5.4.4.4.3 NCP’ernes rolle i dentinbiomineralisering (SIBLINGs)
Flere sure proteiner er blevet anerkendt for at være aktive i forhold til at fremme eller hæmme mineralaflejring. En gruppe af proteiner, der får stor opmærksomhed, er den lille integrinbindende ligand N-linked glycoprotein-familie (SIBLING). Denne gruppe af proteiner udgør den største gruppe af NCP’er i både knogle og dentin og omfatter: osteopontin (OPN), bone sialoprotein (BSP), dentin matrix protein 1 (DMP1), dentin sialophosphoprotein (DSPP) og matrix ekstracellulært phosphoglycoprotein (MEPE) (Fisher et al., 2001). Alle disse proteiner har vist evnen til at binde sig til nogle specifikke ECM-komponenter eller celler og evnen til at interagere og binde Ca2 +-ioner. De er iboende uordnede, med relativt tilfældige strukturer og en åben konformation, der gør det muligt for dem at interagere med en række andre matrixkomponenter (Evans, 2003; George og Veis, 2008). Deres betydning i mineralisering kommer fra undersøgelser, hvor mangel på individuelle SIBLINGs forårsager defekt mineralisering in vivo (Maciejewska og Chomik, 2012; Xiao et al., 2001; Zhang et al., 2001). Ikke desto mindre blev der antydet et vist niveau af redundans i deres funktion, da ingen af proteinerne inducerede total undertrykkelse af mineralisering.
Flere undersøgelser har vist, at DMP1 er et multifunktionelt protein med en relevant rolle i odontoblastdifferentiering og mineralkerndannelsesbegivenheder (He et al., 2003a; He og George, 2004; Qin et al., 2007). Undersøgelser med rekombinant DMP1 (rDMP1) har vist, at proteinet kun undergår selvassemblering til en β-ark-konfiguration i tilstedeværelse af calcium (He et al., 2003a,b). Dette fund førte til den opfattelse, at DMP1-oligomerisering midlertidigt stabiliserer de nyligt dannede calciumphosphatprækursorer ved at seponere og forhindre deres yderligere aggregering og udfældning (He et al., 2005). Desuden afslørede peptidkortlægning kollagenbindingssteder ved DMP1’s C-terminal (He og George, 2004). Senere eksperimenter viste, at i tilstedeværelse af type I kollagen inducerer både den fulde længde rDMP1 og det fosforylerede native DMP1 (p-DMP1) HAp-nukleation og vækst, mens det N-terminale domæne hæmmer HAp-dannelse og stabiliserer den amorfe mineralfase (Gajjeraman et al., 2007). Interessant nok er DMP1 blevet lokaliseret i den peritubulære dentin, som mangler kollagenfibriller. Dette fund tyder på, at DMP1 in vivo kan være involveret i mineralorganisering uden for kollagenfibrillen og i mineraliseringen af peritubulært dentin (Beniash et al., 2011). Yderligere undersøgelser vil bidrage med flere oplysninger for bedre at forstå funktionen, men det er sandsynligt, at DMP1-funktionen er styret af dens fosforyleringstilstand. Derfor kan DMP1 have en dobbelt rolle, der involverer hæmning af krystalvækst og fremme af mineralkernedannelse.
DSPP udtrykkes i høj grad i odontoblaster og udtrykkes forbigående i ameloblaster (Begue-Kirn et al., 1998; D’Souza et al., 1997). Dette protein spaltes i to hovedprodukter: dentin sialoprotein (DSP) afledt af DSPP’s N-terminale del og dentin phosphoprotein (DPP) eller phosphorin fra den C-terminale region. Mutationer i DSPP-genet er blevet forbundet med human dentinogenesis imperfecta type II/III, hvilket tyder på, at det er involveret i mineraliseringsprocessen (McKnight et al., 2008). Faktisk har knockout (KO)-musundersøgelser vist, at sletning eller ændring af proteinet påvirkede dentinudviklingen (von Marschall et al., 2012) og mineralisering, hvilket genererede lignende defekter som human dentinogenesis imperfecta III (Sreenath et al., 2003). DPP, et af spaltningsprodukterne, blev faktisk opdaget meget tidligere end dets forløber (Veis og Perry, 1967), og det er faktisk den mest rigelige NCP i dentin ECM, der tegner sig for 50% af NCP’erne (MacDougall et al., 1985). DPP udtrykkes og udskilles i høj grad direkte ved dentinmineraliseringsfronten af polariserede odontoblaster (D’Souza et al., 1997). Dette protein betragtes som en fosfatbærer, da 85-90% af Ser-resterne er fosforylerede (Butler et al., 1983; Fujisawa og Sasaki, 1983; Sabsay et al., 1991). Bindingsanalyser af DPP til kollagenfibriller har vist, at DPP knytter sig til et specifikt bånd i hulregionen af kollagen, hvilket tyder på en mulig regulering af mineralaflejring inden for hulregionen (Traub et al., 1992). Desuden gør de høje niveauer af Asp og fosforyleret serin DPP til et meget polyanionisk makromolekyle, der binder store mængder calcium med relativt høj affinitet. DSP-fragmentet, der udtrykkes af odontoblaster og udskilles i ECM, er mindre hyppigt forekommende. Undersøgelser med betingede DPP-KO-mus til at isolere DSP’s rolle viste en delvis redning af fænotypen med betydelig dannelse af dentinvolumen, men med lavere mineraltæthed. På baggrund af disse resultater foreslog forfatterne, at DSP kan være involveret i initieringen af dentinmineralisering (Suzuki et al., 2009).
Andre mindre undersøgte proteiner kan også spille vigtige roller. I dentin er en potentiel funktion under dentinogenese imidlertid endnu ikke blevet belyst. For eksempel udviser BSP, der oprindeligt blev isoleret fra knogle, stærke Ca+ 2-bindingsegenskaber (Zurick et al., 2013). In vitro er det blevet vist, at BSP fremmer HAp-kernedannelse ved at interagere med kollagen (Baht et al., 2008). Ligeledes er OPN et negativt ladet surt protein, der indeholder en kollagenbindende del (Lee et al., 2007). Flere in vitro-undersøgelser viste, at OPN har enten en hæmmende eller forstærkende virkning på HAp-dannelsen afhængigt af dets fosforyleringsniveau og koncentration (Gericke et al., 2005; Hunter et al., 1994, 1996; Pampena et al., 2004). En af de mekanismer, der kan forklare den hæmmende virkning, er baseret på adsorption af fosfatgrupperne til HAp-krystallen, hvilket forhindrer yderligere krystalvækst, men den specifikke interaktion er endnu ikke fuldt forstået (George og Veis, 2008). Med en formodet rolle i fosfathomøostase er MEPE stærkt udtrykt i differentierede odontoblaster, og det er blevet vist, at det hæmmer mineralisering (MacDougall et al., 2002). Et surt serin/asparaginsyre-rigt motiv placeret på C-terminalen af MEPE er blevet identificeret som en stærk mineraliseringsinhibitor efter enzymatisk spaltning (Addison et al., 2008; Salmon et al., 2013). En nylig undersøgelse rapporterede unormal lokalisering af MEPE og OSP i humant dentin hos patienter med X-hypofosfatæmi rickets (XLH), hvilket tyder på en rolle for begge proteiner i den forringede dentinmineralisering observeret i XLH (Salmon et al., 2014).
Overordnet set er alle disse proteiner aktive spillere i mineraliseringsprocessen og viser multifunktionelle roller, der vil påvirke mineraliseringen. Disse proteiner vil enten virke for at hæmme eller fremme mineralisering afhængigt af deres koncentration, deres fosforylerede tilstand, graden af andre posttranslationelle modifikationer, og om de er til stede i opløsning eller bundet til en eller anden ECM-komponent.