CC BY
110
ОГЛЯДИ Л1ТЕРАТУРИ
© Гасюк А. П., Новосельцева Т. В., Ройко Н. В., Писаренко Е. А.
УДК 611. 314+616. 314. 14
Гасюк А. П., Новосельцева Т. В., Ройко Н. В., Писаренко Е. А.
СТРУКТУРНО-БИОХИМИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ДЕНТИНА
Высшее государственное учебное заведение Украины «Украинская медицинская стоматологическая академия» (г. Полтава)
Данная работа является фрагментом НИР «Стоматологическая заболеваемость у детей с учетом эколого-социальных факторов риска и обоснование дифференцированных методов лечения и профилактики» № государственной регистрации 0110и002147.
Дентин - минерализованная, бесклеточная, бессосудистая, известковая ткань зуба, которая занимает промежуточное положение между костной тканью, цементом и эмалью [1,5,15,16]. Дентин тверже кости и цемента, но в 4-5 раз мягче эмали. Зрелый дентин содержит 69 % неорганических веществ, 18 % органических веществ и 13 % воды [5,10].
Органический матрикс дентина, согласно данным литературы, представляет собой разного типа коллагены [2,3,6,15]. Одонтобласты синтезируют различные органические вещества, которые могут быть представлены тропоколлаге-ном. Тропоколлаген затем экстрацеллюлярно из примитивных частиц путем самосборки превращается в определенный тип коллагена I, II или VII типа [14, 22, 23].
В дальнейшем, на органический матрикс происходит отложение минерального компонента, который обеспечивает твердость дентина и отграничивает пульповую камеру от микробного фактора и механического воздействия [8,9,18].
Целью нашей работы было изучить структурно-биохимическую организацию дентина по литературным источникам и собственным исследованиям.
Дентин, в отличие от эмали, содержит много сиалопротеинов (неколлагеновые белки). По степени минерализации дентин аналогичен компактному веществу костной ткани. Минеральный компонент - гидроксилаппатит. В котором чаще, чем в кости, обнаруживается магний. В дентине также содержатся фтористые соли. В состав органического вещества дентина входит коллаген, богатый фосфатом, хондроитинсульфаты, гиалуроновая кислота [20,21,25,26,27]. При развитии кариеса в поврежденном дентине уменьшается количество оксипролина и оксилизина и растет количество гли-козамингликанов. В дентин также входят клеточные элементы - одонтобласты [4,19,24].
Дентин построен из минерализованной межклеточной субстанции, пронизанной многочисленными дентинными канальцами. Различают первичный дентин, который образуется перед формированием и прорезыванием зубов, вторичный дентин - регулярный или физиологический, образующийся в сформированном зубе после прорезывания и является продолжением первичного; третичный дентин - репаративный, заместительный, который образуется в ответ на действие патогенных агентов.
Первичный или плащевой дентин формируется низкодифференцированными, многоотростчатыми одонтоцитами вдоль эмалево-дентинной границы эмалевого органа в ходе эмбриогенеза. Именно в этой зоне образуются коллагеновые волокна 1 типа (волокна Корфа), а также якорные волокна (коллаген VII типа), скрепляющие эмаль с дентином.
Регулярный дентин формируется после прорезывания зубов и характеризуется наличием дентин-ных трубочек, в которых содержатся дихотомически разветвленные отростки одонтобластов. Они выявляются, согласно Лили Р. тионином [7]. В дентинных канальцах циркулирует дентинная жидкость, которая содержит органические и неорганические соединения, принимающие участие в восстановлении дентина. Жидкость представляет собой транссудат из капилляров пульпы, который фильтруется через эндотелиальные щели и короткие отростки одонтобластов. Данная жидкость по белковому составу подобна плазме крови и проникает в пространство, ограниченное мембраной Неймана [10,11].
Данная мембрана, согласно нашим данным, имеет высокое содержание протеидов, хорошо окрашивается гистохимически нильским голубым [12]. В образующемся пространстве между отростком и м ембраной Неймана из дентинной жидкости путем экзоцитоза выделяются пиноцитарные пузырьки, которые поступают в перитубулярный дентин.
Перитубулярный дентин окружает в виде цилиндра центральные и боковые отростки одонтобластов и гистохимически интенсивно окрашивается ШИК-реакцией. Это свидетельствует о том, что находящееся в нем вещество, очевидно, содержит тропоколлаген, богатый сиаловыми кислотами
(нейтральные мукопротеиды). За перитубулярным дентином непосредственно между отдельными трубочками локализуется интратубулярный дентин. Он содержит тангенциальные коллагеновые волокна Эбнера, которые относятся к коллагену II типа. Если тропоколлаген электронномикроскопически содержит волокнистые структуры диаметром 3-5 нм, то волокна Эбнера имеют диаметр от 20 до 100 нм. По нашему мнению, различные структуры волокнистых образований дентина обуславливают особенности его биоминерализации. Структурные гликопротеи-ды, состоящие из сиаловых кислот, принимают активное участие в адсорбции кальция. Это хорошо происходит как в регулярном дентине, так и в пре-дентине, прилежащем непосредственно к пульпо-вой камере. Кальций адсорбируют фосфофорины как в тропоколлаген (хотя в меньшей степени), так и в коллаген I и II типа, где имеются поперечнополосатые структуры толщиной в среднем 100-200 нм [8,9]. Таким образом, анализ данных литературы и полученные нами результаты исследований показывают, что несмотря на сильную биоминерализацию, дентин является живой самообновляющейся тканью не только в эмбриональный период, но и на протяжении жизни [13,17]. Об этом свидетельствует постоянное обновление коллагеновых волокон плащевого дентина, представленных коллагено-выми волокнами I типа, регулярного дентина, состоящего из коллагеновых волокон II типа, а также предентина, содержащего, преимущественно, тро-поколлагеновые фибриллы.
Исходя из вышесказанного, большой интерес представляет изучение биохимического состава отдельных коллагеновых волокон.
Синтез аминокислот коллагена происходит на рибосомах шероховатого эндоплазматического ре-тикулума. Он кодируется определенными генами, локализующимися в ядре одонтобласта. Перенос информации с генов ядра на рибосомы осуществляется м-РНК. Благодаря такой четко детерминированной системе различают 19 типов коллагена, отличающихся молекулярной организацией, тканевой и органной принадлежностью.
Согласно данным литературы, органический ма-трикс дентина в основном представлен коллагеном I, II и VII типов, которые параллельно с гликопротеи-дами и кислыми гликозаминогликаны синтезируются в одонтобластах, локализующихся в пульпе зуба.
Первый этап синтеза коллагеновых структур происходит на определенных рибосомах, где синтезируются определенные аминокислоты, состоящие из нескольких повторов д1у-Х-У Где в Х-положение чаще расположен пролин, а в У положении - 4-гидроксипролин.
Эти свойства аминокислот ограничивают вращение полипептидной цепи. В результате этого образуется изогнутая нить проколлагена, содержащая 1050 аминокислот Ы-концевой, а также С-концевой сигнальный пептид. имеет длину около 280 нм и ширину - 1,4 нм и представлены а1 а2 а3 полипептидными цепочками с разным аминокислотным составом. За
счет многочисленных водородных связей молекула проколлагена может вращаться вправо по оси Х-У (а-конформация белков) по пролину.
Тропоколлаген структурная единица коллагена. Три полипептидные цепи (около 1000 аминокислот каждая), скручиваясь, образуют молекулу тропо-коллагена размерами 380 х 1,5 нм. Каждая спираль состоит из многократно повторяющихся триад аминокислот, из которых третья всегда глицин, вторая -пролин или лизин, а первая любая (кроме указанных трех). Спиральная организация придает волокнам структурную устойчивость и повышенную сопротивляемость растяжению.
Образование коллагенового волокна происходит во внеклеточном пространстве в результате спонтанного, специфического соединения между собой тропоколлагеновых фибрилл. Структура коллаге-нового волокна была изучена методами рентгено-структурного анализа и электронной микроскопии. Коллагеновое волокно имеет поперечную исчер-ченность с интервалом 680 А. В то же время длина молекулы тропоколлагена составляет 3000 А. Таким образом, период структуры волокна в несколько раз меньше, чем длина составляющих волокно молекул; это показывает, что ряды молекул тропоколлагена не могут лежать точно друг над другом. И в самом деле, один ряд тропоколлагенов смещен по отношению к соседнему ряду примерно на 1/4 длины молекулы. Отсюда следует, что основу структурной организации коллагенового волокна составляют сдвинутые на четверть ступенчато расположенные параллельные ряды тропоколлагеновых молекул. Такая «аранжировка» напоминает музыкальную фугу.
Любопытная структурная особенность волокна состоит в том, что расположенные в ряд молекулы тропоколлагена не связаны «конец в конец». Между концом одной молекулы и началом следующей имеется промежуток около 400 А. Этот промежуток играет особую роль при формировании кости. Кость состоит из органической фазы, почти целиком представленной коллагеном, и неорганической, а именно фосфата кальция. Последний, по своему строению, близок к гидроксиаппатиту с составом Са10 (Р04)6 (ОН)2. Коллаген необходим для образования кости, как место отложения кристаллов фосфата кальция. Оказалось, что первые кристаллы откладываются с интервалом порядка 680 А, что совпадает с периодом коллагенового волокна. Вполне вероятно, что промежутки вдоль ряда молекул тро-поколлагена выполняют роль центров отложения минеральных составных частей кости.
Молекулы проколлагена, в отличие от тропо-коллагена, не способны к спонтанному образованию волокна; для этого необходимо предварительное отщепление Ы- и С- концевых пептидов. Таким образом, формирование коллагеновых волокон аналогично формированию нитей фибрина. Про-коллаген аналогичен фибриногену, тропоколлаген - мономерам фибрина, а проколлаген-пептидазы -тромбину. В обеих системах условием образования
волокна является специфическое протеолитичес-кое расщепление.
Фибробласты секретируют проколлаген, но не тропоколлаген. Механизмы биосинтеза и секреции аналогичны тем, которые действуют в случае проферментов поджелудочной железы и других секреторных белков. Коллагеновое волокно формируется во внеклеточной жидкости вблизи поверхности фибробласта, но не внутри него, поскольку проколлаген-пептидазы находятся вне клетки. Концевые пептиды в цепях-предшественниках препятствуют несвоевременному формированию волокна. Возможно также, что они участвуют в переносе проколлагена через мембрану фибробласта. На более раннем внутриклеточном этапе эти дополнительные пептиды способствуют взаимной ориентации и соединению трех цепей для последующего образования тройной спирали. Особое значение при этом имеют межцепочечные дисульфидные связи.
Коллаген, подобно фибрину, стабилизирован ковалентными поперечными связями. Коллагеновым волокнам свойственно два типа поперечных связей: внутримолекулярные (в пределах одной тропокол-лагеновой единицы) и межмолекулярные (между отдельными тропоколлагеновыми единицами). Рассматриваемые связи встречаются только в двух близких белках - коллагене и эластине.
Таким образом, биосинтез коллагена происходит следующим образом:
1. Биосинтез проколлагена полипептидных цепей на рибосомах 01у-Рго-Ме1-01у-Рго-8ег (глицина и пролина 33 % и 21 % от общего состава разных аминокислот).
2. Образование проколлагена в эндоплазати-ческом ретикулуме - процесс гидроксилирова-ния с образованием 3- и 4- гидроксипролина и О-гликозированных остатков гидроксилизина в аппарате Гольджи и образованием тройной спирали. Межцепочное взаимодействие спиралей в виде единой молекулы за счет многочисленных водородных связей с участием гидроксилированных
аминокислотных остатков. Одновременно в аппарате Гольджи формируются гликопротеиды и гликозаминогликаны.
3. Экзоцитоз секреторными пузырьками прокол-лагена в межотростчатые пространства отростков одонтобластов и перенос его через фосфолипид-ную мембрану Неймана в перитубулярный дентин.
4. Образование тропоколлагена происходит отщеплением специфическими протеиназами Ы-С-пропептидов проколлагена при его внеклеточной модификации.
5. Внеклеточное образование протофибриллы. Агрегированные в длину и поперечнике с помощью водородных связей молекулы тропоколлагена с отщеплением концевых пептидов.
6. Фибриллярный уровень организации коллаге-нового волокна. Скрепление между собой 5-6 про-тофибрилл при участии гликозаминогликанов.
7. Волоконный уровень образуется путем агрегации фибрилл от единичных до нескольких десятков.
Выводы. Струкутурно-биохимически дентин представляет собой сложную биоминерализованную ткань, в которой следует различать плащевой дентин, представленный терминальными отростками одонтобластов (колаген 1 типа), а также скрепляющими дентин с эмалью якорными волокнами (колаген VII типа). Вторая зона - регулярный дентин, состоящий из дихотомических отростков од-онтобластов, ограниченных мембраной Неймана, представленной фосфолипидами, за которой расположен перитубулярный дентин (тропоколлаген). За ним идет интертубулярный дентин (волокна Эбнера), состоящий из коллагена II типа. Наконец, зона предентина представлена ШИК позитивными структурами, состоящими из тропоколлагена.
Следовательно, органический матрикс дентина синтезируется не только одонтобластами, но и их отростками. При этом, синтезируемый одонтобластами тропоколлаген экстрацелюлярно осуществляет самосборку с формированием коллагена I- II типов.
Литература
1. Боровский Е. В. Биология полости рта / Е. В. Боровский, В. К. Леонтьев. -М.: Медицина, 1991. - 304 с.
2. Быков В. Л. Гистология и эмбриология органов полости рта человека / В. Л. Быков. - Санкт-Петербург: Спец. лит., 1996. - С 109-126.
3. Гасюк А. П. Морфо- и гистогенез основных стоматологических заболеваний (на украинском и русском языках) / А. П. Гасюк, В. И. Шепитько, В. Н. Ждан. - Полтава, 2008. - 93 с.
4. Гасюк А. П. Пульпа зуба в норме и при патологи / А. П. Гасюк, М. Д. Король, Т. В. Новосельцева. - Полтава, 2004. - 140 с.
5. Дельцова О. I. Пстолопя та ембрюлопя оргашв ротовоУ порожнини / Дельцова О. I., Чайковський Ю. Б., Геращенко О. I. -1вано-Франювськ : Кальвар1я, 1994. - 96 с.
6. Заварзин А. А., Основы сравнительной гистологии / А. А. Заварзин. - Л., 1985. - 400 с.
7. Лилли Р. Патогистологическая техника и практическая гистохимия / Р. Лилли. - Москва : Мир, 1969. - 630 с.
8. Нарушение процесса минерализации твердых тканей зуба и принципы его регуляции / Е. В. Боровский, В. К. Леонтьев, А. М. Максимовская [и др.] // Стоматология. - 1984. - Т. 63, № 5. - С. 19-22.
9. Ньюман У. Минеральный обмен кости / У. Ньюман, М. Ньюман; пер. с англ. - М.: Медицина, 1961. - 270 с.
10. Окушко В. Р. Физиология эмали и проблема кариеса зубов / В. Р. Окущко. - Кишинев : Штиинца, 1989. - 80 с.
11. Окушко В. Р. Функциональная кислотоустойчивость эмали: факт или миф? / В. Р. Окушко // ДентАрт. - 1996. - № 4. -С.9-11.
12. Пирс Э. Гистохимия / Э. Пирс - М.: Изд. Иностр. литер., 1962. - 960 с.
13. Саркисов Д. С., Туманов В. П. Приспособительные и компенсаторные процессы. В кн.: Общая патология человека. 2-е изд. Т. 2, (под ред. А. И. Струкова, В. В. Серова, Д. С. Саркисова. - М.: Медицина, 1990. - С. 199-322.
14. Серов В. В. Соединительная ткань (функциональная морфология и общая патология) / В. В. Серов, А. Б. Шехтер - М.: Медицина, 1981. - 312 с.
15. Фалин Л. И. Гистология и эмбриология полости рта и зубов / Л. И. Фалин - М.: Медгиз, 1963. - 65 с.
16. Хем А. Гистология в пяти томах / А. Хем, Д. Кормак. - М.: Мир, 1983. - (учебник в 5 т. / кн. 4).
17. Шехтер А. В. Репаративная регенерация и дисрегенерация (Роль межклеточных взаимодействий) / А. В. Шехтер // Современные проблемы регенерации. - Йошкар-Ола, 1987. - С. 48-63.
18. George A. Role of phosphophoryn in dentin mineralization / A. George, J. Hao // Cells Tissues Organs. - 2005. - № 181 (3-4). - P. 232-240.
19. Couve E. Ultrastructural changes during the life cycle of human odontoblasis / E. Couve // Arch. Oral Biol. - 1986. - Vol. 31, № 10. - P. 643-651.
20. Cross K. J. Protein dynamics of bovine dentin phosphophoryn / K. J. Cross, N. L. Huq, E. C. Reynolds // J. Pept. Res. -2005. - № 66 (2). - P. 59-67.
21. Jadlowiec J. A. Extracellular matrix-mediated signaling by dentin phosphophoryn involves activation of the Smad pathway independent of bone morphogenetsc / J. A. Jadlowiec, X. Zhang, J. Li [et al.] // J. Biol. Chem. - 2006. - Vol. 3, № 281 (9). - P. 5341-5347.
22. Chang S. Synthesis of a potentially bioactive, hydroxyapatite-nucleating molecule / S. Chang, H. Chen, J. Liu [et al.] // Calcif. Tissue Int. - 2006. -№ 78 (1). - P. 55-61.
23. He G. Phosphorylation of phosphophorin is crucial for its function as a mediator of biomineralization / G. He, A. Ramachan-dran, T. Dahl [et al.] // J. Biol. Chem. - 2005. - № 280 (39). - P. 33109-33114.
24. Holland G. R. The odontoblast process: form and function / G. R. Holland // J. Dent. Res. - 1985. - Vol. 64 (Spec. Iss.). -P. 499-514.
25. Mah J. Dentine phosphoprotein in gingival crevicular fluid during root resorption / J. Mah, N. Prasad // Eur J. Orthod. -2004. - № 26(1). - Р. 25-30.
26. Marshall G. W. Dentin microstructure and characterization [Revlew] / G. W. Marshall // Quintessence International. - 1993. -Vol. 24, № 9. - P. 606-617.
27. Ye L. Deletion of Dentin Matrix Protein-I Leads a Partial Failure of Maturation of Predentin into Dentin, Hypomineralizatoin, and Expanded Cavities of Pulp and Root Canal during Postnatal Tooth Development / L. Ye, M. MacDougall, S. Zhang [et al.] // J. Biol. Chem. - 2004. - Vol. 279 (18). - Р. 19141-19148.
УДК 611. 314+616. 314. 14
СТРУКТУРНО-БЮХ1М1ЧНА ОРГАН13АЦ1Я ДЕНТИНА
Гасюк А. П., Новосельцева Т. В., Ройко Н. В., Писаренко Е. А.
Резюме. Структурно-бюх1м1чно дентин являе собою складну бюмшерал1зовану тканину, в яюй слщ розр1зняти плащовий дентин (перша зона), представлений термшальними вщростками одонтобласт1в (ко-лаген 1 типу), а також скртляючими дентин з емаллю яюрними волокнами (колаген VII типу). Друга зона -регулярний дентин, що складаеться з дихотом1чних вщростюв одонтобласт1в, обмежених мембраною Неймана, що представлена фосфолтщами. За нею розташований перитубулярний дентин (тропоколаген), за яким знаходиться ¡нтертубулярний дентин (волокна Ебнера), що складаеться з колагену II типу. Нарецт, зона предентину представлена ШИК-позитивними структурами, що складаються з тропоколагену.
Отже, оргаычний матрикс дентину синтезуеться не ттьки одонтобластами, але \ 1х вщростками. При цьому тропоколаген, що синтезуеться одонтобластами екстрацелюлярно здмснюе самозборку з форму-ванням колагену I- II тип1в.
Ключов1 слова: дентин, бюх1м1я, колаген, тропоколаген, одонтобласт.
УДК 611. 314+616. 314. 14
СТРУКТУРНО-БИОХИМИЧЕСКАЯ ОРГАНИ3АЦИЯ ДЕНТИНА
Гасюк А. П., Новосельцева Т. В., Ройко Н. В., Писаренко Е. А.
Резюме. Структурно-биохимически дентин представляет собой сложную биоминерализованную ткань в которой следует различать плащевой дентин, представленный терминальными отростками одонтоблас-тов (коллаген 1 типа), а также скрепляющими дентин с эмалью якорными волокнами (коллаген VII типа). Вторая зона - регулярный дентин, состоящий из дихотомических отростков одонтобластов, ограниченных мембраной Неймана, представленной фосфолипидами. За которой расположен перитубулярный дентин (тропоколлаген). За ним идет интертубулярный дентин (волокна Эбнера), состоящий из коллагена II типа. Наконец, зона предентина представлена ШИК позитивными структурами, состоящими из тропоколлагена.
Следовательно, органический матрикс дентина синтезируется не только одонтобластами, но и их отростками. При этом синтезируемый одонтобластами тропоколлаген экстрацелюлярно осуществляет самосборку с формированием коллагена I- II типов.
Ключевые слова: дентин, биохимия, коллаген, тропоколлаген, одонтобласт.
UDC 611. 314+616. 314. 14
Structural and Biochemical Organization of the Dentine
Gasyuk A. P., Novoseltseva T. V., Royko N. V., Pisarenko E. A.
Abstract. Dentin is the mineralized, acellular, avascular, lime tooth tissue, which occupies an intermediate position between the bone cement and enamel.
The dentine is constructed of the mineralized intercellular substance, penetrated by numerous dentinal tubules. It is necessary to distinguish primary dentine which is formed prior to the formation and eruption of teeth, a secondary dentine is the regular or physiological, resulting in the formed after the eruption of the tooth and is a continuation of the primary; a tertiary dentine - reparative, substitutive, which is formed in response to pathogenic agents.
Primary or mantle dentine is formed by low-differentiated, multidendritic odontocytes along the enamel-dentin border of the enamel organ during embryogenesis. In this zone type I collagenic fibers (Korf's fibers), as well as the anchor fibers (type VII collagen), binding enamel to a dentine.
Regular dentin is formed after the eruption of the teeth and is characterized by the presence of dentinal tubules, which contain dichotomizing bifurcated processes of odontoblasts. The dentin fluid circulates in the dentinal tubules and contains organic and inorganic compounds that participate in the reconstruction of the dentin. Fluid is a transudate from the capillaries of the pulp, which is filtered through the endothelial gap and short processes of odontoblasts. This fluid, by protein composition is similar to blood plasma and penetrates into the space bounded by the Neumann's membrane.
This membrane, according to our data, contains a lot of proteids, well stained histochemically with the Nile blue. Exocytosis pinocytic vesicles are initiated from dentinal liquid in the formed space between the process and Neumann's membrane enter to the peritubular dentin.
The peritubular dentin surrounds the central and lateral processess of odontoblast in the form of the cylinder and histochemically stained intensely with PAS-reaction, indicating that the substance contains the tropocollagen rich in sialic acids (neutral mucoproteins).
The intratubular dentine is localized behind a peritubular dentine directly between separate tubules. It contains tangential collagenic Ebner's fibers which belong to type II collagen.
Structural glycoproteins, consisting of sialic acids are actively involved in the adsorption of calcium. This occurs both in regular dentin, and in predentin, adjacent directly to the pulp chamber. Calcium is adsorbed by phosphophorines both to tropocollagen (although to a lesser degree), and collagen type I and II, where striated structures with an average thickness of 100-200 nm are localised. Thus, the analysis of literature data and results of our studies show that despite the strong biomineralization, dentin is a living self-renewing tissue, not only in the embryonic period, but throughout life. This is evidenced by a constant renewal of mantle dentin collagen fibers, represented by type I collagen fibers, regular dentin, consisting of type II collagen fibers, as well as predentin, containing predominantly tropocollagen fibrils.
Consequently, the organic matrix of dentin is synthesized not only by odontoblasts, but their processess too. At the same time, tropocollagen synthesized by odontoblasts, the extracellularly self-assembles along with the formation of types I- II collagen.
Keywords: dentin, biochemistry, collagen, tropocollagen, odontoblast.
Рецензент - проф. Старченко 1.1.
Стаття надшшла 24. 09. 2014 p.
