5.4.4.3 Papel de las NCPs en la biomineralización de la dentina (SIBLINGs)
Se ha reconocido que varias proteínas ácidas son activas en la promoción o inhibición de la deposición de minerales. Un grupo de proteínas que está recibiendo una gran atención es la familia de las glicoproteínas ligadas al N de pequeños ligandos de integrinas (SIBLING). Este grupo de proteínas constituye el principal grupo de PCN tanto en el hueso como en la dentina, e incluye: osteopontina (OPN), sialoproteína ósea (BSP), proteína de la matriz de la dentina 1 (DMP1), sialofosfoproteína de la dentina (DSPP) y fosfoglicoproteína extracelular de la matriz (MEPE) (Fisher et al., 2001). Todas estas proteínas han demostrado la capacidad de unirse a algunos componentes específicos de la MEC o a las células, y la capacidad de interactuar y unirse a los iones Ca2 +. Son intrínsecamente desordenadas, con estructuras relativamente aleatorias y una conformación abierta que les permite interactuar con una variedad de otros componentes de la matriz (Evans, 2003; George y Veis, 2008). Su importancia en la mineralización proviene de estudios en los que la falta de SIBLINGs individuales provoca una mineralización defectuosa in vivo (Maciejewska y Chomik, 2012; Xiao et al., 2001; Zhang et al., 2001). No obstante, se sugirió cierto nivel de redundancia en su función, ya que ninguna de las proteínas indujo una supresión total de la mineralización.
Varios estudios han demostrado que DMP1 es una proteína multifuncional con un papel relevante en la diferenciación de los odontoblastos y en los eventos de nucleación mineral (He et al., 2003a; He y George, 2004; Qin et al., 2007). Los estudios realizados con DMP1 recombinante (rDMP1) han demostrado que la proteína se autoensambla en una configuración de hoja β sólo en presencia de calcio (He et al., 2003a,b). Este hallazgo condujo al concepto de que la oligomerización de DMP1 estabiliza temporalmente los precursores de fosfato de calcio recién formados, secuestrando e impidiendo su posterior agregación y precipitación (He et al., 2005). Además, el mapeo de péptidos reveló sitios de unión a colágeno en el C-terminal de DMP1 (He y George, 2004). Experimentos posteriores demostraron que, en presencia de colágeno de tipo I, tanto la DMP1 de longitud completa como la DMP1 nativa fosforilada (p-DMP1) inducen la nucleación y el crecimiento de HAp, mientras que el dominio N-terminal inhibe la formación de HAp y estabiliza la fase mineral amorfa (Gajjeraman et al., 2007). Curiosamente, DMP1 se ha localizado en la dentina peritubular, que carece de fibrillas de colágeno. Este hallazgo sugiere que, in vivo, DMP1 podría participar en la organización mineral fuera de la fibrilla de colágeno y en la mineralización de la dentina peritubular (Beniash et al., 2011). Otros estudios aportarán más información para comprender mejor la función, pero es probable que la función de DMP1 esté controlada por su estado de fosforilación. Por lo tanto, DMP1 podría tener una función doble que implica la inhibición del crecimiento de cristales y la promoción de la nucleación de minerales.
DSPP está altamente expresada en los odontoblastos y se expresa transitoriamente en los ameloblastos (Begue-Kirn et al., 1998; D’Souza et al., 1997). Esta proteína se escinde en dos productos principales: la sialoproteína dentinaria (DSP) derivada del N-terminal de la DSPP y la fosfoproteína dentinaria (DPP), o fosforina, de la región C-terminal. Las mutaciones en el gen DSPP se han asociado a la dentinogénesis imperfecta humana tipo II/III, lo que sugiere su implicación en el proceso de mineralización (McKnight et al., 2008). De hecho, los estudios con ratones knockout (KO) han demostrado que la supresión o modificación de la proteína afectaba al desarrollo de la dentina (von Marschall et al., 2012) y a la mineralización, generando defectos similares a la dentinogénesis imperfecta humana III (Sreenath et al., 2003). La DPP, uno de los productos de escisión, se descubrió en realidad mucho antes que su precursor (Veis y Perry, 1967) y, de hecho, es la PNC más abundante en la MEC de la dentina, representando el 50% de las PNC (MacDougall et al., 1985). La DPP es altamente expresada y secretada directamente en el frente de mineralización de la dentina por los odontoblastos polarizados (D’Souza et al., 1997). Esta proteína se considera un portador de fosfato, ya que el 85-90% de los residuos Ser están fosforilados (Butler et al., 1983; Fujisawa y Sasaki, 1983; Sabsay et al., 1991). Los ensayos de unión de la DPP a las fibrillas de colágeno han demostrado que la DPP se une a una banda específica en la región del hueco del colágeno, lo que sugiere una posible regulación de la deposición de minerales dentro de la región del hueco (Traub et al., 1992). Además, los altos niveles de Asp y serina fosforilada hacen de la DPP una macromolécula muy polianiónica que se une a grandes cantidades de calcio con una afinidad relativamente alta. Expresada por los odontoblastos y secretada en la MEC, el fragmento DSP es menos abundante. Los estudios realizados con ratones DPP-KO condicionales para aislar el papel de la DSP mostraron un rescate parcial del fenotipo con una importante formación de volumen de dentina, pero con una menor densidad mineral. Basándose en estos resultados, los autores sugirieron que la DSP podría estar implicada en el inicio de la mineralización de la dentina (Suzuki et al., 2009).
Otras proteínas menos investigadas también pueden desempeñar papeles importantes. En la dentina, sin embargo, una función potencial durante la dentinogénesis está aún por dilucidar. Por ejemplo, la BSP, inicialmente aislada del hueso, presenta fuertes propiedades de unión al Ca+ 2 (Zurick et al., 2013). In vitro, se ha demostrado que BSP promueve la nucleación de HAp al interactuar con el colágeno (Baht et al., 2008). Asimismo, la OPN es una proteína ácida cargada negativamente que contiene una fracción de unión al colágeno (Lee et al., 2007). Varios estudios in vitro han revelado que la OPN tiene un efecto inhibidor o potenciador de la formación de HAp dependiendo de su nivel de fosforilación y concentración (Gericke et al., 2005; Hunter et al., 1994, 1996; Pampena et al., 2004). Uno de los mecanismos que explicaría su efecto inhibidor se basa en la adsorción de los grupos fosfato al cristal de HAp, impidiendo el crecimiento posterior del cristal, pero la interacción específica aún no se conoce del todo (George y Veis, 2008). Con un papel putativo en la homeostasis del fosfato, MEPE se expresa en gran medida en los odontoblastos diferenciados y se ha demostrado que inhibe la mineralización (MacDougall et al., 2002). Se ha identificado un motivo ácido rico en serina/ácido aspártico localizado en el C-terminal de MEPE como un fuerte inhibidor de la mineralización tras su escisión enzimática (Addison et al., 2008; Salmon et al., 2013). Un estudio reciente informó de la localización anormal de MEPE y OSP en la dentina humana en pacientes con raquitismo por hipofosfatemia X (XLH), lo que sugiere un papel de ambas proteínas en el deterioro de la mineralización de la dentina observado en XLH (Salmon et al., 2014).
En general, todas estas proteínas son actores activos en el proceso de mineralización, mostrando papeles multifuncionales que afectarán a la mineralización. Estas proteínas actuarán para inhibir o promover la mineralización dependiendo de su concentración, su estado de fosforilación, el grado de otras modificaciones postraduccionales y si están presentes en solución o unidas a algún componente de la MEC.