Амелогенез

Образование эмали зуба (амелогенез) связано с дифференцировкой клеток внутреннего эмалевого эпителия. Преэнамелобласты начинают развиваться параллельно с преодонтобластами. Эти клетки содержат большое количество свободных рибосом, митохондрий, комплекс Гольджи и включения гликогена. Дифференцировка клеток эмалевого органа регулируется ТФР-(3, инсулиноподобным-1 и эпидермальным факторами роста.

Отложение первых слоёв дентина индуцирует образование секреторно-активных энамелобластов, которые начинают продуцировать эмаль поверх образующегося слоя дентина. Амелогенез связан с сек- рецией энамелобластами набора специфических белков и состоит из трёх стадий.

• Первая стадия (секреторная) включает: инициацию формирования внеклеточного матрикса;

•постепенную деградацию органического матрикса и рост кристаллов; •упорядочное размещение кристаллов;

• контроль за дальнейшим ростом кристаллов в длину и ширину; •формирование призматической структуры кристаллов эмали.

Вторая стадия (созревания) состоит из:

• удаления остатков белковых молекул, при этом состав компонентов приближается к таковым зрелой эмали; •завершения роста кристаллов; •длительного насыщения ионами магния и фтора;

• Третья стадия (зрелая эмаль) заканчивается: формированием эмали; •деградацией клеточного слоя эмалевого органа.

На первой стадии формируется органический матрикс, который лишён минералов и состоит из белков, располагающихся на наружной стороне клеток. Развитие и дальнейшее существование эмали зависит от синтетической активности клеток только на этапе формирования (рис. 1).

Преэнамелобласты превращаются в секреторно-активные энамелобласты. В секреторно-активных энамелобластах происходит следующее. В цистернах гранулярной эндоплазматической сети синтезируются белки, преимущественно амелогенины. Они составляют 90% от всех белков, выделяемых энамелобластами, и только 10% протеинов представлены энамелинами, кальций-связывающими и другими белками.

В настоящее время методом двухмерного электрофореза в растворимой клеточной фракции незрелой эмали грызунов было выявлено до 34 различных белков, участвующих в амелогенезе. Эти белки различаются по аминокислотному составу, мол. массе и подвижности

Рис. 1. Строение секреторного энамелобласта.

Секреторный энамелобласт содержит большое ядро, для него характерно

образование отростков Томса и формирование секреторных пузырьков.

в электрическом поле. Некоторые из них идентифицированы. Это кальций-связывающие белки: кальбиндин, кальретикулин, аннексин V, кальмодулин и связанные с ним кальцинейтрины А и В, а также белки, участвующие в образовании цитоскелета: тропомиозин, актин, цитокератин (4 изоформы), виментин; ферменты: F^-субъединица АТФ-синтазы, креатинкиназа, эндоплазмин, энолаза, малатдегидрогеназа, фосфоглюкомутаза, энамелизин (ММП-20), калликреин - 4, эмалевая матриксная сериновая протеиназа-1 и белки, участвующие в формировании межклеточного матрикса. Это 6 фракций амелогенинов с мол. массой 28, 27, 25, 23, 21 и 19 кДа, альбумины, энамелины, амелобластины (шеатлины/амелин).

Помимо белков из созревающей эмали выделены пептиды, липиды, моносахариды. В процессе синтеза белки подвергаются посттрансляционной модификации, которая включает фосфорилирование и гликозилирование полипептидных цепей. Фосфат присоединяется к остаткам серила (рис. 2).

В комплексе Гольджи синтезированные белки подвергаются гликозилированию, то есть происходит присоединение остатков галактозамина, глюкозамина и сиаловых кислот.

Рис. 2. Посттрансляционная модификация белков:

А - серил в составе белка; Б - фосфосерил в составе белка.

Амелогенины содержат большое количество остатков пролина, лейцина, гистидина и глутаминовой кислоты. В их составе отсутствуют гидроксипролин и цистеин, которые характерны для коллагена и кератинов. Это гетерогенная фракция, состоящая из белков с различной мол. массой (19-28 кДа). Белки, выделенные у разных видов животных, имеют подобный аминокислотный состав и не имеют отличий в первых 33 аминокислотных остатках в N-концевой области. По мере созревания происходит расщепление высокомолекулярных амелогенинов и увеличивается доля низкомолекулярных амелогенинов с мол. массой 6 и 13 кДа.

В синтезе амелогенинов на ранней стадии развития зуба участвуют как амелобласты, так и одонтобласты, однако большая часть этих белков синтезируется амелобластами в соотношении 320: 1. На стадии созревания эмали это соотношение меняется в сторону уменьшения (20: 1).

Энамелины, как и амелогенины, относятся к гликофосфопротеинам. Это кислые белки, богатые аспарагиновой и глутаминовой кислотами, пролином и глицином. Они сильно гликозилированы и содержат до 4% гексозаминов, а также 3, 8% нейраминовой кислоты.

Энамелин присутствует в развивающемся зубе в нескольких изоформах. Вначале синтезируется белок-предшественник с мол. массой 130 кДа. На разных стадиях развития эмали появляются его изоформы с меньшей мол. массой. Установлено, что энамелины с разной мол. массой выполняют различные функции. Из энамелина с мол. массой 89 кДа образуется энамелин с мол. массой 32 кДa, который является амелопротеиназой, участвующей в деградации высокомолекулярных белков. Энамелин с мол. массой 67 кДа содержит большое количество аспарагиновой и глутаминовой кислот, аланина, лейцина и лизина. Он по аминокислотному составу близок к сывороточному альбумину.

Помимо энамелинов и амелогенинов энамелобластами синтезируются и другие белки - амелобластин и тафтелин. Тафтелин - кислый фосфорилированный гликопротеин с мол. массой 43, 8 кДа. В его составе определяется 1 гликозилированный участок и 5 остатков цистеина. Он формируется на короткое время только в процессе развития эмали.

В стадию секреции энамелобласты и преодонтобласты секретируют белок амелобластин, который также называют амелином, или шеатлином. Вначале синтезируется амелобластин с мол. массой 68 кДа, и в результате его ограниченного протеолиза появляются множество белков с мол. массой 52, 40, 37, 19, 17, 16, 15, 14 и 13 кДа. Белки с мол. массой 16-17 кДа гидрофобны и нерастворимы в воде. В стадию созревания эмали амелобластин уже исчезает.

Белки, синтезируемые энамелобластами, упаковываются в везикулы, и далее происходит перемещение секреторных гранул к апикальной поверхности клеток. Гидрофобные молекулы амелогенина агрегируют между собой и собираются в наносферы (рис. 3). Сборка наносфер осуществляется в цитоплазме без участия АТФ.

В момент образования наносфер осуществляется направленная поставка ионов октакальция фосфата для формирования кристаллов.

Рис. 3. Формирование наносфер в процессе амелогенеза: А - образование связи в амелогенине между аминокислотами N- и С-концевой области; Б - собранные из 6 амелогенинов наносферы выделяются отростками амелобластов и участвуют в процессе созревания эмали.

Неорганические ионы к поверхности эмали поступают из капилляров зубного мешочка. Поступление секреторных гранул во внеклеточное пространство обеспечивают сократительные белки цитоскелета - актин и тропомиозин. Содержимое секреторных гранул освобождается и распределяется поверх новообразованного слоя дентина.

Взаимосвязь между белками внеклеточного матрикса обеспечивает белок с мол. массой 39 кДа, сходный по строению с тафтелином и получивший название тафтелин-интерактивный белок (TIP-39). Он синтезируется как амелобластами, так и одонтобластами. TIP-39, как и тафтелин, способен к образованию доменов, в которых присутствуют надвторичные структуры типа спираль-петля-спираль. В С-концевой области располагается домен, обеспечивающий его связывание с клатрином, который выстилает секреторные гранулы. Предполагают, что TIP-39 участвует в транспорте синтезированных амелобластами белков в межклеточный матрикс эмалевого органа. Этот белок также участвует во внутриклеточном переносе амелогенина. Комплексы тафтелина и TIP-39 обеспечивают связь между дентином и амелобластами в процессе образования дентино-эмалевой границы.