5.4.4.3 Az NCP-k szerepe a dentin biomineralizációjában (SIBLING-ek)
Már több savas fehérjéről ismert, hogy aktívan elősegíti vagy gátolja az ásványi anyagok lerakódását. A fehérjék egyik nagy figyelmet kapó csoportja a kis integrinkötő ligand N-hez kötött glikoprotein (SIBLING) család. Ez a fehérjecsoport alkotja az NCP-k fő csoportját mind a csontban, mind a dentinben, és ide tartoznak: az oszteopontin (OPN), a csont szialoprotein (BSP), a dentin mátrix protein 1 (DMP1), a dentin szialofoszfoprotein (DSPP) és a mátrix extracelluláris foszfoglikoprotein (MEPE) (Fisher és mtsai., 2001). Mindezen fehérjékről kimutatták, hogy képesek bizonyos specifikus ECM komponensekhez vagy sejtekhez kötődni, valamint képesek kölcsönhatásba lépni és Ca2 + ionokat megkötni. Ezek intrinzikailag rendezetlenek, viszonylag véletlenszerű struktúrával és nyitott konformációval rendelkeznek, ami lehetővé teszi számukra, hogy számos más mátrixkomponenssel kölcsönhatásba lépjenek (Evans, 2003; George és Veis, 2008). A mineralizációban betöltött jelentőségük olyan vizsgálatokból származik, amelyekben az egyes SIBLING-ek hiánya hibás mineralizációt okoz in vivo (Maciejewska és Chomik, 2012; Xiao és mtsai., 2001; Zhang és mtsai., 2001). Ennek ellenére bizonyos szintű redundanciát feltételeztek a funkciójukban, mivel egyik fehérje sem indukálta a mineralizáció teljes szuppresszióját.
Más vizsgálatok is bizonyították, hogy a DMP1 egy multifunkcionális fehérje, amelynek releváns szerepe van az odontoblasztok differenciálódásában és az ásványi nukleációs eseményekben (He és mtsai., 2003a; He és George, 2004; Qin és mtsai., 2007). A rekombináns DMP1 (rDMP1) felhasználásával végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a fehérje csak kalcium jelenlétében megy át önszerveződésen β-lap konfigurációba (He és mtsai., 2003a,b). Ez a megállapítás vezetett ahhoz az elképzeléshez, hogy a DMP1 oligomerizációja átmenetileg stabilizálja az újonnan képződött kalcium-foszfát prekurzorokat azáltal, hogy szekvenálja és megakadályozza azok további aggregációját és kicsapódását (He és mtsai., 2005). Ezenkívül a peptidtérképezés kollagén-kötőhelyeket mutatott ki a DMP1 C-terminálisán (He és George, 2004). Későbbi kísérletek kimutatták, hogy I. típusú kollagén jelenlétében mind a teljes hosszúságú rDMP1, mind a foszforilált natív DMP1 (p-DMP1) HAp nukleációt és növekedést indukál, míg az N-terminális domén gátolta a HAp képződést és stabilizálta az amorf ásványi fázist (Gajjeraman és mtsai., 2007). Érdekes módon a DMP1-et a peritubuláris dentinben lokalizálták, amelyből hiányoznak a kollagénfibrillumok. Ez a megállapítás arra utal, hogy in vivo a DMP1 részt vehet a kollagénfibrillumon kívüli ásványi szerveződésben és a peritubuláris dentin mineralizációjában (Beniash és mtsai., 2011). További vizsgálatok további információkkal járulnak hozzá a funkció jobb megértéséhez, de valószínű, hogy a DMP1 működését a foszforilációs állapota szabályozza. Ezért a DMP1-nek kettős szerepe lehet, amely magában foglalja a kristálynövekedés gátlását és az ásványi magképződés elősegítését.
A DSPP nagymértékben expresszálódik az odontoblasztokban és átmenetileg az ameloblasztokban (Begue-Kirn és mtsai., 1998; D’Souza és mtsai., 1997). Ez a fehérje két fő termékre hasad: a DSPP N-terminális részéből származó dentin-szialoproteinre (DSP) és a C-terminális régióból származó dentin-foszfoproteinre (DPP) vagy foszforinra. A DSPP gén mutációit kapcsolatba hozták a humán dentinogenesis imperfecta II/III típusával, ami a mineralizációs folyamatban való részvételre utal (McKnight és mtsai., 2008). Valójában knockout (KO) egerekkel végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a fehérje deléciója vagy módosítása befolyásolta a dentin fejlődését (von Marschall és mtsai., 2012) és mineralizációját, a humán dentinogenesis imperfecta III típushoz hasonló hibákat generálva (Sreenath és mtsai., 2003). A DPP-t, az egyik hasadási terméket valójában sokkal korábban fedezték fel, mint prekurzorát (Veis és Perry, 1967), és valóban ez a legnagyobb mennyiségben előforduló NCP a dentin ECM-ben, az NCP-k 50%-át teszi ki (MacDougall és mtsai., 1985). A DPP nagymértékben expresszálódik és közvetlenül a dentin mineralizációs frontján szekretálódik a polarizált odontoblasztok által (D’Souza és mtsai., 1997). Ez a fehérje foszfáthordozónak tekinthető, mivel a Ser-maradékok 85-90%-a foszforilált (Butler és mtsai., 1983; Fujisawa és Sasaki, 1983; Sabsay és mtsai., 1991). A DPP kollagénfibrillumokhoz való kötődésének vizsgálata azt mutatta, hogy a DPP a kollagén lyukas régiójának egy specifikus sávjához kötődik, ami az ásványi anyagok lerakódásának lehetséges szabályozására utal a lyukas régióban (Traub és mtsai., 1992). Ezenkívül a magas Asp és foszforilált szerin tartalom miatt a DPP egy nagyon polianionos makromolekula, amely nagy mennyiségű kalciumot köt meg viszonylag nagy affinitással. Az odontoblasztok által expresszált és az ECM-be szekretált DSP fragmentum kevésbé gyakori. A DSP szerepének elkülönítése érdekében feltételes DPP-KO egerekkel végzett vizsgálatok a fenotípus részleges megmentését mutatták, jelentős dentin térfogatképződéssel, de alacsonyabb ásványi sűrűséggel. Ezen eredmények alapján a szerzők azt javasolták, hogy a DSP szerepet játszhat a dentin mineralizációjának beindításában (Suzuki és mtsai., 2009).
Más, kevésbé vizsgált fehérjék is fontos szerepet játszhatnak. A dentinben azonban a dentinogenezis során betöltött potenciális funkciójukat még nem sikerült tisztázni. Az eredetileg csontból izolált BSP például erős Ca+ 2 -kötő tulajdonságokkal rendelkezik (Zurick és mtsai., 2013). In vitro kimutatták, hogy a BSP elősegíti a HAp nukleációt a kollagénnel való kölcsönhatás révén (Baht és mtsai., 2008). Hasonlóképpen, az OPN egy negatív töltésű savas fehérje, amely kollagénkötő részt tartalmaz (Lee és mtsai., 2007). Számos in vitro vizsgálat kimutatta, hogy az OPN foszforilációs szintjétől és koncentrációjától függően gátló vagy fokozó hatással van a HAp képződésre (Gericke et al., 2005; Hunter et al., 1994, 1996; Pampena et al., 2004). Az egyik mechanizmus, amely magyarázná gátló hatását, a foszfátcsoportoknak a HAp kristályhoz való adszorpcióján alapul, megakadályozva a további kristálynövekedést, de a specifikus kölcsönhatás még nem teljesen ismert (George és Veis, 2008). A foszfát homeosztázisban feltételezhetően szerepet játszó MEPE nagymértékben expresszálódik a differenciált odontoblasztokban, és kimutatták, hogy gátolja a mineralizációt (MacDougall és mtsai., 2002). A MEPE C-terminálisán található savas szerin/aszparaginsavban gazdag motívumot enzimatikus hasítás után erős mineralizációs gátlóként azonosították (Addison és mtsai., 2008; Salmon és mtsai., 2013). Egy nemrégiben végzett vizsgálat a MEPE és az OSP kóros lokalizációjáról számolt be humán dentinben X-hypophosphatemia rickets (XLH) betegekben, ami arra utal, hogy mindkét fehérje szerepet játszik az XLH-ban megfigyelt károsodott dentin mineralizációban (Salmon és mtsai., 2014).
Összességében mindezen fehérjék aktív szereplői a mineralizációs folyamatnak, többfunkciós szerepet mutatnak, amelyek befolyásolják a mineralizációt. Ezek a fehérjék vagy gátlóan vagy elősegítően hatnak a mineralizációra, attól függően, hogy koncentrációjuk, foszforilált állapotuk, más poszttranszlációs módosítások mértéke, és hogy oldatban vannak-e jelen, vagy valamilyen ECM komponenshez kötődnek.