5.4.4.3 NCP:s roll i dentinbiomineraliseringen (SIBLINGs)
Vissa sura proteiner har erkänts vara aktiva när det gäller att främja eller hämma mineralavlagring. En grupp proteiner som får stor uppmärksamhet är familjen små integrinbindande ligander med N-länkade glykoproteiner (SIBLING). Denna grupp av proteiner utgör den största gruppen av NCP:er i både ben och dentin och omfattar: osteopontin (OPN), bone sialoprotein (BSP), dentinmatrisprotein 1 (DMP1), dentin sialophosphoprotein (DSPP) och matris extracellulärt fosfoglykoprotein (MEPE) (Fisher et al., 2001). Alla dessa proteiner har visat förmågan att binda till vissa specifika ECM-komponenter eller celler och förmågan att interagera och binda Ca2 + -joner. De är i sig oordnade, med relativt slumpmässiga strukturer och en öppen konformation som gör det möjligt för dem att interagera med en mängd andra matrixkomponenter (Evans, 2003; George och Veis, 2008). Deras betydelse för mineralisering kommer från studier där avsaknad av enskilda SIBLINGs orsakar defekt mineralisering in vivo (Maciejewska och Chomik, 2012; Xiao et al., 2001; Zhang et al., 2001). Trots detta föreslogs en viss grad av redundans i deras funktion, eftersom inget av proteinerna inducerade ett totalt undertryckande av mineralisering.
Flera studier har visat att DMP1 är ett multifunktionellt protein med en relevant roll i odontoblastdifferentiering och mineralkärnbildningshändelser (He et al., 2003a; He och George, 2004; Qin et al., 2007). Studier med rekombinant DMP1 (rDMP1) har visat att proteinet genomgår självassemblering till en β-bladskonfiguration endast i närvaro av kalcium (He et al., 2003a,b). Detta fynd ledde till idén att DMP1:s oligomerisering tillfälligt stabiliserar de nybildade kalciumfosfatprekursorerna genom att sekvensera och förhindra deras vidare aggregering och utfällning (He et al., 2005). Dessutom avslöjade peptidkartläggning kollagenbindande platser vid DMP1:s C-terminal (He och George, 2004). Senare experiment visade att i närvaro av typ I-kollagen inducerar både den fullständiga rDMP1 och den fosforylerade nativa DMP1 (p-DMP1) HAp-nukleering och tillväxt, medan den N-terminala domänen hämmade HAp-bildningen och stabiliserade den amorfa mineralfasen (Gajjeraman et al., 2007). Intressant nog har DMP1 lokaliserats i det peritubulära dentinet, som saknar kollagenfibriller. Detta fynd tyder på att DMP1 in vivo kan vara involverad i mineralorganisationen utanför kollagenfibrillen och i mineraliseringen av peritubulärt dentin (Beniash et al., 2011). Ytterligare studier kommer att bidra med mer information för att bättre förstå funktionen, men det är troligt att DMP1:s funktion styrs av dess fosforyleringstillstånd. Därför kan DMP1 ha en dubbel roll som innefattar inhibering av kristalltillväxt och främjande av mineralkärnbildning.
DSPP uttrycks i hög grad i odontoblaster och uttrycks övergående i ameloblaster (Begue-Kirn et al., 1998; D’Souza et al., 1997). Detta protein klyvs till två huvudprodukter: dentin sialoprotein (DSP) som härrör från DSPP:s N-terminal och dentin foskoprotein (DPP), eller fosforin, från den C-terminala regionen. Mutationer i DSPP-genen har förknippats med mänsklig dentinogenesis imperfecta typ II/III, vilket tyder på att den är involverad i mineraliseringsprocessen (McKnight et al., 2008). Faktum är att knockout (KO)-studier på möss har visat att deletion eller modifiering av proteinet påverkade dentinutvecklingen (von Marschall et al., 2012) och mineraliseringen, vilket genererade liknande defekter som mänsklig dentinogenesis imperfecta III (Sreenath et al., 2003). DPP, en av klyvningsprodukterna, upptäcktes faktiskt mycket tidigare än sin prekursor (Veis och Perry, 1967) och det är faktiskt den vanligaste NCP:n i dentinets ECM, som står för 50 % av NCP:erna (MacDougall et al., 1985). DPP uttrycks och utsöndras i hög grad direkt vid dentinmineraliseringsfronten av polariserade odontoblaster (D’Souza et al., 1997). Detta protein anses vara en fosfatbärare, eftersom 85-90 % av Ser-resterna är fosforylerade (Butler et al., 1983; Fujisawa och Sasaki, 1983; Sabsay et al., 1991). Bindningsanalyser av DPP till kollagenfibriller har visat att DPP fäster vid ett specifikt band i kollagens hålområde, vilket tyder på en möjlig reglering av mineralavlagring inom hålområdet (Traub et al., 1992). Dessutom gör de höga nivåerna av Asp och fosforylerat serin DPP till en mycket polyanjonisk makromolekyl som binder stora mängder kalcium med relativt hög affinitet. DSP-fragmentet, som uttrycks av odontoblaster och utsöndras i ECM, är mindre rikligt förekommande. Studier med hjälp av konditionella DPP-KO-möss för att isolera DSP:s roll visade en partiell räddning av fenotypen med betydande bildning av dentinvolym, men med lägre mineraltäthet. Baserat på dessa resultat föreslog författarna att DSP kan vara involverad i initieringen av dentinmineralisering (Suzuki et al., 2009).
Andra mindre undersökta proteiner kan också spela viktiga roller. I dentin har dock en potentiell funktion under dentinogenesen ännu inte klarlagts. Till exempel uppvisar BSP, som ursprungligen isolerades från ben, starka Ca+ 2-bindande egenskaper (Zurick et al., 2013). In vitro har BSP visat sig främja HAp-kärnbildning genom att interagera med kollagen (Baht et al., 2008). På samma sätt är OPN ett negativt laddat surt protein som innehåller en kollagenbindande del (Lee et al., 2007). Flera in vitro-studier visade att OPN har antingen en hämmande eller förstärkande effekt på HAp-bildningen beroende på dess fosforyleringsnivå och koncentration (Gericke et al., 2005; Hunter et al., 1994, 1996; Pampena et al., 2004). En av de mekanismer som skulle förklara dess hämmande effekt bygger på att fosfatgrupperna adsorberar HAp-kristallen och förhindrar ytterligare kristalltillväxt, men den specifika interaktionen är ännu inte helt klarlagd (George och Veis, 2008). Med en förmodad roll i fosfathomeostas uttrycks MEPE i hög grad i differentierade odontoblaster och det har visats att den hämmar mineralisering (MacDougall et al., 2002). Ett surt serin/asparaginsyrarikt motiv som ligger vid C-terminalen av MEPE har identifierats som en stark mineraliseringshämmare efter enzymatisk klyvning (Addison et al., 2008; Salmon et al., 2013). En nyligen genomförd studie rapporterade onormal lokalisering av MEPE och OSP i humant dentin hos patienter med X-hypofosfatemisk raketsjukdom (XLH), vilket tyder på en roll för båda proteinerna i den försämrade dentinmineraliseringen som observeras i XLH (Salmon et al., 2014).
Totalt sett är alla dessa proteiner aktiva aktörer i mineraliseringsprocessen, och visar multifunktionella roller som kommer att påverka mineraliseringen. Dessa proteiner kommer antingen att verka för att hämma eller främja mineralisering beroende på deras koncentration, deras fosforylerade tillstånd, graden av andra posttranslationella modifieringar och om de finns i lösning eller är bundna till någon ECM-komponent.