1

Azioni degli ormoniComunicazione intercellulare

2

Jaipur, India

3

Ormoni

Sostanze presenti nel sangue a concentrazioni molto basse (10 -15-10-9 M), ma generano profonde alterazioni intracellulari

Classificazione funzionale:

• Endocrino: origina in una ghiandola e agisce su una cellula-bersaglio distante

• Paracrino: origina in una ghiandola e agisce su una cellula-bersaglio contigua

• Autocrino: agisce sulla stessa ghiandola nella quale origina

• Feromone: trasmesso tra cellule di organismi differenti

Agiscono attraverso recettori e secondi messaggeri

Interazioni ormone-recettore analoghe a substrato-enzima:

• Saturabili

• Michaelis-Menten

• Altissima affinità (KD=10-6-10-9 M)

• Specificità alta ma non assoluta

• Inibibili

4

Inibitori

Agonisti: analoghi dell’ormone, imitano l’attività biologica

• Isoproterenolo (farmaco per asma), imita catecolamine, favorisce il rilascio dei muscoli bronchiali

Antagonisti: analoghi dell’ormone, bloccano l’attività biologica

• Propranololo (farmaco per cardiopatie), blocca recettori adrenergici nei vasi sanguigni

5

Trasduzione del segnale nel 1967 d.C. (Sutherland)

ATP

cAMP

Adenilato ciclasi Glicogeno

Glucosio

Glicogeno fosforilasi

Glucosio

Adrenalina

Earl W. Sutherland, Jr.Vanderbilt UniversityNashville, TN, USA Premio Nobel 1971

6

Recettori ormonali

Per ormoni steroidei

Per ormoni tiroidei

Per ormoni non-steroidei e non-tiroidei

7

Trasduzione del segnaleper ormoni non-steroidei e non-tiroidei

Ormone1° messaggero

EFFETTI

Recettore Trasduttore Effettore

2° messaggero

Proteina G

Alfred G. GilmanUniversity of TexasSouthwestern Medical Center Dallas, TX, USA

Martin RodbellNational Institute of Environmental Health SciencesResearch Triangle Park, NC, USA

Premio Nobel 1994

8

Recettore 2-adrenergicoClassico recettore associato a Proteina G

Attivato da adrenalina

7 segmenti transmembrana

9

Recettori (7 segmenti transmembrana)• 1

> Cuore, aumenta frequenza e forza di contrazione

> Adipociti, aumenta lipolisi

> Intestino, diminuisce motilità

• 2

> Polmone, rilascio della muscolatura

> Fegato, aumenta glicogenolisi

> Intestino, diminuisce motilità

Tirosin-chinasi – 1> Virus del sarcoma aviario, oncogene

> Epidermide, fattore di crescita

> Ubiquitario, recettore per insulina

> Piastrine, fattore di crescita

Guanilato ciclasi - 1> Atrio cardiaco, omeostasi dei liquidi

corporei

> Endotelio, recettore per NO

• 1

> Iride dell'occhio, contrazione

> Intestino, diminuisce motilità

> Ghiandole salivari, secrezione di acqua e di potassio

• 2

> Cellule pancreatiche B, diminuisce secrezione

> Piastrine, causa aggregazione

> Cellule adipose, diminuisce della lipolisi

> Stomaco, diminuisce motilità

• ?

> Arteriole, costrizione

> Sfintere della vescica, contrazione

> Organi sessuali maschili, eiaculazione

10

Proteina G (GTP-binding protein)

Proteina G = + + : unità catalitica

• -GDP, inattiva

• -GTP, attiva

• s, stimola l’effettore

• i, inibisce l’effettore

• >20 isoforme

: ancoraggio alla membrana

• >6 isoforme

: alta affinità per subunità , affinità variabile per subunità

• >4 isoforme

Molte proteine G diverse, grande flessibilità di risposta

GTP GDP

Complesso ormone-recettore

GTP

ATTIVO

GDP

Pi

GTPasi

INATTIVO

GDP

INATTIVO

Effettore

Stimola o inibisce

11

Proteine G

12

Meccanismo dei recettori adrenergici mediato dalla proteina G

13

Secondi messaggeri

14

Rajasthan, cottura del riso

15

cAMPSistema -adrenergico - proteina Gs

Meccanismo analogo per GTP cGMP GMP

16

Protein kinasi Aattivata da cAMP

Target: residui Ser e Thr di altre proteine (fosforilazione)

AUMENTA l’attività di alcuni enzimi

• Glicogeno fosforilasi, citrato liasi, fosforilasi b chinasi, HMG-CoA reduttasi chinasi e altri...

DIMINUISCE l’attività di altri enzimi

• Acetil-CoA carbossilasi, glicogeno sintasi, piruvato deidrogenasi, HMG-CoA reduttasi e altri...

17

Fosfodiesterasi (PDE)termina il segnale di cAMP

cAMP 5’-AMP

Target di interventi farmacologici

• Metilxantine

• Teofilline

• Milrinone (cardiotonico)

• Attivazione delle piastrine, tono dei muscoli lisci (broncodilatatori, vasorilassanti etc), contrazione cardiaca

Target di Ca++-CaM (calmodulina)

• Ca++ agisce tramite il complesso Ca++-CaM

• Targets:

> Molte protein kinasi

> PDE

18

Fosfatidil inositolo difosfato (PIP2)

19

Idrolisi di PIP2

IP3 reticolo endoplasmicoMobilizzazione di Ca++

DAG, Attiva protein kinasi C

20

Sistema fosfolipasi C e fosfatidil inositoloPIP2 DAG + IP3

DAG: protein kinasi C mitosi crescita

IP3: rilascio Ca++ da vescicole

Li+ (farmaco per depressione nervosa)

IP3 + ATP IP4 + ADP risposte prolungate (memoria?)

21

Fosfolipasi - idrolizzano fosfogliceridi generando lipidi come secondi messaggeri

Fosfolipasi A2 acido arachidonico (20C, 4 doppi legami)

• Mediatore dell’infiammazione

• Precursore degli eicosanoidi (prostaglandine, prostacicline, trombossani e leucotrieni)

22

Prostaglandine

Derivano da acido arachidonico via cicloossigenasi (COX)

• COX1 costitutivo, inibito da antiinfiammatori steroidei (cortisone)

• COX2 in risposta a mediatori dell’infiammazione (citochine), inibito da antiinfiammatori non-steroidei (aspirina e ibuprofen)

Agiscono come ormoni (via proteina G)

• Inattivate nei polmoni

• Precursori dei trombossani (coagulazione)

• Infiammazione (artrite reumatoide), sensazione di dolore e apparato riproduttivo

• Inibiscono secrezione gastrica (ulcera)

23

Leucotrieni

Derivano da acido arachidonico via lipoossigenasi (LOX)

• Deficit di LOX in disordini mieloproliferativi ( trombossano), immunologici e coagulativi

• 3 tipi di acido monoidroperossieicosatetraenoico (HPETE)

• Leucotrieni (LTA4)

> T1/2=4h

> Responsabili di reazioni anafilattiche: contrazione protratta dei muscoli lisci (trachea e del tratto GI) e aumento della permeabilità capillare

24

Secondi messaggeri

25

Ormone steroideoOrmone tiroideo

Recettore dell’ormone steroideo

Recettore dell’ormone tiroideo

DNANucleo

Trasduzione del segnale per ormoni steroidei e tiroidei

Lipofilici, attraversano la membrana e legano recettori intracellulari (fattori di trascrizione)Il complesso ormone-recettore lega una regione del DNA e ne modifica l’espressione

26

Meccanismi specifici

27

Khajuraho: the feast of love

28

(ng)

(g)

(mg)

Cascate ormonali

Stimoli iniziali neuro-sensoriali

Anelli di retroazione negativa (feedback)

29

Ormoni ipofisari e ipotalamici

Ipotalamo

Ipofisi posteriore(neuroipofisi)

Ipofisi anteriore (adenoipofisi)

Ormoni di rilascio Ormoni di rilascio

Altre ghiandole endocrineMetabolismo5 assi endocrine

Ormoni di rilascio

Bilancio idricoProduzione latte

Vasopressina (ADH), ossitocina

Ormoni di rilascio

Impulso nervoso

30

Biosintesi ormoni ipotalamici e ipofisari

Come tutti gli ormoni polipeptidici:

Sintetizzati in forma “pre-pro” (pre-pro-vasopressina, pre-pro-ossitocina…)

La catena polipeptidica nella forma pre-pro contiene:

• una sequenza segnale, per esportare la proteina fuori dalla cellula

• una o più sequenze rimosse durante la maturazione

NH2- -COOH

NH2- -COOH

Pre-pro-vasopressina

Vasopressina

Peptide segnale

Neurofisina I

Maturazione

NH2- -COOH

NH2- -COOH

Pre-pro-ossitocina

Ossitocina

Peptide segnale

Neurofisina II

Maturazione

31

Pre-pro-opiomelanocortina8 ormoni codificati da un solo gene (wowww!!)

32

Asse ipotalamo-ipofisi-tiroide

Ipotalamo Ormone di rilascio della tirotropina (TRH)• Fosfolipasi C e Ca++

Ipofisi anteriore Ormone di stimolazione della tiroide (TSH)• cAMP, PKA

Tiroide triiodiotironina (T3) e tiroxina (T4) • T4>>T3

• T4 inattivo, T3 attivo

• Attività di ormoni tiroidei sotto controllo di deiodinasi (tiroide e tessuti target): T4 T3

Targets: Gran numero (tutti?) di tessutiFunzioni esplicate:• Accelerazione del metabolismo basale e termogenesi

• Induzione o repressione di determinati geni

• Modulazione dei processi di sviluppo:> Girino rana

> HbF HbA

33

Iodio + tirosina MIT o DIT

34

MIT + DIT T3 DIT + DIT T4 (tiroxina)

35

Tiroide

Tireoglobulina

36

Patologie degli ormoni tiroidei

Ipotiroidismo (disfunzione ipotalamica, presenza di Ab-anti TSH, asportazione della tiroide):

• Sintomi spesso elusivi (aumento di peso, stanchezza)

• Diminuzione del metabolismo basale (bradicardia, sonnolenza, sensazione di freddo…)

• Nanismo

• Cretinismo (gravi difetti multipli congeniti, ritardo mentale)

Ipertiroidismo (eccessiva produzione di TSH, deficit di I2 o dei sistemi di trasporto di I2):

• Aumento in volume della tiroide (gozzo)

• Tachicardia, ipertensione, sudorazione, sensibilità a caldo

37

Asse ipotalamo-ipofisi-surrenali

Ipotalamo Ormone di rilascio della corticotropina (CRH) e vasopressina (ADH)• cAMP

Ipofisi anteriore Ormone adrenocorticotrofico (ACTH)• cAMP

• Da pro-opiomelanocortina

• Implicato in bioritmi (max 5 AM)

• T1/2=10 min

• Agisce tramite cAMP come 2° messaggero

Surrenali cortisolo e ormoni steroidei

38

Ormoni della corteccia surrenalica

Glucocorticoidi

• Steroidi a 21C

• Stimolatori della gluconeogenesi

• Adattamento dell’organismo allo stress

• Antiinfiammatori

Mineralocorticoidi

• Steroidi a 21C

• Ritenzione di Na+ e escrezione di K+

Androgeni

• Differenziazione sessuale ed oncogenesi

Tutti gli ormoni steroidei derivano da ciclopentanoperidrofenantrene (17C e 4 anelli)

18

19

20

21

39

Sintesi degli ormoni steroidei

ACTH: ormone adreno corticotrofico

PK: protein chinasi

STAR: Steroido-genesis acute regulator

Convertito a pregnenolone da citocromo P450

40

Colesterolo Ormoni steroidei

41

Estrogeni, 18C

Androgeni,19CGlucocorticoidi, 21C

Mineralocorticoidi, 21C

Biosintesi degli ormoni steroidei

Colesterolo

Pregnenolone

Progesterone

11-deossi corticosterone

Corticosterone

Aldosterone

Estradiolo

17-OH pregnenolone

17-OH progesterone

11-deossi cortisolo

Cortisolo

deidroepiandrosterone

Androstenedione

Testosterone

42

Secrezione degli ormoni steroidei

Non immagazzinabili, liberati nel plasma appena sintetizzati

Liposolubili, richiedono proteine di trasporto:

• Glucocorticoidi: -globulina (la sua presenza determina la permanenza in circolo)

• Mineralocorticoidi: albumina (rapidamente eliminati)

• Androgeni: captati da gonadi e trasformati in altri ormoni sessuali

Il livello di ormone circolante è determinato da

• Velocità di sintesi

• Presenza della proteina di trasporto

Semivita nel plasma più lunga degli ormoni non-steroidei e non-tiroidei (non hanno proteine di trasporto)

43

Glucocorticoidi e cortisolo

Sotto controllo di ACTH• Ritmo diurno (10x la mattina vs la sera)

• Proteina di trasporto: Cortisol binding protein (CBG)

• T1/2=100 min

EFFETTI:• Aumento di gluconeogenesi, glicogeno, lipolisi, biosintesi

proteica (come glucagone, ma più lento)> Può causare diabete

• Soppressione di risposta immunitaria ed infiammatoria (specialmente cortisone)

PATOLOGIE PRINCIPALI• Morbo di Addison: insufficienza surrenalica ipoglicemia,

intolleranza a stress, debolezza, ipotensione

• Sindrome di Cushing: eccesso di glucorticoidi (somministrazione farmacologica o adenoma delle surrenali) iperglicemia, catabolismo delle proteine, perdita di massa corporea

44

Mineralocorticoidi

Sotto controllo del sistema renina-angiotensina

• Stimolato da ipotensione, dieta priva di sali

• Inibito da ipertensione, dieta ricca di sali

EFFETTI:

• Stimolazione del trasporto attivo di Na+ nel rene

PATOLOGIE:

• Sindrome di Conn (aldosteronismo primario) ipertensione, basso K+, alto Na+

45

Asse ipotalamo-ipofisi-gonadi

Ipotalamo Ormone di rilascio della gonadotropina (GnRH) • Ca++, PIP2 e PKC

Ipofisi anteriore Ormone follicolo stimolante (FSH), ormone luteinizzante (LH)

Testicoli: Secrezione di testosterone (via proteina G)• Proteina di trasporto specifica spermatogenia

• Tessuto muscolare: sintesi proteica anabolismo

Ovaie:• Secrezione di estradiolo maturazione del follicolo

• In concerto con progesterone: ciclo mestruale

• In concerto con insulin-like growth factor I (IGF-I): crescita e maturazione dei caratteri secondari femminili

• Turnover dell’osso (osteoporosi senile)

46

Asse dell’ormone della crescita (GH)

Ipotalamo Ormone di rilascio di GH (GHRH)• cAMP, Ca++-CaM

• Inibito da somatostatina

Ipofisi anteriore GH• Proteina di trasporto specifica

• Rilascio in picchi ogni 3-4 h (specie durante il sonno)

Fegato• Stimolazione di lipolisi, induce resistenza all’insulina

• Produzione di insulin-like growth factor (IGF-I)> Proteina di trasporto specifica

> Marker dell’attività di GH

Tessuti• Stimolazione dell’utilizzo di acidi grassi con risparmio di glucosio

• Stimolazione dell’utilizzo di aminoacidi con sintesi proteica

Patologie:• GH (ipopituitarismo): difetti di crescita

• GH (tumore dell’ipofisi): gigantismo, acromegalia

47

Asse della prolattina

Neuroni dopamina (controllo negativo)• cAMP, Ca++-CaM

• Inibito da somatostatina

Ipofisi anteriore prolattinaGhiandola mammaria: secrezione di lattoalbuminaPatologie:• prolattina (tumore dell’ipofisi o deficit di dopamina): irregolarità

mestruale nelle donne, iperplasia prostatica negli uomini

48

Catecolamine: Ormoni della midollare surrenalemediano l’adattamento allo stress

Tyr: precursore (anche Phe)

• Tyr idrossilasi: Reazione limitante

DOPA, diidrossifenilalanina (carente in Parkinson)

• Passa la barriera emato-encefalica e funge da farmaco

Dopammina: non passa la barriera emato-encefalica

• In caso di deficit: DOPA

• In caso di eccesso: metil-DOPA

Adrenalina e noradrenalina

• Accumulo nei granuli cromaffini

• Rilasciati con stimolazione -adrenergica

• Metabolizzati rapidamente nel plasma

> catecolo metiltransferasi (COMT) e monoamina ossidasi (MAO)

> Inibitori di COMT e MAO: eccitatori nervosi

49

Fegato

Aumenta il glucosio ematico

Diminuisce il glucosio ematico

Glicolisi Gluconeogenesi

InsulinaGlucagone

Glicolisi Gluconeogenesi

Pancreas

Cellule Cellule

Ormoni pancreatici: insulina, glucagone e somatostatina

Glucosio Glicogeno

Glucosio Glicogeno

50

Maturazione di insulina

+ peptide C

51

Insulina

Cellule delle isole di Langerhans

• Agonisti -adrenergici inibiscono

• Agonisti -adrenergici e i derivati della sulfonilurea (tolbutammide) stimolano

Fortemente conservata: insulina bovina e suina usabili nell’uomo

Pro-insulina dà reazioni crociate con insulina

Livello di peptide C discrimina insulina eso- ed endogena

Reticoloendoplasmico

Pre-pro-insulina

Apparato di Golgi

Pro-insulina

Insulina + C

Circolazione

Pro-insulina

Insulina + C 95%

5%

52

Recettore per insulina

Risposte metaboliche veloci (tendenti a diminuire la glicemia)

• Aumento del trasporto di glucosio con GLUT-4

• Aumento di glicolisi

• Inibizione di gluconeogenesi

• Inibizione di lipolisi

Risposte lente o a lungo termine

• Aumento della sintesi proteica

• Stimolazione della replicazione cellulare

53

Altri effetti di insulina

Nel 2001, insulina alterava:

L’attività di >50 proteine attraverso modificazioni covalenti

L’espressione di >100 mRNA

Principale responsabile del diabete

• Insulino-dipendente (10%, o giovanile, bassa secrezione di insulina)

• Non-insulino-dipendente (90% o dell’età adulta, bassa espressione del recettore)

Resistenza all’insulina: bassa espressione, degradazione o internalizzazione del recettore, causa obesità

54

Altri effetti (!!!) di insulina

55

Altri enzimi pancreatici

Glucagone

Antagonista di insulina

• Stimola gluconeogenesi e lipolisi

• Rallenta glicolisi

Cellule delle isole di Langerhans

Secreto come pro-glucagone

Agisce tramite recettori e cAMP

Inattivato nel fegato

• Breve T1/2

Somatostatina

Cellule delle isole di Langerhans

Inibisce la secrezione di insulina e glucagone

Diminuisce la secrezione di gastrina

• Prolunga il tempo di svuotamento gastrico

• Rallenta l’assorbimento intestinale degli zuccheri

• Riduce il passaggio dei nutrienti in circolo

56

IL CALCIO

57

Rajasthan: cambio delle monete

58

Calcio

1 kg/70 kg peso corporeo

• 98% nelle ossa come idrossiapatite (Ca++)3(PO4

3-)2

• 1% nel liquido interstiziale

• 1% nel plasma

Ca++, libero e ionizzato, nel plasma è 45% del totale (1.1-1.3 mM)

Calcio complessato con Pi (5%), citrato (5%), HCO3

- e albumina (45%)

• Ca++ e PO4--- nel plasma presenti

ad una concentrazione vicina al prodotto di solubilità (fosfato di calcio è insolubile)

• Quando forma complessi con fosfato e albumina, [Ca++] diminuisce e la precipitazione di fosfato di calcio è inibita

59

Inte

sti

no

Liquido extracellulare

22 mmoli

Plasma9 mmoli

Ossa25 000 mmoli

Rene

Dieta25

Filtrazione 240

Riassorbimento 234

Urine 6

Feci19

Assorbimento 6 Scambio 500

Formazione 7.5

Dissoluzione 7.5

Distribusione e flussi del calcio millimoli/24 h

Inte

sti

no

60

Controllo del calcio

Assunzione giornaliera consigliata (RDA): 800 mg/die, +400 mg/die in gravidanza, allattamento, età senile, dipende da:

> Età

> Esercizio fisico

> Esposizione alla luce diurna (sulle Ande, RDA=300-400 mg/die)

> Ipertensione

Scarsa tolleranza alle deviazioni di [Ca++]:

• Ipocalciemia: ipereccitabilità, convulsioni tetaniche

• Ipercalciemia: paralisi muscolare, coma

Ormoni di controllo di [Ca++]:

• Ormone paratiroideo (PTH)

• Calcitonina (Ct)

• Vitamina D

61

Effetto di PTH, Ct e Vit.D In

tes

tin

o

Liquido extracellulare

22 mmoli

Plasma9 mmoli

Ossa25 000 mmoli

Rene

Inte

sti

no

PTHP

TH

Ct

Vit.D

62

Ormone paratiroideo (PTH) e calcitonina (Ct)

Polipeptide (84 aa)

• Sintetizzato in paratiroidi

• T1/2: minuti

• Preproormone proormone forma attiva

Secrezione stimolata da basso [Ca++] plasmatico

• Favorisce la dissoluzione di Ca+

+ nelle ossa

• Favorisce escrezione di fosfati dal rene

• Aumenta [Ca++] plasmatico

Iperparatiroidismo: perdita di Ca++ osseo, formazione di calcoli renali

Ipoparatiroidismo: bassi livelli di Ca++ plasmatico, irritabilità neuromuscolare, tetania

Polipeptide (32 aminoacidi)

• Sintetizzato in paratiroidi e tiroidi

• Isolato dal salmone

Secrezione stimolata da alto [Ca++] plasmatico

• Favorisce il riassorbimento di Ca++ nelle ossa

• Diminuisce [Ca++] plasmatico

Mancanza di Ct: demineralizzazione delle ossa

63

Vitamina D3 (colecalciferolo o calcitriolo)

Steroide derivato da 7-deidrocolesterolo: prodotti ittici, caseari, alimenti fortificati con ergocalciferolo (D2)

Convertito nella pelle per azione dei raggi solari UV (apertura del 2° anello del 7-deidrocolesterolo)

64

Idrossilazione di D3

Fegato:

• D3 25(OH)D (citocromo P450)

Rene

• Se [Ca++] basso o PTH alto: 25(OH)D 1,25(OH)2D (attivo)

• Se [Ca++] alto: 25(OH)D 24,25(OH)2D (inattivo)

65

Azione di vitamina D, 1,25 (OH)2D3

Recettore nucleare, vit.D+recettore DNA

Aumenta la sintesi di Ca++-binding protein, che favorisce l’assorbimento intestinale di calcio

66

Controllo dell’omeostasi di Ca++

Intestino

ReneOssa

Plasma

+ PTH+ Vitamina D

+ PTH

+ Ct

+ PTH

Pi- Ct

67

Effetti di iper- e ipo-calciemia, e di avitaminosi D

68

Il rimodellamento osseo

69

Il Tempio d’oro di Amritsar prima della rivolta dei Sikh

70

Omeostasi del tessuto osseo

Caratterizzato da processi simultanei di crescita e demineralizzazione. L'equilibrio fra i due processi è responsabile del rimodellamento osseo:

• Forme caratteristiche in funzione delle richieste meccaniche: maggiori le richieste, più spesso l'osso

• Riparazione delle lesioni

• Creazione di rete nutritiva di capillari all’interno

Tessuto vivente che richiede energia. La crescita della rete capillare (angiogenesi) è necessaria per fornire energia (substrati ossidabili e ossigeno)

71

Osteoblasti Cellule specializzate per la crescita ossea

Originano dai fibroblasti del connettivo

• Network di collagene tipo I (cartilagine) nel quale sono immersi

Differenziamento e attivazione

• Cellula cuboide o fusiforme con 15-20 m diametro

• Strato di cellule aderenti alla superficie (fronte di mineralizzazione)

> Le porzioni non ricoperte sono soggette a demineralizzazione

• Risponde a stimoli ormonali e a fattori chimici e fisici (pressione)

• T1/2: giorni-settimane

72

Azione degli osteoblasti Estrazione di Ca++ e Pi dal sangue

Ca++: 10-3 M nella matrice extracellulare, <10-7 M nel citoplasma, entra secondo gradiente

Nel citoplasma, Ca++ depositato nel mitocondrio o destinato alla formazione di cristalli

In presenza di Pi, Ca++ forma cristalli di fosfato di calcio

73

Vescicole contenenti matrice extracellulare (EMV)Deposito intracellulare di fosfato di calcio

Meccanismi che portano all'accumulo di Ca++

• Fosfolipidi acidi nelle membrane legano Ca++ con legami elettrostatici

• Ca-ATPasi pompa Ca++ all'interno di EMV

• Calpactin (proteina che lega il calcio) all'interno di EMV diminuisce il gradiente ionico contro il quale Ca++ deve entrare

Meccanismo che porta all'accumulo di fosfato

• Fosfatasi alcalina idrolizza i composti organici fosforilati del citoplasma e rilascia Pi all'interno di EMV

74

Formazione dei cristalli

Aumento di Ca++ e Pi all'interno di EMV fino a raggiungere la concentrazione critica al di là della quale si formano i cristalli di fosfato di calcio (1.4x10-3 M Ca++ e 1.9x10-3 M Pi)

Formazione di nuclei di precipitazione e centri di nucleazione

75

Rilascio dei cristalli

In seguito alla fusione di più EMV, queste divengono progressivamente più grandi e rilasciano il loro contenuto all'esterno dell'osteoblasta

I cristalli di fosfato di calcio si appongono sui cristalli di idrossiapatite presenti sul fronte di mineralizzazione

La crescita ossea avviene per apposizione di nuovi cristalli sul fronte di mineralizzazione

76

La crescita ossea

77

Osteoclasti, cellule specializzate per la demineralizzazione del tessuto osseo

Antagonisti degli osteoblasti, inibiti da calcitonina

Rispondono a PTH

• Produzione di vescicole acide e enzimi idrolitici

In stato inattivo, sono cellule mononucleate che formano uno strato che ricopre gli osteoblasti

T1/2: ore-giorni

78

PTH

Stimola il riassorbimento del citoplasma, che induce la cellula ad assumere una forma più sferica

Stimola il rilascio di catepsina B (attività collagenasica) e favorisce l'idrolisi dell'osso

Anche la retrazione degli osteoblasti, esponendo porzioni di superficie ossea alla matrice extracellulare, induce cambiamenti negli osteoclasti

79

Cambiamenti conformazionali degli osteoclasti

Fusione di più cellule con formazione di grandi cellule multinucleate (fino a 20 nuclei)

Formazione di villi irregolari in contatto con la matrice ossea e membrane con orletto a spazzola

Aumento della presenza di lisosomi, vescicole e vacuoli fagocitici, mitocondri

80

Attivazione degli osteoclasti

Gli osteoclasti riconoscono le porzioni ossee esposte come elementi fagocitabili ed attivano vari processi:

• Rilascio di citochine, che attivano catepsina B (attività collagenasica) e le idrolasi lisosomiali (che degradano le glicoproteine e i mucopolisaccaridi)

• Rilascio di vescicole con acido citrico e H+, che creano microambienti acidi che favoriscono la dissoluzione dell'idrossiapatite

81

Demineralizzazione

82

Fattori di controllo del rimodellamento osseo

Favoriscono la crescita

• pH alcalino negli EMV

• Osteonectina e trombospondina

• Glicosaminoglicani

• Tissue Growth Factor (TGF)

• Platelet-derived Growth Factor (PDGF) stimola il collageno

• Insulin-like Growth Factor (IGF) in risposta a estrogeni e androgeni

• Fibroblast Growth Factor (FGF) fattore angiogenico

• Pressione, abilita l'osso a rispondere a necessità specifiche modificando la propria struttura

Favoriscono il riassorbimento

• Tissue Growth Factor (TGF)

• Prostaglandine (PGE2) e interleuchina-1

• Interferone, attività sinergica a citochine

83

Patologie

Osteoporosi

• Perdita di materiale osseo con mantenimento della composizione normale

• Colpisce prevalentemente le donne postmenopausa

• Terapia: assunzione di Ca++ nella dieta, somministrazione di Na-fluoruro (forma complessi più stabili nell’osso, ma é tossico a lungo termine)

Osteomalacia (adulto) e rachitismo (infanti)

• Perdita di materiale osseo con modificazione della composizione normale

• Patologie degenerative causate da ipovitaminosi D