5.4.4.3 Rolul PCN în biomineralizarea dentinei (SIBLINGs)
S-a recunoscut că mai multe proteine acide sunt active în promovarea sau inhibarea depunerii de minerale. Un grup de proteine care se bucură de o atenție majoră este familia de glicoproteine mici de ligand de legare a integrinelor N-legate (SIBLING). Acest grup de proteine constituie grupul major de NCP atât în os, cât și în dentină, și include: osteopontina (OPN), sialoproteina osoasă (BSP), proteina 1 a matricei dentinei (DMP1), sialofosfoproteina dentinei (DSPP) și fosfoglicoproteina extracelulară a matricei (MEPE) (Fisher et al., 2001). Toate aceste proteine au demonstrat capacitatea de a se lega de anumite componente specifice ale ECM sau de celule, precum și capacitatea de a interacționa și de a lega ioni de Ca2 +. Ele sunt intrinsec dezordonate, cu structuri relativ aleatorii și o conformație deschisă care le permite să interacționeze cu o varietate de alte componente ale matricei (Evans, 2003; George și Veis, 2008). Importanța lor în mineralizare provine din studiile în care lipsa unor SIBLING-uri individuale determină o mineralizare defectuoasă in vivo (Maciejewska și Chomik, 2012; Xiao et al., 2001; Zhang et al., 2001). Cu toate acestea, a fost sugerat un anumit nivel de redundanță în funcția lor, deoarece niciuna dintre proteine nu a indus suprimarea totală a mineralizării.
Diverse studii au demonstrat că DMP1 este o proteină multifuncțională cu un rol relevant în diferențierea odontoblastelor și în evenimentele de nucleare a mineralelor (He et al., 2003a; He și George, 2004; Qin et al., 2007). Studiile care utilizează DMP1 recombinantă (rDMP1) au arătat că proteina suferă o autoasamblare într-o configurație β-sheet numai în prezența calciului (He et al., 2003a,b). Această constatare a condus la conceptul că oligomerizarea DMP1 stabilizează temporar precursorii de fosfat de calciu nou formați prin sechestrarea și prevenirea agregării și precipitării lor ulterioare (He et al., 2005). Mai mult, cartografierea peptidelor a evidențiat situsuri de legare a colagenului la C-terminalul DMP1 (He și George, 2004). Experimentele ulterioare au demonstrat că, în prezența colagenului de tip I, atât rDMP1 de lungime completă, cât și DMP1 nativ fosforilat (p-DMP1) induc nuclearea și creșterea HAp, în timp ce domeniul N-terminal a inhibat formarea HAp și a stabilizat faza minerală amorfă (Gajjeraman et al., 2007). În mod interesant, DMP1 a fost localizat în dentina peritubulară, care este lipsită de fibrile de colagen. Această constatare sugerează că, in vivo, DMP1 ar putea fi implicat în organizarea minerală în afara fibrilelor de colagen și în mineralizarea dentinei peritubulare (Beniash et al., 2011). Studiile ulterioare vor contribui cu mai multe informații pentru a înțelege mai bine această funcție, dar este probabil ca funcția DMP1 să fie controlată de starea sa de fosforilare. Prin urmare, DMP1 ar putea avea un rol dublu care implică inhibarea creșterii cristalelor și promovarea nucleării minerale.
DSPP este puternic exprimat în odontoblaste și exprimat tranzitoriu în ameloblaste (Begue-Kirn et al., 1998; D’Souza et al., 1997). Această proteină este scindată în doi produși principali: sialoproteina dentinei (DSP) derivată din DSPP N-terminală și fosfoproteina dentinei (DPP), sau fosforina, din regiunea C-terminală. Mutații în gena DSPP au fost asociate cu dentinogeneza imperfectă umană de tip II/III, sugerând implicarea acesteia în procesul de mineralizare (McKnight et al., 2008). De fapt, studiile pe șoareci knock-out (KO) au demonstrat că deleția sau modificarea proteinei a afectat dezvoltarea dentinei (von Marschall et al., 2012) și mineralizarea, generând defecte similare cu cele ale dentinogenezei imperfecte umane III (Sreenath et al., 2003). DPP, unul dintre produșii de clivaj, a fost de fapt descoperit mult mai devreme decât precursorul său (Veis și Perry, 1967) și este, într-adevăr, cel mai abundent NCP în ECM-ul dentinei, reprezentând 50% din NCP-uri (MacDougall et al., 1985). DPP este puternic exprimată și secretată direct la frontul de mineralizare a dentinei de către odontoblastele polarizate (D’Souza et al., 1997). Această proteină este considerată un transportor de fosfat, deoarece 85-90% din reziduurile Ser sunt fosforilate (Butler et al., 1983; Fujisawa și Sasaki, 1983; Sabsay et al., 1991). Testele de legare a DPP la fibrilele de colagen au arătat că DPP se atașează la o bandă specifică din regiunea de gaură a colagenului, ceea ce sugerează o posibilă reglare a depunerii de minerale în regiunea de gaură (Traub et al., 1992). În plus, nivelurile ridicate de Asp și serină fosforilată fac din DPP o macromoleculă foarte polianionică care leagă cantități mari de calciu cu o afinitate relativ ridicată. Exprimat de către odontoblaste și secretat în ECM, fragmentul DSP este mai puțin abundent. Studiile care utilizează șoareci DPP-KO condiționați pentru a izola rolul DSP au arătat o salvare parțială a fenotipului cu o formare semnificativă a volumului de dentină, dar cu o densitate minerală mai mică. Pe baza acestor rezultate, autorii au sugerat că DSP ar putea fi implicată în inițierea mineralizării dentinei (Suzuki et al., 2009).
Alte proteine mai puțin investigate pot juca, de asemenea, roluri importante. În dentină, cu toate acestea, o potențială funcție în timpul dentinogenezei nu a fost încă elucidată. De exemplu, BSP, izolată inițial din os, prezintă proprietăți puternice de legare a Ca+ 2 (Zurick et al., 2013). In vitro, s-a demonstrat că BSP promovează nuclearea HAp prin interacțiunea cu colagenul (Baht et al., 2008). De asemenea, OPN este o proteină acidă încărcată negativ care conține o fracțiune de legare a colagenului (Lee et al., 2007). Mai multe studii in vitro au arătat că OPN are fie un efect inhibitor, fie un efect de creștere asupra formării HAp, în funcție de nivelul de fosforilare și de concentrația sa (Gericke et al., 2005; Hunter et al., 1994, 1996; Pampena et al., 2004). Unul dintre mecanismele care ar explica efectul său inhibitor se bazează pe adsorbția grupărilor fosfat pe cristalul de HAp, împiedicând creșterea ulterioară a cristalului, dar interacțiunea specifică nu este încă pe deplin înțeleasă (George și Veis, 2008). Cu un rol putativ în homeostazia fosfatului, MEPE este puternic exprimat în odontoblastele diferențiate și s-a demonstrat că inhibă mineralizarea (MacDougall et al., 2002). Un motiv bogat în serină acidă și acid aspartic situat la C-terminal al MEPE a fost identificat ca fiind un puternic inhibitor al mineralizării după scindarea enzimatică (Addison et al., 2008; Salmon et al., 2013). Un studiu recent a raportat localizarea anormală a MEPE și OSP în dentina umană la pacienții cu rahitism cu hipofosfatemie X (XLH), sugerând un rol al ambelor proteine în mineralizarea afectată a dentinei observată în XLH (Salmon et al., 2014).
În general, toate aceste proteine sunt actori activi în procesul de mineralizare, prezentând roluri multifuncționale care vor afecta mineralizarea. Aceste proteine vor acționa fie pentru a inhiba, fie pentru a promova mineralizarea, în funcție de concentrația lor, de starea lor fosforilată, de gradul altor modificări posttranslaționale și dacă sunt prezente în soluție sau legate de anumite componente ECM.
.