Osteoklast

Osteoklasten (Singular der Osteoklast) sind mehrkernige Zellen, die durch Fusion von mononukleären Vorläuferzellen aus dem Knochenmark entstehen. Sie gehören zum mononukleär-phagozytären System (MPS). Ihre Hauptaufgabe ist die Resorption der Knochensubstanz.

Osteoklasten entwickeln sich aus Stammzellen des Knochenmarkes (CFU-GM). Sie zeigen teilweise Eigenschaften von zirkulierenden Monozyten und Gewebs-Makrophagen.

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Regulation

Folgende Faktoren können die Formation von Osteoklasten anregen:

• Dexamethason
• 1,25-(OH)₂VitD₃

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 weiteres Protein, welches bei der Osteoklastenaktivierung beteiligt ist.

Hormonell wird die Osteoklastenaktivität von Parathormon (Aktivierung, Calciumfreisetzung) und Calcitonin (Inaktivierung, Calciumspeicherung) gesteuert, der Knochen wird also als "Puffer" zur Regulierung des Calciumhaushalts genutzt.

Der ständige Auf- und Abbau des Knochens durch Osteoblasten und Osteoklasten dient der Anpassung an Belastungen und dem Vorbeugen von Materialermüdungen.

Histologie

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. 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 treffend "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

Im Zwischenraum von Osteoklast und Knochensubstanz herrscht ein deutlich erniedrigter pH-Wert (ca. 4,5), der durch aktiven Protonenransport 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

Verminderte Osteoklastentätigkeit

Bei der genetisch bedingten Krankheitsgruppe der Osteopetrose ist die Osteoklastentätigkeit stark vermindert.

Vermehrte Osteoklastentätigkeit

Eine vermehrte Osteoklastentätigkeit findet sich bei folgenden Krankheiten

• Osteoporose
• Hyperparathyreoidismus
• Osteodystrophia deformans
• Aseptische Knochennekrose
• Rheumatoide Arthritis
• Periodontitis
• Osteogenesis imperfecta
• Brustkrebs

Literatur

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