Abstrak
Penemuan sistim receptor activator of nuclear factor-κB ligand (RANKL) / RANK / osteoprotegerin (OPG) dan perannya dalam pengaturan resorpsi tulang mencontohkan bagaimana hal yang terjadi kebetulan maupun dengan pendekatan berbasis logika dapat mengidentifikasi faktor-faktor yang mengatur fungsi sel. Sebelum penemuan di pertengahan hingga akhir 1990-an, itu sudah lama diakui bahwa pembentukan osteoklas telah diatur oleh faktor-faktor yang diekspres oleh osteoblas/sel stroma, tapi tidak diantisipasi bahwa anggota superfamili tumor necrosis factor dan reseptor ligand akan terlibat atau bahwa faktor-faktor yang terlibat akan memiliki fungsi yang luas di luar remodeling tulang. Pensinyalan RANKL / RANK mengatur pembentukan osteoklas multinuklear dari prekursor mereka serta aktivasi dan kelangsungan hidupnya dalam remodeling tulang normal dan dalam berbagai kondisi patologis. OPG melindungi kerangka dari resorpsi tulang yang berlebihan dengan cara mengikat RANKL dan mencegah dari mengikatnya ia ke reseptornya, RANK. Dus, perbandingan RANKL/OPG merupakan penentu penting massa tulang dan integritas skelet. Berbagai studi genetik pada tikus kecil mengindikasikan bahwa pensinyalan RANKL/RANK adalah juga diperlukan buat pembentukan kelenjar limfe dan hiperplasia laktasional kelenjar susu, dan bahwa OPG juga melindungi arteri dari kalsifikasi medial. Dus, semua anggota superfamili dari tumor necrosis factor ini memiliki fungsi penting di luar tulang. Meskipun pemahaman kita akan mekanisme mereka dalam meregulasi pembentukan osteoklas telah maju dengan cepat selama 10 tahun terakhir ini, banyak pertanyaan masih tetap ada sekitaran peran mereka dalam kesehatan dan penyakit. Tulisan ini meninjau pemahaman terkini kita akan peran dari sistim RANKL/RANK/OPG pada tulang dan jaringan lainnya.
Pendahuluan
Tulang memiliki fungsi majemuk pada vertebrata, meliputi sokongan buat otot, perlindungan organ vital dan hematopoietik sumsum, dan penyimpanan dan pelepasan berbagai ion vital, seperti kalsium. Tidak seperti struktur durable yang lain, seperti gigi, tendon, dan kartilago, tulang adalah secara berkelanjutan diperbaharui melalui proses remodeling tulang pada mana pockets or trences tulang dibuang dari permukaan tulang trabekuler dan kortikal oleh osteoklas dan diikuti penggantiannya dengan peletakan tulang baru oleh osteoblas. Terdapat sedikitnya sejuta fokus remodeling mikroskopik pada setiap waktu dalam tulang skelet dewasa, dan fungsi utama proses ini adalah untuk membuang bagian-bagian tulang yang telah tak berguna atau yang telah terpakai dan menjadi rusak sebagai bagian dari wear dan tear normal. Ia merupakan proses yang sangat teratur, namun mekanisme molekuler yang mengontrol inisiasi, progresi, dan penghentiannya pada setiap lokasi tertentu masih sangat sedikit dipahami.
Remodeling tulang menjadi terganggu pada bermacam kondisi patologis yang mempengaruhi skelet, meliputi osteoporosis pascamenopaus dan artritis rheumatoid, pada mana terjadi perubahan lokal dan/atau sistemik dalam level-level hormon atau sitokin proinflamasi yang diketahui merangsang atau menghambat penyerapan tulang in vitro dan in vivo. Hal ini diketahui sejak awal tahun 1980-an, ketika Rodan dan Martin (1) mempostulasikan bahwa osteoblas meregulasi pembentukan osteoklas, bahwa berbagai faktor yang diekspres oleh osteoblas di dalam tulang diproduksi dalam responnya terhadap berbagai stimulator penyerapan tulang yang dikenal, seperti misalnya hormon paratiroid (PTH). Studi tentang tulang dari tikus kecil yang secara genetik terganggu dan dari model binatang dengan penyakit tulang selama sepuluh tahun belakangan telah banyak sekali meningkatkan pengetahuan kita tentang berbagai faktor yang meregulasi pembentukan dan aktifitas osteoklas. Khususnya, pengidentifikasian dalam pertengahan hingga akhir tahun 1990-an tentang sistim pensinyalan receptor activator of nuclear factor- κB ligand (RANKL)/RANK/Osteoprotegerin menyediakan sebuah terobosan besar yang mengklarifikasi peran yang dimainkan oleh osteoblas pada berbagai proses ini. Lebih terkini, telah menjadi semakin jelas bahwa osteoklas bukan saja hanya sel trench digging, tetapi bahwa mereka memiliki fungsi pengaturan penting sebagai imunomodulator dalam berbagai keadaan patologik dan mungkin juga meregulasi fungsi osteoblas (2)
Pengaturan pembentukan dan aktifasi osteoklas
Osteoklas adalah sel-sel multinuklear menyerap tulang dibentuk oleh fusi sitoplasma prekursor mononuklear mereka, yang berada dalam garis keturunan myeloid sel hematopoietik yang juga memunculkan makrofag. Peralihan ke diferensiasi osteoklas membutuhkan pengekspresian dalam prekursor osteoklas (OCP) dari c-Fos, faktor transkripsi yang teraktifasi RANKL(3). Untuk menyerap tulang dengan efektif, osteoklas melekatkan diri dengan kuat pada permukaan tulang menggunakan podosom kaya-aktin yang khusus, yang mereka gunakan untuk membentuk ekstensi kasar sitoplasma melingkar tertutup rapat dari sekitar mereka dengan matriks tulang yang mendasarinya. Dalam zona yang disegel ini mereka membentuk selaput pengacak (ruffled membrane) yang meningkatkan luas permukaan membran sel bagi pensekresian asam klorida dan enzim proteolitik cathepsin K ke permukaan tulang (4). Dengan demikian mereka secara bersamaan melarutkan mineral dan menurunkan matriks tulang, sementara melindungi sel-sel sekitarnya dari bahaya oleh mekanisme penyegelan ini. Mereka diaktifkan oleh RANKL dan integrin-mediated signaling dari matriks tulang itu sendiri [4].
Osteoklas bekerja dalam paket-paket di dalam unit remodeling di bawah kontrol sel-sel garis turunan osteoblas yang mengekspres macrophage colony-stimulating factor (M-CSF) dan RANKL.
Studi terakhir mekanisme oleh apa yang PTH gunakan anabolik efeknya menyarankan bahwa osteoklas kemungkinannya terlibat dalam perekrutan berpaket-paket sel osteoblas pembentuk tulang guna mengisi ulang the trenches yang mereka buat pada permukaan tulang (2). Hal ini didasarkan atas studi yang memperlihatkan bahwa, setelah penginjeksian PTH, pengeskpresian RANKL meningkat oleh osteoblas/sel stromal, mengawali ke pada pengaktifasian osteoklas yang ada dan melepaskan darinya faktor-faktor yang merangsang pembentukan tulang baru. Juga, pengobatan antiresorptif, sedikitnya dalam beberapa studi, terlihat lebih banyak mengurangi dari pada menguatkan aksi anabolik PTH (5-7).
Sebagaimana yang didiskusikan di bawah, osteoklas juga nampaknya meregulasi respon imun dan produksi darinya pada lokasi inflamasi pada tulang, seperti misalnya sendi rheumatoid.
Osteoklas dibutuhkan selama perkembangan embryonik untuk membuang trabekula tulang yang terbentuk di bawah plat pertumbuhan selama osifikasi endokhondral dan dus untuk pembentukan kavitas sumsum tulang untuk merangsang hematopoiesis normal. Gagalnya pembentukan atau aktifitas osteoklas menyebabkan osteopetrosis, beberapa bentuknya adalah mematikan karena timbulnya imunodefisiensi dan meningkatnya risiko infeksi dan patah tulang berulang. Memang, perkembangan osteopetrosis pada sebentuk variasi dari tikus-tikus kecil knockout teridentifikasi berbagai fungsi yang diperlukan dari gen-gen dalam biologi osteoklas yang sebagian besarnya belum diantisipasi (3,4).
Pemahaman kita tentang mekanisme molekuler yang meregulasi pembentukan dan aktifas osteoklas telah maju pesat selama sepuluh tahun belakangan sejak ditemukannya sistim pensinyalan RANKL/RANK, juga mengikuti perkembangan dalam akhir tahun 1980-an dari in vitro assays bahwa pengambilan terfasilitsi dari sejumlah besar OCPs dari sumsum tulang atau sel-sel lien, yang kemudian dapat dibiakkan dalam ketidakhadiran osteoblas/sel stromal. Strategi untuk mendapatkan OCPs dari sumber-sumber ini dikembangkan atas pengetahuan bahwa pengekspresian M-CSF oleh osteoblas/sel stromal diperlukan bagi sel-sel progenitor untuk berdiferensiasi menjadi osteoklas, namun bahwa M-CSF atas apa yang dimilikinya tidaklah mampu untuk menyempurnakan proses ini. Apa yang dibutuhkan ini bagi M-CSF adalah didasarkan atas observasi bahwa tikus-tikus kecil op/op, yang tidak mengekspres M-CSF fungsional, memiliki osteopetrosis karena kekurangan osteoklas (3). Memang, sejak 1981, ketika Rodan dan Martin (1) mengusulkan hipotesis baru saat itu bahwa osteoblas/sel stromal memainkan sebuah peran sentral dalam peregulasian pembentukan osteoklas dan penyerapan tulang, banyak peneliti telah berusaha untuk mengdentifikasi faktor pengaktifasian osteoklas yang menyempurnakan diferensiasi prekursor yang terpaparkan ke M-CSF.
Penemuan osteoprotegerin, RANKL, dan RANK
Di antara tahun 1981 dan pertengahan 1990-an, hipotesis Rodan-Martin mendapat dukungan dari banyak studi, tetapi faktor (faktor-faktor) yang diekspres oleh osteoblas/sel stromal atau sel lainnya masih tetap belum dapat ditentukan hingga mereka ditemukan secara independen oleh empat kelompok menggunakan teknik pendekatan yang berbeda-beda.
Boyle dan rekan kerjanya (8) pada Amgen Inc. (Thousands Oaks, CA, USA) mengungkap OPG secara tak terduga dalam studi untuk mengidentifikasi tumor necrosis factor (TNF) receptor related molecules dengan daya teraputik yang possible melalui penciptaan tikus-tikus kecil transgenik yang mengekspres berlebih bermacam reseptor TNF terkait cDNAs. Tikus-tikus kecil yang mengekspres berlebih sebuah cDNA khusus mengembangkan osteopetrosis jelas karena mereka tidak memiliki satu osteoklaspun dalam tulangnya. Protein yang terkode oleh gen tersebut diberi nama osteoprotegerin (the bone protector) (8), karena ia nampaknya melindungi skelet dari penyerapan tulang berlebihan dengan cara membatasi penyerapan tulang osteoklastik. Secara independen, peneliti pada the Snow Brand Milk Products Co. (Sapporo, Hokkaido, Jepang) melaporkan temuan mereka merupakan sebuah molekul yang identik (9) menggunakan teknik pendekatan baku untuk menguji hipotesis Rodan-Martin tentang pemurnian sebuah faktor dari fibroblast embryonik manusia yang menghambat osteoklastogenesis. Mereka memperoleh serangkaian protein parsiil dan menyusul kemudiannya mengklon cDNA sebagai OPG (subsequently cloned cDNA for OPG).
Menggunakan expression cloning dan OPG sebagai sebuah probe, kedua kelompok dengan cepat mengidentifikasi ligand-nya, yang mereka sebut OPG ligand dan osteoclast differentiation factor, berturut-turut (10, 11). Ligand ini turned out menjadi identik ke sebuah anggota dari keluarga TNF ligand, yang teridentifikasi dalam the preceding year sebagai RANKL (12) dan TNF-related activation induced cytokine (13). Segera setelah OPG ligand/osteoclast differentiation factor diidentifikasi sebagai sesuatu yang identik dengan yang teridentifikasi sebelumnya RANK, yang Anderson dan rekan kerjanya (12) pada Immunex (Seattle, WA, USA) telah temukan saat mereka merangkaikan cDNA dari perpustakaan cDNA sel dendritik myeloid berasal sumsum tulang manusia. Mereka menemukan bahwa RANK memiliki homologi parsial dengan bagian dari domain ekstraselular dari CD40 manusia, anggota superfamili reseptor TNF, dan itu terlibat dalam aktivasi sel T dalam sistem kekebalan tubuh. Mereka kemudian mengisolasi RANKL melalui screening ekspresi langsung dan menemukan, seperti halnya Wong dan rekan kerjanya (13), bahwa hal itu meningkatkan proliferasi sel T naif terstimulasi sel dendritik dan kelangsungan hidup sel T yang mengekspres RANK. Berbagai temuan ini yang menunjukkan bahwa RANKL terlibat dalam osteoklastogenesis dan pengaktivasian sel T telah melahirkan bidang ilmu yang sekarang sedang tumbuh osteoimunologi.
RANKL
RANKL adalah protein transmembran homotrimer tipe II yang diekspres sebagai protein terikat-membran dan tersekresikan, yang berasal dari bentuk membrannya sebagai akibat baik pemecahan proteolitik ataupun splicing alternatif (14). Pemecahan proteo-litik dari RANKL memerlukan ADAM (a disintegrin and metalloprotease domain) (15) dan metalloprotease matriks (16). Pengekspresian RANKL dirangsang dalam osteoblas / sel stroma oleh sebagian besar faktor yang diketahui dapat merangsang pembentukan dan aktivitas osteoklas. Hal ini sangat terekspres dalam kelenjar getah bening, timus dan paru, dan pada tingkat yang rendah dalam berbagai jaringan lain termasuk limpa dan sumsum tulang (17). Pada sendi yang inflamasi itu diekspres oleh sel sinovial dan disekresikan oleh sel T aktif. Sumber-sumber dari RANKL ini tampaknya bertanggung jawab, setidaknya sebagian, memerantarai kerusakan sendi pada pasien dengan artritis rheumatoid [18]. TNF juga memerantarai kerusakan sendi pada artritis rheumatoid melalui meningkatkan jumlah OCP beredar secara sistemik, dan dengan mendorong jalan keluar mereka dari sumsum tulang ke dalam darah perifer dan kemudian ke sendi yang inflamasi, di mana ia mendorong proses fusi dari sel-sel ini menjadi osteoklas bersama dengan RANKL dan interleukin-1 (19).
RANKL, seperti TNF, merangsang pelepasan progenitor imatur ke dalam sirkulasi. Namun, RANKL tidak menginduksi mobilisasi OCP pada tikus kecil knockout protein fosfatase-ε tirosin dengan osteoklas yang cacat dalam hal adhesi tulang dan resorpsi (20). Dengan demikian, aktivasi osteoklas terinduksi-RANKL dapat mengatur rekrutmen progenitor sebagai bagian dari homeostasis dan pertahanan inang, menghubungkan tulang dengan pengaturan hematopoiesis. Studi praklinis pada tikus kecil telah menunjukkan bahwa RANKL juga diekspres dalam sel epitel susu selama kehamilan dan diperlukan untuk hiperplasia laktasional sel epitel susu dan produksi susu (21). Hal ini juga diekspres oleh beberapa sel tumor ganas yang juga mengekspresikan RANK, dan sehingga dapat berperan dalam menginduksi proliferasi sel tumor (22) melalui mekanisme otokrin atau dengan cara parakrin jika diproduksi oleh sel aksesori, seperti sel T teraktifasi. Namun, produksi RANKL oleh sel T juga menginduksi ekspresi interferon-β oleh osteoklas teraktifasi melalui c-Fos untuk mengatur secara negatif pembentukan mereka (23). Mekanisme ini dapat ditingkatkan dengan T-sel yang dihasilkan interferon-γ, yang menurunkan TNF receptor associated factor (TRAF)6, sebuah protein adaptor penting yang direkrut untuk RANK dalam memerantarai pensinyalan RANK (lihat di bawah) (24).
RANK
RANK adalah protein transmembran homotrimer tipe I yang pengekspresiannya dideteksi pada awalnya hanya pada OCPs, osteoklas dewasa, dan sel dendritik. Seperti halnya RANKL, bagaimanapun, ia diekspres secara luas (17). Pengekspresian protein RANK telah dilaporkan pada kelenjar susu (21) dan pada beberapa sel kanker, termasuk kanker payudara dan prostat (22, 25), dua tipe tumor dengan potensi metastasis tulang yang tinggi. Meskipun tidak ada manusia telah teridentifikasi hingga kini dengan inactivating mutations atau dilesi RANK, suatu mutasi dilesi terjadi secara spontan dalam sebuah garis dari tikus kecil transgenik, yang konsekuensinya memiliki semua gambaran dari tikus kecil dengan dilesi-tertarget RANK (targeted diletion of RANK), mengonfirmasi pentingnya RANK bagi pembentukan osteoklas (26). Activating mutations dalam exon 1 dari RANK menyebabkan sebuah peningkatan dalam pensinyalan NF-κB bermediasi-RANK dan menghasilkan peningkatan pembentukan dan aktifitas osteoklas yang bertanggung jawab bagi meningkatnya osteolisis yang nampak pada beberapa pasien dengan penyakit dari Paget familial dan telah mengonfirmasi kepentingan dari sistim ini pada manusia (27). Sebuah peran potensiil RANK dalam proliferasi sel tumor (22) masih sedang diselidiki dan, bila terbukti, dapat menjadi sebuah target masa depan untuk terapi anti-tumor.
Osteoprotegerin
Osteoprotegerin diekspres dalam banyak jaringan selain osteoblas, meliputi jantung, ginjal, hati, limfa, dan sumsum tulang (17). Pengekspresiannya diregulasi oleh kebanyakan dari faktor yang meninduksi pengekspresian RANKL oleh osteoblas. Meskipun terdapat data saling berlawanan, pada umumnya peregulasian ke hulu RANKL dikaitkan dengan peregulasian ke hilir OPG, atau sedikitnya menurunkan induksi OPG, sedemikian sehingga perbandingan RANKL terhadap OPG berubah in favor of osteoklastogenesis. Banyak laporan mendukung pernyataan bahwa rasio RANKL/OPG merupakan penentu utama masa tulang (28). Sebuah peran osteoprotektif OPG pada manusia didukung oleh laporan tentang dilesi homozigous dari 100 kilobasa OPG dari dua orang pasien dengan penyakit dari Paget juvenil, gangguan otosom-resesif yang ditandai oleh meningkatnya remodeling tulang, osteopeni, dan patah tulang (29). Ini juga didukung oleh pengidentifikasian dari sebuah inactivating deletion dalam exon 3 OPG pada tiga saudara kembar (siblings) dengan hiperfosfatasia idipati, yang merupakan sebuah penyakit tulang otosom-resesif ditandai oleh meningkatnya turnover tulang terkait dengan berbagai deformitas tulang panjang, kifosis, dan protrusi asetabuler pada anak-anak yang terkena (30). Sebuah temuan mengejutkan belakangan ini adalah bahwa pengekspresian OPG diregulasi oleh pensinyalan Wnt/β-catenin pada osteoblas, jalur yang sama yang meregulasi pembentukan tulang osteoblastik (31). Dus, massa tulang ditentukan oleh berbagai upaya terkombinasi dari osteoblas dan osteoklas, dan diregulasi dalam osteoblas oleh dua jalur pensinyalan utama: RANKL/RANK dan Wnt/β-catenin.
OPG nampaknya juga melindungi pembuluh darah besar dari kalsifikasi tunika media, berdasarkan atas observasi kalsifikasi ginjal dan aorta terjadi pada tikus kecil knockout OPG (32). Lebih lanjut, ketidakhadiran OPG dalam tikus kecil knockout ganda OPG/apolipoprotein E, menyarankan bahwa OPG memberi perlindungan dalam melawan komplikasi atherosklerosis ini (33). Apakah pensinyalan OPG dan RANKL memainkan peranan penting dalam penyakit kardiovaskuler masih tetap harus ditentukan dan dalam perdebatan (34). Sebagai contoh, terdapat juga sebuah asosiasi di antara level-level tinggi OPG dalam serum dan penyakit kardiovaskuler, diabetes, dan gagal ginjal kronik pada manusia (34). Namun, OPG dalam setingan terakhir tidaklah nampaknya untuk melindungi skelet melawan meningkatnya penyerapan tulang dan hiperparatiroidisme sekunder yang diperantarai oleh PTH pada pasien-pasien dengan osteodistrofi renal atau melawan kalsifikasi vaskuler. Adalah memungkinkan bahwa OPG dalam serum pasien-pasien seperti itu terikat pada protein (protein-protein) plasma dan sehingga rendered inactive, manun berbagai studi lanjutan akan diperlukan untuk menentukan kebermaknaan dari berbagai observasi ini, dengan pertanyaan apakah rasio RANKL/OPG dalam serum adalah indikatif dari massa tulang/penyerapan tulang dan berbagai setingan ini (35).
Pengaktifasian faktor transkripsi oleh RANKL/RANK dalam osteoklas
Dengan pengetahuan bahwa pensinyalan RANKL/RANK adalah penting bagi pembentukan osteoklas, berbagai upaya major telah dibuat untuk mengidentifikasi jalur pensinyalan yang mengaktifasi downstream dan untuk menentukan keterlibatan sepenuhnya dari RANKL dalam biologi osteoklas dan berbagai penyakit tulang yang lazim. Setelah RANKL berikatan dengan RANK, sebuah kunci langkah pendahuluan dalam pensinyalan downstream adalah pengikatan banyak TRAF ke lokasi khusus di dalam domain sitoplasmik RANK, yang adalah suatu protein transmembran yang – seperti reseptor-reseptor TNF – tidak memiliki kemampuan intrinsik untuk mengaktifasi protein kinase untuk memerantarai pensinyalan. TRAF2, -5, dan -6 semuanya berikatan ke RANK, tapi dari semuanya hanya TRAF6 nampaknya menjadi esesensiil dalam osteoklas, karena hanya tikus kecil knockout TRAF6 mengembangkan osteopetrosis. Menariknya, meskipun dua jenis tikus kecil TRAF6 mutan diproduksi secara sendiri-sendiri memiliki osteopetrosis, secara mengejutkan satu di antaraya memiliki jumlah normal osteoklas (tapi tidak aktif) (36) dan yang lainnya tidak memiliki samasekali osteoklas (37). Sedikitnya tujuh jalur pensinyalan diaktifasikan oleh pensinyalan protein kinase bermediasi-RANK; empat di antaranya langsung memerantarai osteoklastogenesis (penghambat NF-κB kinase/NF-κB, c-Jun amino-terminal kinase/activator protein-1, c-myc, dan calcineurin/nuclear factor of activated T cells [NFAT]c1) dan tiga memerantarai aktivasi osteoklas (src dan MKK6/p38/MITF) dan kelangsungan hidup osteoklas (src dan kinase terregulasi-sinyal ekstraseluler). Ini, bagaimanapun, masih belum terjelaskan bagaimana penginaktifasian TRAF6 menghasilkan dua fenotip osteoklas berbeda.
Beberapa molekul adapter berikatan ke RANK bersamaan dengan berjenis TRAF untuk memerantarai pensinyalan. Di antaranya adalah Grb-2 associated binder protein 2, satu anggota dari keluarga molekul adapter yang difosforilasi pada residu tirosin dan merekrut berjenis molekul pensinyalan yang mengandung Src homology 2 domains. Kehilangan Grb-2 associated binder protein 2 menghasilkan penurunan diferensiasi osteoklas terinduksi-RANKL/RANK, menurunnya penyerapan tulang, dan osteopetrosis ringan. Ini mengindikasikan bahwa ia memainkan sebuah peran bermakna dalam osteoklastogenesis terinduksi-RANKL (38).
Peran esensiil yang dimainkan oleh pensinyalan NF-κB/activator protein-1/NFATc1 untuk pembentukan osteoklas ditemukan setelah penciptaan tikus kecil dengan targeted deletion kedua subunit p50 dan p52 dari NF-κB dan c-Fos (3), dan mengikuti eksperimen penyelamatan molekuler elegan pada mana transfer adoptif dari sel tunas hematopoietik NFatc1-/- ke tikus kecil Fos-/- menginduksi pembentukan osteoklas (39). Pengekspresian berlebih dari bentuk aktif pokok NFATc1 menginduksi pembentukan osteoklas oleh prekursor osteoklas M-CSF treated Fos-/- atau NF-κB p50/p52-/- dalam ketidakhadiran RANKL (40), mengindikasikan bahwa ini adalah downstream dari NF-κB dan c-Fos (Gambar 1). Atas dasar dari semua studi ini, NFATc1 telah dijelaskan sebagai induk pengaturan osteoklastogenesis (39). Ia diaktifasikan oleh defosforilasi kalsineurin bergantung-kalsium. Siklosporin A, sebuah penghambat kalsineurin, menghambat aktifasi NFATc1, dan sehingga adalah mengejutkan bahwa pengobatan pasien-pasien dengan imunosupresan ini dikaitkan dengan kehilangan tulang (41). Penjelasan yang mungkin bagi efek siklosporin A ini adalah bahwa NFATc1 juga secara positif meregulasi fungsi pengeksresian osterix, sebuah faktor transkripsi esensiil yang meregulasi fungsi osteoblas (42), dan efek jadinya adalah pengurangan pembentukan tulang dan osteoporosis (43).
Gambar 1
Jalur pensinyalan penting untuk osteoklastogenesis normal. Dalam kondisi fisiologis, RANKL diproduksi oleh osteoblas berikatan dengan RANK pada permukaan prekursor osteoklas dan merekrut protein adaptor TRAF6, menyebabkan aktivasi NF-kB dan bertranslokasi ke nukleus. NF-kB meningkatkan pengekspresian c -Fos dan c-Fos berinteraksi dengan NFATc1 untuk memicu transkripsi gen osteoklastogenik. OPG menghambat proses inisiasi dengan cara mengikat RANKL.
NFAT, nuclear factor of activated T cells; NF-κB, nuclear factor-κB; OPG, osteoprotegerin; RANKL, receptor activator of nuclear factor-κB ligand; TRAF, tumor necrosis factor receptor associated factor.
Imunoreseptor, osteoimunologi, dan RANKL
Adalah belum jelas bagaimana pensinyalan kalsium diaktifasi selama pembentukan tulang, namun ini nampaknya melibatkan the Fc receptor common γ subunit (FcRγ) immunoreceptor yang diekspres osteoklas dan protein adapter DNAX-activating protein 12, yang berasosiasi dengan sebuah imunoreseptor dengan motif aktifasi berbasis-tirosin (44). Tikus kecil knockout ganda DNAX-activating protein 12/FcRγ memiliki gangguan aktifasi NFATc1 terinduksi-RANKL dan gangguan pembentukan osteoklas, dan sangat osteopetrotik (45). Namun, jalur pensinyalan berperantaraan-reseptor ini tidak dapat menginduksi pembentukan osteoklas dengan caranya sendiri. Dus, seperti halnya M-CSF, ia diperlukan namun tidaklah cukup bagi osteoklastogenesis. Reseptor-reseptor berasosiasi-FcRγ meliputi reseptor berasosiasi-osteoklas, yang pengekspresiannya diregulasi oleh NFATc1. Dus, pensinyalan lewat RANKL/RANK dan semua reseptor ini dalam penyakit inflamasi menyediakan suatu mekanisme pengamplifikasian bermediasikan-NFATc1 yang secara potensiil dapat meningkatkan pembentukan osteoklas melebihi apa yang dikerjakan oleh RANKL sendiri saja. Mekanisme untuk menguatkan pembentukan osteoklas dalam penyakit tulang inflamasi ini dapat juga diaugmentasikan oleh TNF, yang tidak hanya menginduksi pengekspresian c-fms oleh OCPs (46) namun juga meningkatkan proliferasi dan kelangsungan hidup sel-sel ini juga menguatkan keluarnya mereka dari sumsum tulang menuju aliran darah, dari mana mereka dapat alight dalam jumlah meningkat pada lokasi-lokasi inflamasi. OCPs ini juga meningkatkan sekret prekursor mereka sehingga lebih banyak faktor yang berinteraksi dengan sel imun dan sel lainnya untuk mempengaruhi volum dan turnover tulang dalam berbagai jenis gangguan tulang (Gambar 2).
Gambar 2
Osteoklas dan prekursor osteoklas adalah sel-sel sekretori. Dalam penyakit tulang inflamasi, peningkatan TNF sistemik merangsang pembangkitan OCP dalam sumsum tulang dan juga meningkatkan jalan keluar mereka ke dalam aliran darah, dari mana mereka dapat turun dalam jumlah yang meningkat pada lokasi peradangan. OCP ini berdiferensiasi menjadi osteoklas dan meningkatkan produksi mereka banyak faktor dalam menanggapi TNF dan RANKL dan dengan demikian mendorong siklus ganas (vicious) yang menguat-otomatis untuk meningkatkan jumlah osteoklas dan berinteraksi dengan sel imun dan sel lainnya dalam mempengaruhi volum dan omset (turnover) tulang. OCP, osteoclast precursor; RANKL, receptor activator of nuclear factor-κB ligand; TNF, tumor necrosis factor.
Simpulan
Sistim RANK/RANKL/OPG merupakan satu dari banyak temuan paling penting dalam biologi tulang pada dekade lalu. Sistim ini adalah sangat penting bagi kesehatan tulang, dan disrupsinya mengawali ke pada atau menyebabkan sejumlah penyakit tulang. Berbagai studi terakhir mengindikasikan bahwa pensinyalan RANKL/RANK juga memainkan sebuah peran penting dalam jaringan lainnya (Gambar 3).
Gambar 3
Peran dari sistem RANKL/RANK dalam tulang dan jaringan lain. RANKL diproduksi oleh berbagai tipe sel dan ekspresinya diatur oleh banyak faktor fisiologis dan patologis. Studi praklinis pada tikus dan studi tentang jaringan manusia telah mengungkapkan berbagai fungsi untuk pensinyalan RANKL/RANK dalam keadaan normal dan patologis. OPG dapat mengikat dengan RANKL dan mencegah interaksinya dengan RANK untuk menghambat pembentukan osteoklas, tetapi dampaknya pada fungsi selular lain dari RANKL belum ditentukan. OPG, osteoprotegerin; RANKL, receptor actifator of nuclear factor-κB ligand.
Akan tetapi, banyak isu penting masih tetap belum terungkap. Sebagai contoh, bagaimana sistim ini teraktifasi dan kemudian diinaktifasikan selama remodeling tulang normal? Sel yang mana yang secara khusus dalam garis turunan sel osteoblas/sel stroma mengatur remodeling tulang normal dan patologis? Apakah mereka semua imatur, sel stromal tanpa produksi matriks, atau apakah osteoblas penyintesis osteoid memainkan peran regulasi major dalam tambahannya menjaga osteoklas menjauh dari mereka sementara mereka mengisi trenches resorpsi? Apakah sel stromal bersirkulasi dalam jumlah yang cukup, seperti halnya OCPs, untuk memainkan peran penting dalam remodeling tulang normal dan patologis yang bermediasikan-RANKL/RANK? Bagaimana pensinyalan RANKL/RANK meregulasi fungsi osteoblas dan efek anabolik PTH atau berbagai agen anabolik potensial lainnya? Apakah level serum dari RANKL atau OPG mencerminkan apa yang terjadi dalam tulang dan sendi pasien? Apakah pensinyalan RANKL/RANK memainkan peran penting baik dalam pertumbuhan sel kanker maupun interaksinya dengan sel lainnya dalam tulang? Bagaimana sejatinya sel imun mempengaruhi fungsi osteoklas dan osteoblas/sel stromal dalam keadaan normal dan sakit? Telah menjadi semakin dikenal bahwa osteoklas per se – sebagai sel sekretori – merupakan sebuah sel imun. Seberapa pentingkah osteoklas dan prekursor mereka dalam meregulasi formasi dan fungsi mereka sendiri relatif terhadap makrofag dan sel imun yang lainnya? Penjelasan akan peran khusus yang dimainkan oleh RANKL/RANK pada berbagai tipe sel ini kemungkinannya akan mengaitkan remodeling tulang dengan pengaturan fungsi sitim organ lainnya dalam kesehatan dan penyakit.
