Белки костного матрикса

К протеогликанам костного матрикса относят 4 белка: большой хондроитинсульфатсодержащий протеогликан (ХСП), бигликан, декорин и синдекан. Этот класс макромолекул составляет около 10% всей фракции неколлагеновых матриксных белков.

ХСП был обнаружен рядом с областью формирования костной ткани. Он имеет молекулярную массу -10⁶. Предполагается, что этот белок «захватывает» пространство, на котором должна образоваться кость. Эта функция подходит ХСП, который благодаря большому содержанию сульфата в гидратированном состоянии способен занимать значительное пространство.

По мере формирования костной ткани большой ХСП замещается двумя малыми протеогликанами, которые внедряются в минерализованный матрикс. Они получили название декорина и бигликана. Эти белки очень сходны по химической структуре, но имеют различную молекулярную массу (130000 и 270000 соответственно). Несмотря на биохимическое сходство, декорин и бигликан отличаются по функциям и локализации. Расположение декорина в целом совпадает с локализацией коллагена. Это вполне соответствует его функции «отделывать» (декорировать) молекулы коллагена и регулировать диаметр фибрилл. Оба белка принимают участие в межклеточных взаимодействиях. Синдекан, интегральный протеогликан клеточных мембран, также относится к типу молекул, играющих основную роль во взаимодействии клеток друг с другом и внеклеточной средой.

К гликопротеинам костного матрикса относятся щелочная фосфатаза и остеонектин. Экспрессия щелочной фосфатазы (ЩФ) рассматривается как маркерное свойство остеобластов, необходимое для процесса минерализации. Врожденная гипофосфатазия проявляется выраженной остеомаляцией. ЩФ является эктоэнзимом, который прикрепляется к клеточной мембране при помощи фосфатидилинозитол-гликана. У человека имеется 5 изоформ ЩФ: костный, печеночный, почечный, кишечный и плацентарный. Костная ЩФ составляет около 50% от общей. Предполагается, что ЩФ вовлекается в процесс минерализации путем увеличения локальной концентрации неорганического фосфата за счет отщепления фосфатных групп от белков, органических эфиров или путем разрушения ингибиторов минерализации.

На долю остеонектина приходится до 15% всех неколлагеновых белков костного матрикса. Остеонектин содержится не только в костной ткани, но его содержание здесь заметно выше (в 1000-10000 раз), чем в других тканях. Функций остеонектина, вероятно, сводятся к регуляции пролиферации и взаимодействия клеток и матрикса. Кроме того, остеонектин обладает способностью связываться с ионами кальция и гидроксиапатитом.

Следующая группа неколлагеновых белков представлена т.н. RGD-содержащими белками. В эту группу включают тромбоспондин, фибро- и витронектин, остеопошпин, костный сиалопротеин и кислый гликопротеин-75. Хотя большинство из них изначально было изолировано из кости, впоследствии было установлено, что лишь последние два белка можно назвать относительно специфичными костными маркерами. Общим мотивом структуры этих белков является наличие RGD-последовательности, ответственной за клеточную адгезию. Наряду с участием в процессах взаимодействия клеток и матроска, некоторые RGD-белки (остеопонтин, костный сиалоиротеин и кислый гликопротеин-75) способны также связывать Са²⁺ и гидроксиапатит, что указывает на их причастность к процессу минерализации.

Наконец, последняя группа неколлагеновых белков матрикса кости представлена у-карбоксилированными белками. Посттрансляционная модификация с помощью витамин К-зависимых факторов с образованием у-карбоксиглутаминовой кислоты (gla) придает белкам способность связывать Са с помощью расположенных по соседству карбоксильных групп.

Главным gla-содержащим протеином является остеокальцин (ОК) – наиболее специфичный белок костной ткани и остеобластов. ОК составляет 15% всех неколлагеновых белков матрикса, молекулярная масса зрелого белка 5700, он состоит из 49 аминокислот, три из которых являются кальцийсвязывающими. Несмотря на интенсивное изучение ОК, функция этого белка до конца не выяснена. В кости ОК располагается преимущественно вдоль фронта минерализации. Эго обстоятельство, наряду с высоким сродством к кальцию, послужило основанием для предположения, что ОК служит посредником в минерализации матрикса. Однако при торможении отложения ОК минерализация эпифизарной пластинки роста даже усиливается. Вместе с тем ОК обладает хемотаксическими свойствами в отношении предшественников остеокластов и вовлекается в процессы созревания и функционирования этих клеток. Примечательно, что резорбция кости, лишенной ОК, происходит с меньшей скоростью, чем резорбция инфарктной кости.