK alfa) - IKK Beta y la
subunidad no catalítica IKK-gamma (NEMO)
han demostrado una función indispensable en
la señalización RANK/RANKL y
osteoclastogénesis.
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de
señalización
RANK
• En modelos murinos IKKBeta:
• Requerido para inducir osteoclastogénesis
vía RANKL in vitro e in vivo
• IKK-alfa:
• Requerido únicamente in vitro pero no in
vivo
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de
señalización
RANK
Sujetos con:
• Osteopetrosis ligada
a X
• Linfedema
• Displasia
ectodérmica con
anhidrosis
Presentan
mutación X42W
en IKK gamma
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de
señalización
RANK
• MAPKs (Mitogen activated protein kinase)
• P38-MAPK alfa y P38 MAPK Beta =
Involucradas en la osteoclastogénesis mediada
por RANKL
• P-38 MAPKS fosforilan directamente a
STAT1 con el fin de controlar la expresión
de una gran variedad de genes
• Función primaria de estas P-38 MPAKS
es controlar la estabilidad del mRNA.
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de
señalización
RANK
• Factores de transcripción AP-1:
• Están bajo el control de JNKs (C – Jun - N
terminal kinases)
• Involucrados en la regulación de
osteoclastogénesis mediada por RANK
• Miembros de esta familia son:
• C-jun – Jun B – C-Fos - Fra son
esenciales para este proceso
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Señalización NFAT y
Homeostasis ósea
Vía de
señalización
NFAT
• NFATc1 (Nuclear factor of activated T cells –
calcineurin dependent 1)
• Inicialmente descubierta en 1989 como un
factor de transcripción que activaba la
expresión de IL2 en respuesta a la
activación de células T
Familia de 4
miembros
NFATc1
NFATc2
NFATc3
NFATc4
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de señalización
NFAT-Calcineurina
• NFATc1 (Nuclear factor of activated T cells –
calcineurin dependent 1)
• Esencial para la regulación del sistema
inmune mediante la modulación de la
respuesta de las células T
• Regulación del desarrollo y función de los
linfocitos T y B
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de
señalización
NFAT
• NFATc1 (Nuclear factor of activated T cells –
calcineurin dependent 1)
• Genes NFAT son expresados únicamente
en vertebrados
• Calcineurina activadora de la vía NFAT es
expresada en organismos invertebrados
• Complejo calcineurina tiene 2 subunidades:
• Subunidad A: Catalítica
• Subunidad B: Reguladora
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de señalización
NFAT-Calcineurina
• Organiza una gran cantidad de sistemas
biológicos en respuesta al influjo de calcio:
• por ejemplo:
• RANK
• RTK (receptor de tirosinas kinasas)
• Asociados a proteínas G
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de señalización
NFAT-Calcineurina
• NFAT:
• Son proteínas fosforiladas sobre
residuos serina en las regiones SRR y
SP, de esta manera son confinadas al
citoplasma en estado de reposo
Activación de
receptores de
superficie
Estimula la
fosfolipasa-
fosfoinositol C
(PLC)
Cataliza la
generación de
1,4,5 trifosfato
de inositol (IP3)
Interactúa con
el receptor IP3
(IP3-R)
En la superficie
del retículo
endoplasmático
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de señalización
NFAT-Calcineurina
Ocasiona flujo
de Ca++ desde
el Retículo
endoplasmático
Disminución de
los depósitos de
Ca++
Movilizan al RE y
a la unión de la
membrana
plasmática
Posteriormente
forman
oligómeros
Activa a
proteínas
sensibles a Ca++
Interaccionando
con CRAC
(calcium released
calcium channel
y Orai
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de señalización
NFAT-Calcineurina
Induce el influjo
de calcio
Activando la
señalización
NFAT-
calcineurina
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Se identificó
Tmem 64 como
un regulador
positivo
Proteína
transmembrana
Interacciona con la ATP
asa asociada a calcio de
Retículo endoplasmatico
(SERCA 2)
Deficiencia de SERCA 2
ocasiona deterioro la
liberación de Ca++
estimulada por RANKL
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key
signalling pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Complejo
calcio/calmodulina/
Calcinueurina
CITOPLASMA
CELULAR
De-fosforila
proteínas NFAT
Núcleo
NFAT
defosforilada es
transportada el
nucleo
Activando la
transcripción
Ciclosporina y
FK506: Inhiben la
translocación
nuclear formando
un complejo con la
ciclofilina A o FK506
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de señalización
NFAT-Calcineurina
• Esta vía juega un papel fundamental en la
homeostasis ósea manteniendo un balance
entre las actividades de los osteoblastos y
osteoclastos
• Señal RANK/RANKL
• Estimula NFATc1
• Induce la expresión de genes de
diferenciación de los osteoclastos los
cuales llevan a cabo funciones de
remodelado y resorción
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de señalización
NFAT-Calcineurina
• 1990: con estudios de ratones knockout de c-Fos
• Se encontró que la perdida de este ocasionaba
una inhabilidad para la diferenciación
osteoclástica en la médula ósea y de esta
manera se generaba OSTEOPETROSIS
• Transplante de médula ósea o la expresión
ectópica de c-Fos corregía este defecto
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de señalización
NFAT-Calcineurina
• 2002:
• Se descubrió que NFATc1 era el factor de
transcripción de los osteoclastos mediante
la acción del RANKL
• Posteriormente ratones con knockout de
NFATc1 se observó:
• Muerte por malformaciones valvulares
cardiacas
• Defectos en la osteoclastogénesis y retardo
en formación ósea
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Regulación de
NFATc1 por otras
moléculas
RANKLInhibe la
expresión de:
Sobre-expresión
de estos 3 genes
en la Médula
Ósea
Reduce la
formación de
Osteoclastos
Sobre-
expresión de
Id2
Disminuye la
estimulación
de NFATc1 por
RANKL
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Regulación de
NFATc1 por otras
moléculas
RANKLInhibe la
expresión de:
Durante la
osteoclastogénesis
El aumento en
la expresión de
MafB
Interaccina con
la unión al DNA
de c-Fos y
NFATc1
Por consiguiente interfiere
con la activación de NAFTc1 y
OSCAR (osteoclast associated
receptor)
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de
señalización
RANK
• Src Kinasas
• Indispensables para la vía RANK
• Inducen activación de serina/treonina
kinasa Akt/PKB con efecto anti-apoptósico
• C-Src y TRAF 6 interaccionan uno con otro
posterior a la unión de RANKL con su
receptor RANK.
• TRAF-6 acelera la actividad kinasa de c-
Src ejecutando fosforilación de moléculas
de tirosina
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de
señalización
RANK
• Src Kinasas
• No es exclusiva de la señalización RANK
• Esencial para la función de adhesión de los
osteoclastos inducidas por integrinas
• Este puede ser en un futuro un blanco
terapéutico para Osteoporosis así como
para el incremento de la resorción ósea
observado en AR.
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de
señalización
RANK
• Proteínas Adaptadoras (TRAF)
• Proteínas citoplasmáticas que se unen a
dominios intracelulares de varios
receptores de la superfamilia TNFR
• La superfamilia de receptores TNFR tienen
3 dominios putativos:
• TRAF 2 – 5 y 6.
• Se ha descrito un papel fundamental
de TRAF-6 en la activación de la vía
RANK/RANKL
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de
señalización
RANK
• Proteínas Adaptadoras (TRAF)
TRAF-6Forma un
complejo con
TAK1 (
transforming
growth factor
beta activated
kinase 1
Uniéndose a
TAB 2 Resultando en la
activación de
TAK-1
Ratones con déficit de TRAF6
presentaron OSTEOPETROSIS
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de
señalización
RANK
• Grb2 (associated binder 2)
• Media la activación inducida por RANK de
NFKB – Akt y JNK.
• Alteración de Grb2 en ratones resultó en
Osteopetrosis y disminución del proceso de
resorción ósea debido a una defectuosa
diferenciación osteoclástica
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de
señalización
RANK
• Metabolismo fosfatidil-inositol
• Activación de Akt por Src requiere de la
fosfatidil-inositol-3-kinasa (PI-3-kinasa) que
genera fosfatidilinositol 3,4,5 trifosfato
• Experimentos con WORTMANNIN un
inhibidor de la PI-3-kinasa ocasiona en una
disminución de la resorción osteoclástica
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de
señalización
RANK
• Metabolismo fosfatidil-inositol
• 3,4,5 Fosfatdil-inositol trifosfato está
regulado negativamente por 2 fosfatasas
lipídicas:
• PTEN (tensin homolog)
• SHIP1 ( SH2 containing inositol
phosphatase 1)
• Función: Remover un residuo fosfato
de esta molécula inactivándola.
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía de
señalización
RANK
• Metabolismo fosfatidil-inositol
• Sobre-expresión PTEN suprime la
diferenciación osteoclástica mediada por
RANKL
• Ratones con deficiencia de SHIP1
evidenciaban aumento de la
osteoclastogénesis, Osteoporosis e incremento
de IL-6
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Asociación
molecular vía
RANK/RANKL con
otras vías
• Además de ser esencial para la
osteoclastogénesis el RANKL:
• Es expresado en linfocitos T los cuales
generan un factor que interfiere con esta
señal como lo es el INF gamma:
• Promueve la degradación acelerada de
TRAF-6 mediante la vía del
proteasoma y consecuentemente
disminuye la señalización RANK
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Asociación
molecular vía
RANK/RANKL con
otras vías
• Esto es importante en pacientes HIV dado:
• Que presentan resorción ósea acelerada,
más aun cuando reciben terapia anti-
retroviral
• Algunos de los inhibidores de proteasa
bloquean la degradación de TRAF-6 –
incrementando la señalización RANK
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Asociación
molecular vía
RANK/RANKL con
otras vías
• Hormonas sexuales como andrógenos y
estrógenos suprimen la diferenciación
osteoclástica inducida por RANKL:
• Al inactivar la vía c-Jun
• Controlar la expresión de Osteoprotegerina:
• TTO con OPG revierte el número de
osteoclastos y pérdida ósea en ratas
hembras posterior a Oforectomía
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Eje RANK –
RANKL -
Osteoprotegerina
• Osteoporosis:
• Caracterizada por incremento de la
actividad de los osteoclastos
• Eje RANK – RANKL es un blanco
terapéutico importante
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Otros factores
locales y
sistémicos
• TNF – GM-CSF, IL1 – IL6 – IL12 – IL17 – IL18
– IL23 y TGF beta activa – PTH – Vitamina D
estimulan la osteoclastogénesis y expresión
del RANKL
• Incrementan la producción de RANKL por los
osteoblastos, osteocitos y células del estroma
óseo.
• Osteoprotegerina (OPG) – Calcitonina –
Amilina – Estrógenos – IL4 – IL10 –IL13 e
interferon gamma – TGF beta inhibien la
osteoclastogénesis
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Vía WNT y su papel en
la biología y
enfermedad ósea
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Vía Wnt
• Familia de 19 glicoproteínas con funciones
importantes en el desarrollo embrionario y la
regeneración tisular
• Proteínas involucradas en la amplificación y
transducción de señales de Wnt se encuentran
alteradas en cáncer
• Mutaciones en los componentes de la vía Wnt
lleva a displasias esqueléticas
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Vía Wnt-Beta
catenina
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Conocida como
vía canónica
En ausencia de
Wnt
Beta-catenina se
asocia con las
cadherinas en la
membrana
plasmática
Cualquier exceso
de beta catenina es
rápidamente
secuestrado por:
Vía Wnt-Beta
catenina
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Degradadas por
la ubicuitina
Mediante un
sistema de
proteolisis
Cuando wnt3a está
presente
Se une a moléculas
de superficie
Movilizando
Gsk3beta y Ck1 a la
membrana
Vía Wnt-Beta
catenina
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Fosforilan las
serinas de
Lrp5/6
Promoviendo la
formación del
señalosoma
Reclutan Dishelved
(Dvl) – Axina ½ y
caveolina
Liberando la Beta-
Catenina del
complejo de
destrucción
Permitiendo su
entrada al núcleoIncrementando sus
niveles
Vía Wnt-Beta
catenina
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Donde actúa
con factores de
transcripción
Como Lef1 –
Tcf7
Regulando la
expresión génica
La localización
nuclear de beta
catenina es usada
para la activación
de su señal
B-catenina no sólo
es activada por
Wnt
Vía Wnt-Beta
catenina
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Otras señales
son
Igf y
activación
Akt
Esta activación no
es exclusiva de la
vía canónica
Este punto es
importante en
hueso
La deleción de beta catenina
desencadena la pérdida ósea a
través de diferentes
mecanismos de inactivación
LRP5
Vía Wnt
• La vía wnt/beta catenina estimula vías de
proliferación y supervivencia celular
• Activación de esta cascada de señalización es
característica de una gran variedad de
patologías oncológicas
• En estados fisiológicos múltiples proteínas
vigilan la cacscada
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Vía Wnt
• Adicional a los inhibidores intracelulares como
la AXINA 2, la vía canónica es neutralizada por
factores extracelulares:
• Proteínas secretadas relacionadas con
FRIZZLED (Sfrps)
• Wifs: factores inhibidores de wnt: Se unen
directamente a wnt y previene la
interacción con sus receptores
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Vía Wnt
• Otras proteínas incluyendo:
• DKK (Dickkopfs)
• Esclerostina
• Sostdc1
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Vía Wnt
• Algunos wnt como wnt5a activan otras vías
alternativas induciendo complejos de fomración
con:
• Lrp5/6
• Ror 1/2
• Fzd2
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Otras vías de
señalización
Wnt- sin
estabilización
Beta catenina
• En algunos contextos wnt no estabiliza beta
catenina ni interacciona con el receptor Lrp 5/6
• Wnt puede activar otros eventos intracelulares
como:
• La vía de la polaridad celular planar (
planar cell polaritiy – PCP)
• Vía de la proteína G trimérica asociada a
calcio ( trimeric G protein coupled
receptor pathways including calcium
ion)
• Vía de la familia Rho GTPasa
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Otras vías de
señalización
Wnt- sin
estabilización
Beta catenina
• Vía de la polaridad celular planar ( planar
cell polaritiy – PCP
• Es la vía Wnt más estudiada no
relacionada con la beta-catenina
• Su función permite a las células orientarse
respecto a un eje a lo largo de un tejido
• Es la protagonista del movimiento celular
en en los embriones
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Otras vías de
señalización
Wnt- sin
estabilización
Beta catenina
• Vía de la polaridad celular planar ( planar
cell polaritiy – PCP
• Determina el destino celular permitiendo la
creación de estructuras asimétricas y bien
alineadas como folículos pilosos y
polización de los cilios en numerosos
tejidos
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Wnt se une a
FzdActivando Dvl
Orientando a la célula
dentro del tejido
Otras vías de
señalización
Wnt- sin
estabilización
Beta catenina
• Vía de la proteína G trimérica asociada a
calcio (trimeric G protein coupled receptor
pathways including calcium ion)
• Wnt activa proteína G trimérica para
controlar cascada de señalización corriente
abajo
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Wnt3a estimula G-
alfa-s y G-alfai/o
pero NO Galfa-q11
Se asocian a
receptores Fzd
en el tejido
cerebral
Wnt/Fzd induce
acumulación de
AMPc
Activación de
Protein-Kinasa A
mediante G-alfa-s
G-alfai/o estimula
fosfolipasa C
Liberación
intracelular de Ca++
y activación de
Protein Kinasa C
Otras vías de
señalización
Wnt- sin
estabilización
Beta catenina
• Vía de la proteína G trimérica asociada a
calcio (trimeric G protein coupled receptor
pathways including calcium ion)
• Activación de G-alfa-q11 es requerida para la
localización nuclear de la beta catenina seguida
de su unión a Wnt3a
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Vía de la familia Rho/Rac GTPasas
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Activación de Dvl
de la famlia Rho
GTP asa estimula
Rac
Conduce a la
activación de
Jnk
Estimula factores
de transcripción
como c-Jun y ATF2
Wnt3a actúa en
la
diferenciación
de condrocitos
Mediante la acción
c-Jun/AP-1 y
supresión de la
expresión de SOX9
Conociéndose otra
vía alterna diferente
a la Wnt-beta
catenina para el
desarrollo óseo
• Vía de la familia Rho/Rac GTPasas
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Unión Wnt/Fzd
Promueve
interacciones
con Dvl
Activando Daam1
(Dishelved
associated activator
morphogenesis)
Activa Rho guanine
nuclear exchange
factor WGEF
WEGF induce la
activación de la
vía RhoA/ROCK
Promoviendo la
reorganización del
citoesqueleto así
como la forma y
adhesión celular
Función ósea de
la Wnt/beta
catenina
• Osteoblastos, osteocitos y Osteoclastos
regulan la masa ósea
• Osteoblastos:
• Se originan de células progenitoras
mesenquimales
• Responsables de la producción de
proteínas como:
• Colágeno tipo 1 que forma la matriz
mineralizable
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Función ósea de
la Wnt/beta
catenina
• Osteoblastos, osteocitos y Osteoclastos
regulan la masa ósea
• Osteoblastos:
• RunX2, Sp7 (osterix), Wnts, Lrp5 y Beta
catenina son factores cruciales para
requerido para la diferenciación de
precursores mesénquimales en osteo-
condro progenitores
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Función ósea de
la Wnt/beta
catenina
• Beta-catenina regula la comunicación entre
osteoblastos y precursores osteoclásticos
controlando la expresión de Osteoprotegerina
• La interacción RANK/RANKL que afecta la
resorción ósea.
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Función ósea de
la Wnt/beta
catenina
• Osteocitos:
• Osteoblastos diferenciados
• Embebidos dentro de la matriz ósea
mineralizada
• Comunican cambios entre las cargas
mecánicas con el ambiente extracelular
• Estimulan la reparación de facturas
• Influencian el remodelado óseo
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Wnts
• Glicoproteínas secretadas ricas en cisteína
• Involucradas en el control de la proliferación
celular – expresión génica y supervivencia de la
célula
• Witte y colegas identificaron 19 Wnts durante el
desarrollo del miembro inferior del ratón así
como en la diferenciación del cartílago
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Wnts
• Wnt1 – Wnt3a – Wnt8a y Wnt8b NO fueron
involucrados en el desarrollo óseo.
• Mak y colegas encontraron:
• Wnt2 – Wnt2b – Wnt4 – Wnt5a –Wnt10b y
Wnt11 fueron hallados en osteoblastos
murinos
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Wnt3a
Wnt5a
Wnt10b
Wnt14
Wnt3a
• Deleción germinal ocasiona muerte temprana
del embrión
• Machos heterocigotos para Wnt3a presenta
disminución de la densidad mineral ósea así
como del número de hueso trabecular
• Induce proliferación de células precursoras
mesenquimales
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Wnt5a
• Machos heterocigotos presentan
disminución de la densidad mineral ósea
e incremento en el número de adipocitos
• Estabiliza la Beta-catenina en presencia
de Fzd4 pero la inhibe al unirse al Ror2
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Wnt10b
• Directamente relacionada con la densidad
mineral ósea
• Relación indirecta con el número de adipocitos
en la médula ósea
• Bennet el al encontró en 2007 que la sobre-
expresión transgénica de Wnt10b:
• En osteoblastos maduros y adipocitos de
médula ósea incrementaban la formación
de hueso
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Wnt10b
• En modelos murinos Wnt10B inhibe la
acumulación de grasa en ratones con
predisposición a la obesidad.
• Es importante en el mantenimiento de las
células progenitoras mesenquimales
• La capacidad de Wnt10b de controlar el linaje
osteoblástico ofrece intervenciones
terapéuticas en patologías como osteoporosis y
obesidad
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Wnt14
• Expresado en tejidos donde se encuentran
condensaciones de células mesenquimales y
osteoblastos diferenciados
• Activa beta-catenina e induce la expresión de
Lef1
• Niveles elevados de Wnt14 = bloquea la
formación ósea endocondral
• Niveles bajos = Promueve la maduración de
los condrocitos y formación ósea
endocondral
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Wntless
• Proteína transmembrana
• Responsable de la secreción de los Wnts
• Wls:
• Expresada en todas las células humanas
• Deleción germinal de Wls ocasiona muerte
embrionaria temprana con defectos cráneo-
faciales
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
R-
spondins
• Factores que promueven la estabilización de la
beta-catenina
• Rspo 2 y Rspo3 = Mayor potencia que Rspo1
• Interfieren con DKK1 uniéndose a
Krm2/Lrp6 previniendo la internalización de
Lrp6
• Rspo2:
• Necesaria para el desarrollo de
extremidades inferiores – osificación de las
falanges distales y adecuado crecimiento
de la tibia
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Receptores
Wnt
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Low density
lipoprotein
receptor-related
proteins LrP
Frizzleds
Lrp5
• Codificado en el cromosoma 11
• El interés en el Lrp5 en la biología se inició
mediante investigaciones genéticas del
síndrome osteoporosis pseudoglioma:
• Patología autosómica recesiva de inicio en
la juventud caracterizada por baja masa
ósea
• Otro espectro es la sobre-expresión del
Lrp5 caracterizado por alta densidad
mineral ósea con resistencia a fracturas de
alto impacto
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Lrp5
• Es requerido para la activación de los
osteoblastos mediante la vía Wnt-Beta catenina
• Actividad de Lrp5 tuvo una relación inversa con
la síntesis de serotonina a nivel intestinal por
parte de las células madre del duodeno las
cuales envían señales a los osteoblastos para:
• Influenciar y regular la formación y masa
ósea
• Niveles elevados de serotonina fueron
observados en pacientes con osteoporosis
– pseudoglioma
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Lrp6
• Contribuye a la óptima señalización de la PTH
en los osteoblastos
• En respuesta a la PTH:
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Lrp6
Se une al
receptor de
PTHR1
Es fosforilado
por la Protein-
Kinasa A
Reclutando
AxinaEstabiliza Beta
catenina
Niveles de
Tcf/Lef1
Lrp4
• Conocido como Megf7
• Regulador de la masa ósea
• Déficit de este receptor ocasionó:
• Polisindactilia:
• Alteración en el desarrollo de los
miembros inferiores y superiores
debido a modificación en la cresta
ectodérmica apical
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Lrp4
• Antagonista de la señal canónica de Wnt
mediante su unión directa a esclerostina
• Se expresa en osteoblastos y osteocitos
humanos
• Mutaciones en la región extracelular de LRP4
ocasionaba pacientes con sobrecrecimiento
óseo debido a que no podía unirse a la
esclerostina.
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Frizzleds
• Proteína de 7 dominios transmembrana
• Contribuye a la activación de la vía de
señalización de Beta catenina y la
independiente de beta-catenina
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Pacientes con
Wiilliams-Beuren
Syndrome
Baja densidad
mineral ósea
Deleción del
FZD9 en el
cromosoma 7
No se afectan
niveles de beta-
catenina
Disminuyen los
niveles de STAT1
Frizzleds
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Disminuye los
niveles de genes
estimuladores de
interferon
Codifica una
molécula similar
a la ubicuitina
Mejora la capacidad
de mineralización de
la matriz extracelular
Sobre-expresión
de Isg15
Restaura la
habilidad de
Fzd9 en los
osteoblastos
deficientes
Síndrome de
Williams-
Beuren
Síndrome de
Williams-
Beuren
• Retardo mental
• Fascies dismórficas
• Baja talla
• Anormalidades cardiacas (Estenosis aortica-
Estenosis pulmonar)
• Hiperacusia
• Hipercalcemia infantil
• Anormalidades para la marcha
Antagonistas
Wnt
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Dkk
• DKK 1 a 4
• Se unen y secuestran los
complejos de membrana Lrp5/6 y
Krm1/2 para inhibir la actividad
Wnt
• Cabe resaltar la importancia de
DKK1 – DKK2 y DKK3 en la
función osteoblástica
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Dkk-1
• Inhibidor de la vía Wnt activo en diferentes
tejidos
• Líneas de investigación sugieren que regula
la masa ósea en humanos:
• 1: Mutaciones que ocasionan
aumento de la función de LRP5
inhiben la habilidad de éste para
unirse a DKK1.
• 2: Producción de DKK1 por células
plasmáticas malignas en Mieloma
múltiple causan lesiones óseas
osteolíticas y bloquean la
diferenciación de los osteoblastos
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Dkk-1
• Datos de varios modelos animales
confirman que DKK1 suprime la señal
Wnt e inhibe la formación ósea
• Investigaciones con anticuerpos para
DKK1 han evidenciado:
• Incremento de la formación ósea a
nivel del endostio en modelos
murinos con osteopenia inducida por
oforectomía.
• DKK1 se expresa en una gran
cantidad de tejidos por lo cual su
bloque traería efectos delétereos
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Dkk-2
• Bloquea efectivamente la activación de Wnt1
dependiente de Lef1/Tcf e inhibe las vías de
diferenciación osteogénicas en osteoblastos
con artrosis
• Se observó que DKK2 activa la beta catenina
en Xenopus embryos:
• Este efecto opuesto fue mediado por Krm2
que convierte DKK2 de agonista a
antagonista de Lrp6.
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Dkk-2
• Inhibe la formación ósea en ausencia de
Wnt7b.
• En altas concentraciones de Wnt7b – DKK2
coopera en la diferenciación terminal de los
osteoblastos
• Conclusión:
• Efecto celular de DKK2 en los
ostebolastos es dependiente del
contexto celular particularmente de
niveles de Krm2 y Wnt7b
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Sfrps
• Secreted Frizzled related
proteins:
• Glicoproteínas ricas en cisteína
• Comparte homología con
receptores Fzd
• Antagonizan la vía Wnt mediante
unión directo
• Previenen la asociación de los
Fzds a la superficie celular
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Sfrp-1
• Secreted Frizzled related
proteins -1
• Incrementa la apoptosis de los
osteoblastos con disminución de la
densidad mineral ósea
• Se une a RANKL y bloque
osteoclastogénesis inducida por
osteoblastos
• Aumenta su expresión con altos
niveles de dexametasona por lo
que esta involucrada en
osteoprosis inducida por
glucocorticoides
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Sfrp-4
• Secreted Frizzled related
proteins -4
• Expresado en células madre
mesénquimales
• Realiza una regulación negativa de
la formación ósea y disminución de
la densidad mineral ósea
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Wif
• Wnt inhibitory factor -1
• Interacción directa con Wnt (Wnt3a
–Wnt4 –Wnt5a – Wnt7a – Wnt9a –
Wnt11)
• Hace parte de la vía de
retroalimentación negativa que
controla la diferenciación y
maduración de los osteoblastos.
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Esclerostina/
SOST
• Mutaciones inactivas del gen
SOST que codifica Esclerostina
ocasiona 2 desórdenes óseos
esclerosantes:
• Esclerostosis
• Enfermedad de Van Buchem
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Enfermedad
de Van
Buchem
Hiperostosis
corticales
generalisata
Enfermedad
de Van
Buchem
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Primera documentación 1955 por Van
Buchem
• Autosómica recesiva
• Caracterizada por sobre-crecimiento
del esqueleto más frecuentemente a
nivel de la madíbula
• Mutación en el cromosoma 17 gen
SOST
Hiperostosis
corticales
generalisata
Enfermedad
de Van
Buchem
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Aumento de diámetro externo de los
metacarpinaos
• Engrosamiento de la cortical
• Fosfatasa alcalina elevada
• Niveles séricos elevados de
osteocalcina y pro-colágeno
• Niveles urinarios elevados de N-
telopéptido
Hiperostosis
corticales
generalisata
Enfermedad
de Van
Buchem
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Consecuencia clínica del
engrosamiento cortical a nivel del
cráneo se observa parálisis facial
• Hipoacusia – Problemas visuales
• Anomalía radiológica más frecuente =
HIPEROSTOSIS MASIVA DE LA
MANDIBULA Y EL CRÁNEO
• Esclerosis de diáfisis de huesos
largos – clavículas – costillas y
pelvis
Hiperostosis
corticales
generalisata
Esclerostina/
SOST
• A diferencia de DKK, Sfrps,
Esclerostina es producida por las
células óseas
• Se encuentra en cantidades
abundantes en el sistema
canalicular osteocítico
• Se ha observado en cementocitos
– condrocitos hipertróficos en la
placa de crecimiento – cartílago
con osteoartrosis
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Esclerostina/
SOST
• Scl se une a Lrp5/6 e inhibe su
asociación con Fzd y Wnts
• Inhibe la proliferación y
diferenciación de cultivos
osteogénicos y estimula la
apoptosis de estas células
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Esclerostina/
SOST
• Se han probado en roedores y
primates-no-humanos anticuerpos
contra Scl evidenciando:
• Incremento de la masa
ósea secundario a déficit
de estrógenos posterior a
oforectomía
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Esclerostina/
SOST
• Estudios de fase II concluyeron:
• Inhibidores de Scl demostraron
beneficios esqueléticos en
pacientes con osteoporosis y
otras enfermedades con
pérdida de masa ósea
• Mejoraron la fijación de
procedimientos ortopédicos
posterior a fracturas
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Sost-dc1:
Sclerostin domain
containing 1
• Factor que pertenece a la familia de
proteínas Dan/cerebrus
• Al unirse a las proteínas
morfogéneticas óseas (Bmp – bone
morphogenetic protein) neutraliza su
actividad
• Inhibe la actividad Wnt al unirse a
Lrp6
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Sost-dc1:
Sclerostin domain
containing 1
• Modelos murinos con deficiencia de
Sost-dc1 presentaron:
• Dientes extras debido a una
señalización excesiva de
proteínas morfogenéticas óseas
y consecuentemente reducción
en la apoptosis de células
odontogénicas mesénquimales
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Moduladores
Transmembrana
de la vía Wnt
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Kremen1/2 (Krm)
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Co-receptores transmembrana para
DKK-1
• Krm y DKK1 forman complejos
ternarios con Lrp6 los cuales sufren
endocitocis reduciendo la
señalización Wnt/Beta-catenina.
Ror-2
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Familia de proteínas de membrana
dependientes de tirosin-kinasa
• Se unen a ciertos Wnt en presencia o
ausencia de receptores Fzd para
activar vías de señalización NO-
dependientes de beta catenina
• Wnt5a induce la formación de un
complejo Lrp5/6 – Ror1/2 y Fzd2.
Ror-2
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Mutación de Ror2 ocasiona:
• Braquidactilia dominante tipo B
• Síndrome Robinow
Síndrome
Robinow
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Autosómica recesiva
• Displasia esquelética severa:
• Acortamiento de miembros
inferiores
• Huesos cortos
• Defectos en la columna dorsal
• Braquidactilia (dedos cortos)
• Fascies dismórficas
Fosas nasales elevadas -boca
grande - hipertelorismo
Síndrome
Robinow
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Se ha observado en comunidades
donde se presentan matrimonios
entre miembros que comparten
consanguineidad
Vértebras segmentadas
anormalmente y Fusión de
costillas
Mano con braquidactilia
Beta-catenina
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Proteína nuclear y citoplasmática
• Codificada por el gen Ctnnb1
• Factor clave para la ejecución de
cascadas de señalización incluida la
vía canónica de la Wnt
• Esencial para el desarrollo
embrionario
• Mutaciones que ocasionan
hiperactivación desarrollan patología
oncológica
Beta-catenina
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• El enlace Wnt a Lrp5/6 y receptores
Frizzled:
• Inactiva el complejo de
destrucción beta catentina
compuesto por:
• Apc
• Axina
• Ck1
• Gsk3
• Wtx
Beta-TrCp (ligasa
ubicuitina E2
Beta-catenina
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Al acumularse la beta-catenina es
transportada al núcleo donde
interacciona con factores de
transcripción como Lef1/Tcf
• Regulando numerosos genes como
la axina 2
Beta-catenina
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Proteólisis de la beta catenina es
ocasionada por la fosforilación de
una gran cantidad de residuos de
serina en su porción N-terminal
llevada a cabo por:
• CK1
• Gsk3beta
• Deleción del exon 3 de Cnnb1
remueve estos residuos produce
mutación de una proteína que
ocasiona hiperactivación de la
vía
Beta-catenina
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Esencial para el control de las
células mesénquimales así como
para la comunicación entre formación
y Resorción ósea
• Deleción de Ctnnb1 en progenitores
mesenquimales ocasiónó:
• Defectos en la formación
esquelética
• Reducción de la mineralización
• Osteoblastogénesis defectuosa
• Condrogénesis ectopica
Beta-catenina
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Osteoblastos y Osteocitos deficientes
en Ctnnb1:
• Producen menor cantidad de
Osteoprotegerina
• Ocasionando mayor interacción
RANK/RANKL y promoviendo la
resorción ósea
Beta-catenina
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Incremento de la actividad de beta-
catenina mediante la deleción del
exón 3 en osteoblastos y osteocitos
maduros ocasiona:
• Osificación excesiva al reducir el
número de osteoclastos
Funciones de
beta-catenina
diferentes de Wnt
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Asociación con cadherinas para la
regulación del crecimiento epitelilal,
adhesión celular y migración.
• Sobre-expresión de N-cadherina
inhibe la proliferación de los
osteoblastos bloqueando la wnt3a –
PI3K/Akt y Erk.
• Une la membrana al citoesqueleto de
actina con el fin de transmitir señales
inhibitorias del crecimiento celular.
• En el caso de la homeostasis
señales acerca de la tensión
mecánica
Funciones de
beta-catenina
diferentes de Wnt
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Fuerzas mecánicas activan Lef/Tcf y
promueven la localización nuclear de
beta-catenina en células óseas
• Osteoblastos del cráneo de modelos
murinos evidenciaron:
• Fuerzas mecánicas biaxiales
incrmentaron los niveles de beta
catenina a nivel nuclear
mediante la activación de Akt e
inhibición de Gsk3beta
Funciones de
beta-catenina
diferentes de Wnt
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Inhibición de Gsk3beta por fuerzas
mecánicas:
• Estimula la señalización Nfatc1 y
beta catenina induciendo
Osteogénesis e inhibiendo
adipogénesis
• Regulador la osteoclastogénesis:
• Dosis mínima de beta catenina
fue requerida para inducir la
proliferación de los progenitores
osteoclasticos
Apc
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Gen supresor de tumor
• Proteína ligada a beta catenina
• Defectos en Apc ocasionan poliposis
adenomatosa familiar:
• Condición autosómica dominante
premaligna
• Usualmente progresa a cáncer
de colon
Apc
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Función principal de Apc es inhibir la
actividad de beta catenina
• Es el andamio junto con otros
componentes del complejo de
destrucción de Beta-catenina a nivel
citoplasmático
• Se asocia con beta catenina a nivel
nuclear para prevenir su unión a los
factores de transcripción Lef/Tcf.
Axina 1 y 2
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Proteínas adaptadoras requeridas
para el ensamblaje del complejo de
destrucción de la beta-catenina que
incluye:
• Gsk3beta
• Dvd
• Apc
• Wtx
Axina 1 y 2
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• En presencia de ligandos Wnt:
• Axina y otros componentes del
complejo de destrucción son
reclutados por Lrp5/6 en la
membrana celular facilitando la
señalización cascada abajo.
• Modelos murinos con Knockout de
axina 1 fallecieron por defectos en el
tubo neural.
Axina 1 y 2
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Axina 2:
• Patrón de expresión más
restringido
• Regulada por la señal Wnt/Beta
catenina/Tcf
• Expresión de axina 2 inhibe la
diferenciación de los condrocitos
Gsk3-beta
(Glycogen synthase
Kinases 3 alpha
and beta)
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Enzimas serina/treonina altamente
conservadas
• Participan en las vías de señalización
canónica y no-canónica de la Wnt
• Función: Fosforilación de múltiples
componentes de la vía Wnt
incluyendo:
• Beta catenina –Axina - Apc
Gsk3-beta
(Glycogen synthase
Kinases 3 alpha
and beta)
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Fosforilación de la región N-terminal
de la beta catenina a cargo de Gsk3
promueve su degradación por el
proteasoma 26s
• En respuesta a ligandos:
• Gsk3 se moviliza a la membrana
y fosforila receptores Wnt como
Lrp5/6
• Resulta en la formación de
complejos multiproteícos como el
SEÑALOSOMA
Gsk3-beta
(Glycogen synthase
Kinases 3 alpha
and beta)
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Inhibición de Gsk3 promueve la
formación ósea in vivo
• Modelos murinos con knockout de
Gsk3Beta no sobrevivieron a la
embriogénesis.
Wtx ( FAM123B –
OSCS – AMER1)
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Gen de supresión tumoral
• Localizado en el cromosoma X
• 30% de individuos con tumor de
Wilms presentan mutaciones
somáticas
• Se une directamente a beta-catenina
– Apc – Axina 1/2 convirtiéndose en
miembro del complejo de destrucción
beta-catenina
Wtx ( FAM123B –
OSCS – AMER1)
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Pérdida de función por mutaciones
de Wtx incrementa la inestabilidad de
la beta catenina
• Inhibición de la adipogénesis en
modelos deficientes de Wnt
Displasia
esquelética
esclerosante
ligada a X
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Caracterizada por:
• Mutación a nivel germinal del
WTX
• Incremento de la densidad ósea
• Malformaciones cráneofaciales
en mujeres
• Incompatibilidad con la vida en
hombres
• Retardo mental
• Convulsiones
Displasia
esquelética
esclerosante
ligada a X
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
Caracterizada por:
• Macrocefalia
• Paladar hendido
• Esclerosis de huesos largos y
cráneo
• Estrías óseas longitudinales
observadas en radiografías de
huesos largos, pelvis y escápula
• Frente amplia
• Hipertelorismo
• Micrognatia
• Radiografía con estrias
longitudinales en huesos
largos
Factores de
transcripción Tcf7
y Lef1
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Tcf = T cell factors 7
• Lef1 = lymphoid enhancer binding
factor 1
• Son proteínas nucleares asociadas a
la señalización Wnt/beta catenina
• Se unen a la secuencia YCTTTGWW
mediante su adhesión al dominio C-
terminal de secuencias DNA con
regiones N-terminal de la beta
catenina
Tcf7 (T cell factors
7)
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Knockout de Tcf7 evidenció:
• Reducción de masa ósea:
• Aumento del número de
actividad de los osteoclastos
• Disminución de niveles de
Opg
Lef1 (lymphoid
enhancer binding
factor)
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Deficiencia en Lef1 evidenció:
• Incompatibilidad con la vida por
defectos multiorgánicos como
consecuencia de imposibilidad
de interacciones entre células
mesénquimales y epiteliales
• Masa ósea no puedo ser medida
en estos modelos debido a la
temprana letalidad post-natal
Lef1 (lymphoid
enhancer binding
factor)
Monroe DG, McGee-Lawrence ME, Oursler MJ et al. Update on WNT signaling in bone cell biology and bone
disease. Gene;2012;15;492(1):1-18
• Deficiencia en Lef1 evidenció:
• Hembras heterocigotas observó:
• Disminución de hueso
trabecular
• Reducción en la actividad de
osteoblastos
Hipoxia
• Otro regulador de la formación osteoclástica es
la tensión de oxígeno
• Al reducirse la tensión de oxígeno se:
• En presencia de M-CSF y RANKL se
aumentan el número y tamaño de los
osteoclastos incrementando la resorción
ósea
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Hipoxia
• Acciones de la hipoxia sobre la
osteoclastogénesis son mediadas por:
• HIF (Hypoxia inducible factors) 1 alfa o 2
alfa
• Se evidenció cuando los modelos murinos
deficientes de Fra-2 presentaban
osteoclastos gigantes debido a que sus
huesos eran hipóxicos y expresaban
cantidades elevadas de HIF-1 alfa.
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Hipoxia
• La respuesta trófica de los precursores
osteoclásticos a la hipoxia refleja su origen
mieloide.
• Al exponerse el hueso a bajas tensiones de
oxígeno se estimula la formación osteoclásticay
sugiere las numerosas condiciones
fisiopatológicas a las que el hueso se expone
en:
• Inflamación
• Fracturas
• Infecciones
• Tumores
• Diabetes
• Tabaco
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Hipoxia
• Los osteoclastos son células ricas en
mitocondrias lo cual les permite realizar
glicólisis para suplir sus altos contenidos
energéticos
• Estos organelos también les permite a los
osteoclastos hipóxicos prevenir la apoptosis
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Funciones de los
Osteoclastos
• Para que ocurra la resorción debe suceder:
• Reclutamiento de osteoclastos
• Adhesión a las superficies óseas
• Polarización y activación de la
maquinaria de resorción
• Movilización a otra localización o
Apoptosis
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Reclutamiento
de los
osteoclastos
• Reclutamiento de osteoclastos
• Ocurre a partir de células progenitoras
mediante la producción local de M-CSF y
RANKL
• Ostoclastos maduros son altamente
móviles con habilidad de migrar a varios
lugares.
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Reclutamiento
de los
osteoclastos
Componente
estructural de la
matriz ósea
orgánica es
insoluble
Protegido por
osteoblastos
TGF beta
liberado por la
matriz ósea y el
daño local
Reclutan
Osteoclastos a
regiones que
requieren
remodelado óseo
Cuerpos apóptosicos
de los osteocitos y
RANKL producido
por osteoblastos
Promueven la
Osteoclastogénesis
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Adhesión –
Polarización y
Resorción
Adhesión de los
osteoclastos a la
superficie ósea
Mediado por la
integrina ⍺vℬ3
(receptor de
vitronectina)
La integrina hace
parte de un
complejo
dinámico de
adhesión
Conocido como
PODOSOMAS
Contienen
filamentos de actina
– cortactina –
paxilina – CD44
Proteínas de
adhesión como
Vinculina y Talina
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Adhesión –
Polarización y
Resorción
Sobre substratos
ricos en
minerales
Los podosomas se
organizan en un
denso anillo
conocido como
ZONA DE SELLADO
Ancla los osteoclastos
y los aísla a un
compartimiento
donde se inicia la
destrucción
Formación del
podosoma
controlada por
Señales que
involucran
tirosin Kinasa
C-Src
GTP asas
de la
familia
Rho
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Ratones
deficientes de Src
tienen fenotipo
Osteopetrosico
Rho-GTPasas: son
reguladores claves
de la motilidad del
citoesqueleto de
actina
Al interior de la
zona de sellado
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
La membrana de
los osteoclastos
genera el borde
en cepillo
Rho-GTPasas: son
reguladores claves
de la motilidad del
citoesqueleto de
actina
Al interior de la zona
de sellado la membrana
celular del osteoclasto
genera el borde en
cepillo
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Borde en cepillo:
Zona con pliegues
que permite un área
de superficie de
interacción con la
superficie ósea
Al interior de esta
membrana se
encuentra el canal
vacuolar H/ATP
asa
Transporta protones
del interior del
osteoclasto hacia la
zona de sellado
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Los protones
secretados el canal v-
H+ATPasa derivan del
ácido carbónico
Su formación
citosólica está a
cargo de la
anhidrasa
carbónica II
Los iones bicarbonato
residuales se intercambian
pasivamente con Cl- en la
membrana baso-lateral del
osteoclasto
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Localizado en el borde
en cepillo hay un canal
de cloro (ClC-7)
Permite el paso de
Cl al espacio de
resorción
La pérdida de función de
este canal resulta en
OSTEPETROSIS SEVERA
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Reportes recientes
indican que este canal
también media el
intercambio Cl-/H+
El ambiente ácido de la
zona de sellado disuelve
el hueso mineral
constituido por
Hidroxiapatita
El ácido secretado es
neutralizado por los grupos
hidróxilo de la
hidroxiapatita
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
La degradación del
componente orgáncio
de la matriz ósea el
cual es un 90%
colágeno tipo I
Es primariamente llevado
a cabo por la acción de la
CATEPSINA K
Enzimas cisteína proteasas
expresadas por los
osteoclastos activados y
transportadas en vesículas
hasta el borde en cepillo
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Catepsina K
• Degrada el colágeno tipo I con una actividad
óptima a Ph de 6,0.
• Degrada las 3 cadenas de la triple hélice de
colágeno así como los telopéptidos generando
fragmentos de 70-80 Kda de peso
• Mutación de catepsina K = Picnodisostosis
(Osteoesclerosis – talla baja – malformaciones
esqueléticas)
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Catepsina K
• Enzima expresada por los osteoclastos
• Genera especies reactivas de oxígeno que
ayudan a la degradación de la matriz
• No juega un papel crítico en la resorción ósea
• Modelos murinos con deficiencia de TRAP
evidenciaron Osteopetrosis leve.
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Catepsina K
• Los largos fragmentos de colágeno generados
por la acción de la catepsina K sufren
endocitosis por el borde en cepillo del
osteoclasto.
• Atraviesan el citoplasma y se transportan
mediante exocitosis a través de la membrana
celular hacia el espacio extracelular donde son
degradados por metaloproteinasas
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Activación de los
osteoclastos
• Cultivos celulares sugieren que los iones
HIDRÓGENO y el ambiente ácido activan
directamente los osteoclastos
• Osteoclastos maduros se encontraban
inactivos a un pH de 7,4 correspondiendo al ph
fisiológico
• A medida que el pH se reducía hasta alcanzar
6,8 se iniciaba la formación de lagunas de
resorción
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Activación de los
osteoclastos
• El microambiente ácido aumenta el tamaño de
los osteoclastos
• La rápida acidificación del ambiente
extracelular estimula:
• Formación de zonas de sellado y
podosomas
• Expresión de anhidrasa carbónica tipo
II
• Expresión de canal vacuolar H+-
ATPasa, catepsina K, TRAP y TRAF
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Activación de los
osteoclastos
• Al disminuir el pH se activa el factor nuclear
NFATc1 a niveles comparables a los
observados cuando se activa en presencia de
RANKL
• La acidosis NO ocasiona la inducción de la
translocación nuclear de NF-kB
• Acidosis y RANKL ocasionan la elevación
transitoria de Ca++ libre intracelular en los
osteoclastos
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Activación de los
osteoclastos
• Mecanismos mediante los cuales los
osteoclastos censan el pH extracelular no están
aun esclarecidos:
• Entre las posibilidades se destaca la
presencia de canales sensibles al pH y
receptores de superficie celular
• Respuesta a cambios en el pH
citoplasmático
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Activación de los
osteoclastos
• Muchas de las potenciales causas de acidosis
sistémica se asocian con pérdida ósea como:
• Enfermedad renal y respiratoria
• Gastroenteritis
• Ejercicio anaeróbico
• Diabetes
• Edad avanzada
• Isquemia /Hipoxia
• Inflamación
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Activación de los
osteoclastos
• Células dendríticas las cuales comparten
origen mieloide con los osteoclastos muestran
mayor activación a pH ácidos
• La activación de los osteoclastos por el ácido
puede considerarse como un mecanismo de
respuesta homeostático primitivo con el fin de
corregir la respuesta a la acidosis sistémica:
• Incrementando la liberación de
hidroxiapatita
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Activación de los
osteoclastos
• Una vez activados por la acidosis los
osteoclastos pueden ser estimulados por
factores como:
• RANKL
• PTH
• 1,25 hidroxi Vitamina D 3
• ATP/ADP
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Activación del
Osteolasto
Acidificación del
ambiente
Acción de la PTH
mediante su
receptor tipo 1
PTHr1
Estimula la
resorción
Inhibidor de la
función
Osteoclaástica es
la OPG
Mellis DJ, Itzstein C, Helfrich MH, Crockett JC, et al. The skeleton: a multifunctional complex organ: the role of key signalling
pathways in osteoclast differentiation and in bone resorption. J Endocrinol. 2011;211:131-43
Supervivencia de
los Osteoclastos
• Factor clave de la supervivencia de los
osteoclastos es el balance entre RANKL y OPG
• Disminución del RANKL – e incremento de
OPG promueve la apoptosis de los
osteoclastos
• Otros factores involucrados:
• Hipoxia prolongada
• Acidosis severa
• Altas concentraciones de ATP
Sapir-Koren R, Livshits G, et al. Bone mineralization and Regulation of Phosphate Homeostasis.
IBMS, bone Key.2011;286-300
GRACIAS
Top Related