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Osteoklast en von altgriechisch ὀστέον ostéon deutsch Knochen und κλᾰστός klastós deutsch zerbrochen Singular der sind m

Osteoklast

Osteoklasten (von altgriechisch ὀστέον ostéon, deutsch ‚Knochen‘ und κλᾰστός klastós, deutsch ‚zerbrochen‘; Singular: der Osteoklast) sind mehrkernige Zellen, die durch Fusion von einkernigen Vorläuferzellen aus dem Knochenmark entstehen. Sie gehören zum mononukleär-phagozytären System (MPS). Ihre Hauptaufgabe ist die Resorption von Knochengewebe.

Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme (TEM) eines Osteoklasten in der Bildmitte. Die Mehrkernigkeit dieses knochenabbauenden Zelltyps ist gut sichtbar.

Erstmals beobachtet wurden Osteoklasten von John Howship im ersten Viertel des 19. Jahrhunderts. Ihre Bedeutung erkannte 1873 Albert von Koelliker.

Osteoklasten entwickeln sich aus hämatopoetischen Stammzellen des Knochenmarkes. Sie zeigen teilweise Eigenschaften von zirkulierenden Monozyten und Gewebs-Makrophagen.

Regulation Bearbeiten

Folgende Faktoren können die Formation von Osteoklasten anregen und wirken somit knochenresorptiv:

Folgende Faktoren können die Funktion von Osteoklasten hemmen und wirken somit antiresorptiv:

Diese Faktoren führen zu einer Aktivierung des PU.1-Transkriptionsfaktors, der die Umwandlung von Makrophagen in Osteoklasten verstärkt. Osteoklasten werden außerdem über den RANK-Liganden (RANKL) aktiviert. Osteoprotegerin (OPG) ist ein Protein, das die Osteoklastendifferenzierung hemmt, indem es die RANK-Liganden bindet. Diese Liganden können ihrerseits nun nicht mehr an das RANK der Makrophagen binden und sie daher auch nicht mehr zur Differenzierung zu Osteoklasten anregen. Auf diese Weise verhindert Osteoprotegerin den Abbau von Knochen.

Hormonell wird die Osteoklastenaktivität von Parathormon (Aktivierung, Calciumfreisetzung) und Calcitonin (Inaktivierung, Calciumspeicherung) gesteuert, der Knochen wird also als Zwischenspeicher von Calcium zur Regulation der Calciumhomöostase genutzt. Dabei ist jedoch anzumerken, dass der Osteoklast selbst keine Rezeptoren für das Parathormon besitzt, sondern die Aktivierung sekundär über die Osteoblasten (RANKL) erfolgt, welche diesen Rezeptor besitzen. Für Calcitonin besitzt der Osteoklast jedoch Rezeptoren, wodurch eine direkte Hemmung der Aktivität möglich ist.

Die Resorption von Knochen ist meist eng mit einer nachfolgenden Neusynthese durch Osteoblasten verknüpft. Dieser als Knochengeweberemodellierung bekannte Prozess dient der Anpassung an Belastungen und dem Vorbeugen von Materialermüdungen.

Histologie Bearbeiten

Osteoklasten sind große Zellen mit einem Durchmesser von 50 bis 100 µm, die bis zu 10 Zellkerne enthalten können. Sie finden sich an der Knochenoberfläche in den Resorptionslakunen (Howship-Lakunen). Genauso wie die eng mit ihnen verwandten Makrophagen sind sie in der Lage, sich amöboid fortzubewegen.

Der apikale Pol eines Osteoklasten ist dem Knochen zugewandt. Hier lassen sich verschiedene Bereiche unterscheiden:

  • Zentral findet sich eine helle, streifige und vesikelreiche Zone, in der die Zellmembran in Form eines Bürstensaums stark gefaltet ist. Sie wird als ruffled border bezeichnet und ist der eigentliche Ort der Knochenresorption. Lichtmikroskopisch stellt sie sich hell-gestreift dar.
  • In der Peripherie zeigt sich lichtmikroskopisch eine intensive Anfärbung. Dort haftet der Osteoklast mit seinem Adhäsionsapparat (Integrine) an der Knochensubstanz. Der Adhäsionsapparat besteht zumeist aus so genannten Podosomen. Es besteht ein sehr enger Kontakt zwischen Osteoklast und Knochen, mit einem Abstand von nur 0,3–0,5 nm. Man nennt diesen Bereich deshalb auch sealing zone.
  • Das Zytoplasma, das die sealing zone umgibt, wird als clear zone bezeichnet, da es fast keine Zellorganellen aufweist. Dafür findet sich hier eine große Menge kontraktiler Proteine.

Physiologie Bearbeiten

Im Zwischenraum von Osteoklast und Knochensubstanz herrscht ein deutlich erniedrigter pH-Wert (ca. 4,5), der durch aktiven Protonentransport aufrechterhalten wird und dem Abbau der mineralisierten Matrixkomponenten dient. Daneben geben Osteoklasten proteolytische Enzyme ab, die die kollagene Knochenmatrix auflösen. Die dabei freigesetzten Kollagenfragmente werden phagozytiert. Dabei entstehen die Howship-Lakunen, die man auch als „Fressspur“ der Osteoklasten bezeichnen kann. Ihre Kapazität ist beachtlich: Ein Osteoklast kann die gleiche Menge Knochen abbauen, die 100 Osteoblasten in dieser Zeit aufbauen.

Krankheiten Bearbeiten

Verminderte Osteoklastentätigkeit Bearbeiten

Vermehrte Osteoklastentätigkeit Bearbeiten

Eine vermehrte Osteoklastentätigkeit findet sich bei folgenden Krankheiten

Siehe auch Bearbeiten

Literatur Bearbeiten

  • T. Bellido u. a.: Regulation of interleukin-6, osteoclastogenesis, and bone mass by androgens. The role of the androgen receptor. In: J Clin. Invest. 95, 1995, S. 2886–2895.
  • G. Girasole, R. L. Jilka, G. Passeri, S. Boswell, G. Boder, D. C. Williams, S. C. Manolanas: 17-Estradiol inhibits interleukin-6 production by bone marrow derived stromal cells and osteoblasts in vitro: A potential mechanism for the anti-osteoporotic effect of estrogens. In: J. Clin. Invest. 89, 1992, S. 883–891.
  • G. Hattersley, J. A. Kirby, T. J. Chambers: Identification of osteoclast precursors in multilineage hematopoietic colonies. In: Endocrinology. 128, 1991, S. 259–262.
  • R. L. Jilka u. a.: Increased osteoclast development after estrogen loss: Mediation by interleukin-6. In: Science. 257, 1992, S. 88–91.
  • N. Kurihara, C. Chenu, M. Miller, C. Civin, G. D. Roodman: Identification of committed mononuclear precursors for osteoclast-like cells in long term human marrow cultures. In: Endocrinology. 126, 1990, S. 2733–2741.
  • K. Matsuzaki u. a.: Osteoclast differentiation factor (ODF) induces osteoclast-like cell formation in human peripheral blood mononuclear cell cultures. In: Biochem Biophys Res Commun. 246, 1998, S. 199–204.
  • N. K. Shevde, A. C. Bendixen, K. M. Dienger, J. W. Pike: Estrogens suppress RANK ligand-induced osteoclast differentiation via a stromal cell independent mechanism involving c-Jun repression. In: Proc Natl Acad Sci USA. 97, 2000, S. 7829–7834.
  • M. M. Tondravi, S. R. McKercher, K. Anderson, J. M. Erdmann, M. Quiroz, R. Maki, S. L. Teitelbaum: Osteopetrosis in mice lacking haematopoietic transcription factor PU.1. In: Nature. 386, 1997, S. 81–84.
  • K. Tsukii u. a.: Osteoclast differentiation factor mediates an essential signal for bone resorption induced by 1 alpha,25-dihydroxyvitamin D3, prostaglandin E2, or parathyroid hormone in the microenvironment of bone. In: Biochem Biophys Res Commun. 246, 1998, S. 337–341.

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Hermann Ecke, Uwe Stöhr, Klaus Krämer: Unfallchirurgie. In: Franz Xaver Sailer, Friedrich Wilhelm Gierhake (Hrsg.): Chirurgie historisch gesehen. Anfang – Entwicklung – Differenzierung. Mit einem Geleitwort von Rudolf Nissen. Dustri-Verlag Dr. Karl Feistle, Deisenhofen bei München 1973, ISBN 3-87185-021-7, S. 204–216, hier: S. 211.
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Veröffentlichungsdatum:
Osteoklasten von altgriechisch ὀsteon osteon deutsch Knochen und klᾰstos klastos deutsch zerbrochen Singular der Osteoklast sind mehrkernige Zellen die durch Fusion von einkernigen Vorlauferzellen aus dem Knochenmark entstehen Sie gehoren zum mononuklear phagozytaren System MPS Ihre Hauptaufgabe ist die Resorption von Knochengewebe Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme TEM eines Osteoklasten in der Bildmitte Die Mehrkernigkeit dieses knochenabbauenden Zelltyps ist gut sichtbar Erstmals beobachtet wurden Osteoklasten von John Howship im ersten Viertel des 19 Jahrhunderts Ihre Bedeutung erkannte 1873 Albert von Koelliker 1 Osteoklasten entwickeln sich aus hamatopoetischen Stammzellen des Knochenmarkes Sie zeigen teilweise Eigenschaften von zirkulierenden Monozyten und Gewebs Makrophagen Inhaltsverzeichnis 1 Regulation 2 Histologie 3 Physiologie 4 Krankheiten 4 1 Verminderte Osteoklastentatigkeit 4 2 Vermehrte Osteoklastentatigkeit 4 2 1 Siehe auch 5 Literatur 6 Weblinks 7 EinzelnachweiseRegulation Bearbeiten Hauptartikel Regulation im Artikel Knochenumbau Folgende Faktoren konnen die Formation von Osteoklasten anregen und wirken somit knochenresorptiv Dexamethason 1 25 OH 2VitD3 Parathormon Parathormon related Protein PTHrP Peroxisom Proliferator aktivierter Rezeptor g PPARg Prostaglandin E2 Triiodthyronin T3 verschiedene ZytokineFolgende Faktoren konnen die Funktion von Osteoklasten hemmen und wirken somit antiresorptiv Bisphosphonate Calcitonin Nitroglycerin EstrogeneDiese Faktoren fuhren zu einer Aktivierung des PU 1 Transkriptionsfaktors der die Umwandlung von Makrophagen in Osteoklasten verstarkt Osteoklasten werden ausserdem uber den RANK Liganden RANKL aktiviert Osteoprotegerin OPG ist ein Protein das die Osteoklastendifferenzierung hemmt indem es die RANK Liganden bindet Diese Liganden konnen ihrerseits nun nicht mehr an das RANK der Makrophagen binden und sie daher auch nicht mehr zur Differenzierung zu Osteoklasten anregen Auf diese Weise verhindert Osteoprotegerin den Abbau von Knochen Hormonell wird die Osteoklastenaktivitat von Parathormon Aktivierung Calciumfreisetzung und Calcitonin Inaktivierung Calciumspeicherung gesteuert der Knochen wird also als Zwischenspeicher von Calcium zur Regulation der Calciumhomoostase genutzt Dabei ist jedoch anzumerken dass der Osteoklast selbst keine Rezeptoren fur das Parathormon besitzt sondern die Aktivierung sekundar uber die Osteoblasten RANKL erfolgt welche diesen Rezeptor besitzen Fur Calcitonin besitzt der Osteoklast jedoch Rezeptoren wodurch eine direkte Hemmung der Aktivitat moglich ist Die Resorption von Knochen ist meist eng mit einer nachfolgenden Neusynthese durch Osteoblasten verknupft Dieser als Knochengeweberemodellierung bekannte Prozess dient der Anpassung an Belastungen und dem Vorbeugen von Materialermudungen Histologie BearbeitenOsteoklasten sind grosse Zellen mit einem Durchmesser von 50 bis 100 µm die bis zu 10 Zellkerne enthalten konnen Sie finden sich an der Knochenoberflache in den Resorptionslakunen Howship Lakunen Genauso wie die eng mit ihnen verwandten Makrophagen sind sie in der Lage sich amoboid fortzubewegen Der apikale Pol eines Osteoklasten ist dem Knochen zugewandt Hier lassen sich verschiedene Bereiche unterscheiden Zentral findet sich eine helle streifige und vesikelreiche Zone in der die Zellmembran in Form eines Burstensaums stark gefaltet ist Sie wird als ruffled border bezeichnet und ist der eigentliche Ort der Knochenresorption Lichtmikroskopisch stellt sie sich hell gestreift dar In der Peripherie zeigt sich lichtmikroskopisch eine intensive Anfarbung Dort haftet der Osteoklast mit seinem Adhasionsapparat Integrine an der Knochensubstanz Der Adhasionsapparat besteht zumeist aus so genannten Podosomen Es besteht ein sehr enger Kontakt zwischen Osteoklast und Knochen mit einem Abstand von nur 0 3 0 5 nm Man nennt diesen Bereich deshalb auch sealing zone Das Zytoplasma das die sealing zone umgibt wird als clear zone bezeichnet da es fast keine Zellorganellen aufweist Dafur findet sich hier eine grosse Menge kontraktiler Proteine Physiologie BearbeitenIm Zwischenraum von Osteoklast und Knochensubstanz herrscht ein deutlich erniedrigter pH Wert ca 4 5 der durch aktiven Protonentransport aufrechterhalten wird und dem Abbau der mineralisierten Matrixkomponenten dient Daneben geben Osteoklasten proteolytische Enzyme ab die die kollagene Knochenmatrix auflosen Die dabei freigesetzten Kollagenfragmente werden phagozytiert Dabei entstehen die Howship Lakunen die man auch als Fressspur der Osteoklasten bezeichnen kann Ihre Kapazitat ist beachtlich Ein Osteoklast kann die gleiche Menge Knochen abbauen die 100 Osteoblasten in dieser Zeit aufbauen Krankheiten BearbeitenVerminderte Osteoklastentatigkeit Bearbeiten Bei der genetisch bedingten Krankheitsgruppe der Osteopetrose und ihrer Unterform der Pyknodysostose ist die Osteoklastentatigkeit stark vermindert PLOSL polyzystische lipomembranose Osteodysplasie mit sklerotischer Leukenzephalopathie Nasu Hakola Krankheit Vermehrte Osteoklastentatigkeit Bearbeiten Eine vermehrte Osteoklastentatigkeit findet sich bei folgenden Krankheiten Osteoporose Hyperparathyreoidismus Osteodystrophia deformans Morbus Paget Aseptische Knochennekrose Rheumatoide Arthritis Osteogenesis imperfecta Brustkrebs Riesenzelltumor Gorham Stout SyndromSiehe auch Bearbeiten Ursachen des Knochenabbaus des KieferknochensLiteratur BearbeitenT Bellido u a Regulation of interleukin 6 osteoclastogenesis and bone mass by androgens The role of the androgen receptor In J Clin Invest 95 1995 S 2886 2895 G Girasole R L Jilka G Passeri S Boswell G Boder D C Williams S C Manolanas 17 Estradiol inhibits interleukin 6 production by bone marrow derived stromal cells and osteoblasts in vitro A potential mechanism for the anti osteoporotic effect of estrogens In J Clin Invest 89 1992 S 883 891 G Hattersley J A Kirby T J Chambers Identification of osteoclast precursors in multilineage hematopoietic colonies In Endocrinology 128 1991 S 259 262 R L Jilka u a Increased osteoclast development after estrogen loss Mediation by interleukin 6 In Science 257 1992 S 88 91 N Kurihara C Chenu M Miller C Civin G D Roodman Identification of committed mononuclear precursors for osteoclast like cells in long term human marrow cultures In Endocrinology 126 1990 S 2733 2741 K Matsuzaki u a Osteoclast differentiation factor ODF induces osteoclast like cell formation in human peripheral blood mononuclear cell cultures In Biochem Biophys Res Commun 246 1998 S 199 204 N K Shevde A C Bendixen K M Dienger J W Pike Estrogens suppress RANK ligand induced osteoclast differentiation via a stromal cell independent mechanism involving c Jun repression In Proc Natl Acad Sci USA 97 2000 S 7829 7834 M M Tondravi S R McKercher K Anderson J M Erdmann M Quiroz R Maki S L Teitelbaum Osteopetrosis in mice lacking haematopoietic transcription factor PU 1 In Nature 386 1997 S 81 84 K Tsukii u a Osteoclast differentiation factor mediates an essential signal for bone resorption induced by 1 alpha 25 dihydroxyvitamin D3 prostaglandin E2 or parathyroid hormone in the microenvironment of bone In Biochem Biophys Res Commun 246 1998 S 337 341 Weblinks BearbeitenAbbildung der OsteoklastentatigkeitEinzelnachweise Bearbeiten Hermann Ecke Uwe Stohr Klaus Kramer Unfallchirurgie In Franz Xaver Sailer Friedrich Wilhelm Gierhake Hrsg Chirurgie historisch gesehen Anfang Entwicklung Differenzierung Mit einem Geleitwort von Rudolf Nissen Dustri Verlag Dr Karl Feistle Deisenhofen bei Munchen 1973 ISBN 3 87185 021 7 S 204 216 hier S 211 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Osteoklast amp oldid 224511661