5.4.4.3 Role of NCPs in dentin biomeralization (SIBLINGs)
いくつかの酸性タンパク質がミネラル沈着を促進または抑制する活性があると認識されてきた． 大きな注目を集めているタンパク質群の一つがsmall integrin-binding ligand N-linked glycoprotein (SIBLING) ファミリーである。 このタンパク質群は、骨と象牙質の両方においてNCPの主要なグループを構成し、以下のものを含む：オステオポンチン（OPN）、ボーンシアロプロテイン（BSP）、象牙質マトリックスタンパク質1（DMP1）、象牙質シアロホスホプロテイン（DSPP）、マトリックス細胞外リン酸化タンパク質（MEPE） (Fisher et al., 2001)-). これらのタンパク質はすべて、ある特定のECM成分や細胞に結合する能力と、Ca2 +イオンと相互作用し結合する能力を持っていることが示されている。 これらのタンパク質は本質的に無秩序であり、比較的ランダムな構造と、他の様々なマトリックス成分と相互作用することを可能にするオープンなコンフォメーションを持っている (Evans, 2003; George and Veis, 2008)。 鉱化におけるSIBLINGの重要性は、個々のSIBLINGの欠損が生体内で鉱化不良を引き起こすという研究から明らかになった（Maciejewska and Chomik, 2012; Xiao et al, 2001; Zhang et al, 2001）。
DMP1 は歯芽細胞の分化やミネラルの核形成に関わる多機能なタンパク質であることがいくつかの研究により明らかにされている (He et al., 2003a; He and George, 2004; Qin et al., 2007)。 リコンビナントDMP1（rDMP1）を用いた研究により、このタンパク質はカルシウムの存在下でのみβシート配置への自己集合を起こすことが示された（He et al.、2003a、b）。 この発見により、DMP1がオリゴマー化することで、新たに形成されたリン酸カルシウム前駆体を封じ込め、さらなる凝集と沈殿を防ぐことで一時的に安定化させるという概念が生まれた（He et al.） さらに、ペプチドマッピングにより、DMP1のC-末端にコラーゲン結合部位があることが明らかになった（He and George, 2004）。 その後の実験で、I型コラーゲン存在下では、完全長のrDMP1もリン酸化されたネイティブDMP1（p-DMP1）もHApの核形成と成長を誘導し、N末端ドメインはHAp形成を阻害して非晶質鉱物相を安定化することが示された（Gajjeraman et al.、2007年）。 興味深いことに、DMP1はコラーゲン線維を持たない象牙質周囲に局在していることが分かっている。 このことは、生体内において、DMP1がコラーゲン線維の外側のミネラル組織や象牙質周囲のミネラル化に関与している可能性を示唆している（Beniash et al.、2011）。 今後、さらに研究が進み、その機能が解明されることが期待されるが、DMP1の機能は、リン酸化状態によって制御されている可能性が高い。 DSPPは歯芽細胞で高発現し、骨髄芽細胞では一過性に発現する(Begue-Kirn et al., 1998; D’Souza et al., 1997)。 このタンパク質は、DSPP N末端由来のデンチンサイアロプロテイン（DSP）とC末端由来のデンチンホスホプロテイン（DPP）、すなわちホスホリンの2つの主要産物に分解される。 DSPP遺伝子の変異は、ヒトの象牙質形成不全症II/III型と関連しており、ミネラル化過程への関与が示唆されている（McKnightら、2008）。 実際、ノックアウト（KO）マウスの研究では、このタンパク質の欠失または修飾が象牙質の発生（von Marschallら、2012）および鉱化反応に影響を与え、ヒトの象牙質形成不全症III型と同様の欠損を生じることが示されている（Sreenathら、2003）。 DPPは、その前駆体よりもはるかに早く発見され（Veis and Perry, 1967）、象牙質ECM中に最も多く存在するNCPで、NCPの50％を占めている（MacDougall et al, 1985）。 DPPは、極性を持った歯芽細胞によって、象牙質の鉱化フロントで直接高発現、分泌される (D’Souza et al., 1997)。 このタンパク質は、Ser残基の85-90%がリン酸化されていることから、リン酸のキャリアーとして考えられている (Butler et al., 1983; Fujisawa and Sasaki, 1983; Sabsay et al., 1991)。 DPPのコラーゲン線維への結合アッセイは、DPPがコラーゲンの穴領域の特定のバンドに付着することを示し、これはギャップ領域内のミネラル沈着の制御の可能性を示唆している（Traubら、1992）。 さらに、DPPはAspとリン酸化セリンを多く含むため、非常にポリアニオン性の高い高分子であり、比較的高い親和性で大量のカルシウムを結合する。 歯骨細胞によって発現され、ECMに分泌されるDSPフラグメントは、あまり多くない。 DSPの役割を明らかにするためにコンディショナルDPP-KOマウスを用いた研究では、象牙質の体積形成が著しく、表現型の一部が救済されたが、ミネラル密度は低下した。 これらの結果から、著者らはDSPが象牙質の鉱化開始に関与している可能性を示唆した (Suzuki et al., 2009)。
また、あまり調べられていない他のタンパク質も重要な役割を担っている可能性がある。 しかし、象牙質においては、象牙質形成における潜在的な機能はまだ解明されていない。 例えば、当初骨から単離されたBSPは、強いCa+ 2結合性を示す（Zurickら、2013）。 In vitroでは、BSPはコラーゲンと相互作用してHApの核形成を促進することが示されている（Bahtら、2008）。 同様に、OPNは、コラーゲン結合部位を含む負電荷の酸性タンパク質である（Lee et al.、2007）。 いくつかのin vitroの研究から、OPNはそのリン酸化レベルと濃度によって、HAp形成に対して抑制的または増強的な効果を持つことが明らかになった（Gerickeら, 2005; Hunterら, 1994, 1996; Pampenaら, 2004）。 その阻害効果を説明するメカニズムの一つは、リン酸基がHAp結晶に吸着し、それ以上の結晶成長を妨げることに基づくと考えられるが、その具体的な相互作用はまだ十分に理解されていない（George and Veis, 2008）。 リン酸のホメオスタシスに関与するとされるMEPEは、分化した歯芽細胞で高発現し、鉱化を抑制することが示されている（MacDougall et al.） MEPEのC末端に位置する酸性セリン/アスパラギン酸リッチモチーフは、酵素切断後の強力な鉱化阻害剤として同定されている（Addisonら、2008；Salmonら、2013）。 最近の研究では、X-低リン血症性くる病（XLH）患者のヒト象牙質におけるMEPEとOSPの異常局在が報告されており、XLHで観察される象牙質の鉱化障害における両蛋白質の役割が示唆されている（Salmon et al, 2014）＜3304＞＜7206＞全体として、これらすべての蛋白質が鉱化プロセスにおけるアクティブプレイヤーで、鉱化に影響する多機能な役割を示していると考えられる。 これらのタンパク質は、その濃度、リン酸化状態、他の翻訳後修飾の程度、およびそれらが溶液中に存在するか何らかのECM成分に結合しているかどうかに応じて、鉱化を抑制または促進するように作用する」
。