生活百科
生活百科
Dreamers!でお小遣い稼ごう 今すぐ無料登録

関節軟骨とプロテオグリカン

生活百科

関節軟骨とプロテオグリカン
憧れだったあのセレブ旅行こんなに安く楽しめるなんて!最安値保障!

関節と軟骨

骨と骨が相対している部分が関節で、その骨の先端をおおっているのが軟骨です。軟骨は骨同志の摩擦を防いだり、骨にかかる衝撃を和らげて関節の動きをスムーズにする働きがあります。
この関節軟骨があるため、関節の曲げ伸ばしの動作を繰り返しても骨がすり減ることがありません。

骨の主成分は、コラーゲンとカルシウムで、骨には神経と血管が通っており栄養が血液によって骨に運ばれます。しかし、関節軟骨は神経と血管が通っておらず軟骨のまわりにある関節液を介して栄養を吸収と排出を行います。関節軟骨の厚さは1mm位から、最大の膝蓋軟骨で5mmになります。それは硝子軟骨というスポンジ状の組織で、ここに充分に関節液が染み込んでいる場合は、乳白色で光沢があり、粘弾性に富んだ状態に保たれているのです。
関節軟骨は 表層、中間層、放射層、石灰化層 の4層の層状構造をしています。石灰化層は骨(軟骨下骨)と連結しています。ところが、関節液が少なくなってくるとスポンジが硬くなり弾力性を失い、色は黄色味を帯びてきます。また、軟骨が変質してくると、表面がデコボコになり、一部が欠けたりします。そうなると、直接に骨へ負担がかかってスムーズな動きができなくなります。やがて、軟骨の下の骨が露出し、神経にさわって疼痛が起こり始めます。関節を動かすと痛み感じるようになった時は、すでに軟骨に変形が生じているのです。

関節軟骨の構成成分

関節軟骨は80%の水分、20%の細胞外マトリックスとわずかな軟骨細胞により構成されます。細胞外マトリックスとは、細胞の外側を充填する物質のことで、細胞が生きるための環境を構築する骨格的役割を果たしています。関節軟骨細胞のマトリックスの主要成分はコラーゲン(乾燥重量の60%)とプロテオグリカン(乾燥重量の10%)です。このうちプロテオグリカンは、ヒアルロン酸ポリマーと呼ばれるフィラメント状の芯に多数のプロテオグリカンmonomerという物質が枝のように付着した構造をしています。そしてこの枝状のプロテオグリカンmonomerの間に水分子が引き寄せられて保持されます。ヒアルロン酸1分子当たり100以上のプロテオグリカンmonomerが結合しているとされています。このしくみにより関節軟骨の80%の水分が保たれ、この水分が関節軟骨に弾性を与えているのです。プロテオグリカンmonomerは95%のグルコサミノグリカンと呼ばれる多糖類(GAG)と5%のコア蛋白質からできています。ヒアルロン酸は直線的ポリマーで、グルクロン酸とNアセチルグルコサミン(グルコサミンのアセチル化)の二糖類の繰り返しから成ります。
プロテオグリカンは軟骨細胞から合成されます。プロテオグリカンはコアとなる蛋白質やグルコサミノグリカンの種類の違いにより20種類ほど知られていますが、関節軟骨にあるものはアグリカンと呼ばれており、脊椎動物の体内に存在するプロテオグリカンの大半を占めています。アグリカンの最大の特徴は大量のコンドロイチン硫酸(CS)を含有する点にあります。このため軟骨組織の同定ににはCS の存在を示すアルシャンブルー等の染色法が用いられているのです。アグリカンは100本以上のCS 鎖をコアタンパク質に共有結合しています。アグリカンの機能の本体はCS 鎖であるということになります。

関節軟骨は、コラーゲンの網目構造内に、水分を保持したアグリカンを圧縮した形で保持することによる浸透膨張圧力と、コラーゲン網目構造の張力によって荷重に耐える仕組みになっています。
参考図(Timothy E. Hardingham Fig.1 http://glycoforum.gr.jp/science/hyaluronan/HA05/HA05J.html)

アグリカンは3つの球状ドメイン(G1、G2、G3)と、2つの伸張領域から成っています。2つの伸張領域はG1とG2の間の部分と、主要なグリコサミノグリカン結合部分です(可変なケラタン硫酸部位と、2つのコンドロイチン硫酸部位(CS-1とCS-2))。
参考図(Timothy E. Hardingham Fig.2 http://glycoforum.gr.jp/science/hyaluronan/HA05/HA05J.html)

軟骨細胞と変形性膝関節症

細胞外マトリックスを構成するプロテオグリカンやコラーゲンは軟骨細胞により合成されています。そして、合成は各種のホルモンと成長因子により制御されていることが確かめられています。軟骨細胞はコラーゲンやプロテオグリカン分子をつくる工場のようなものです。軟骨内のコラーゲン、プロテオグリカンの量を一定に保つために、足りなくなったら新しく作り、古くなって機能の低下したものは酵素を放出して分解します。
軟骨細胞は成熟した後(肥大軟骨細胞) アポトーシス(細胞の自然死)に至ります。そこに血管が軟骨基質を溶解する破骨細胞とともに侵入します。そして、骨髄腔を形成し造血が始まって骨が形成されるのです。軟骨周囲の未分化間葉系細胞が骨芽細胞に分化しつつ骨髄腔に侵入して骨を形成することにより、軟骨は骨に置き変わっていくのです。未分化間葉系幹細胞が骨芽細胞に分化することと軟骨細胞が成熟することが骨のできる条件です。未分化間葉系細胞とは、骨格を形成する骨芽細胞、軟骨細胞、筋芽細胞、脂肪細胞、腱細胞、線維芽細胞が分化していく基になる細胞です。未分化間葉系細胞が骨格を形成するどの細胞に分化するかは、転写因子という遺伝子によって制御され決定されていることがわかっています。
骨芽細胞の減少及びその機能低下は骨粗鬆症の原因となります。一方、力学的ストレスによる軟骨細胞の成熟の進行は変形性関節症の原因となります。変形性膝関節症は関節軟骨がすり減ってしまう病気です。軟骨細胞の減少によって関節が刺激されて炎症を起こし、これが痛みとなります。膝に水が溜まるという状態が、この段階です。形が大きくなると、関節の部分がとげ状態となり膝の曲げ伸ばしで鋭い痛みを伴うようになります。骨芽細胞を増やすこと、軟骨細胞の成熟を抑制することはともにそれらにかかわる転写因子の導入や抑制によって可能であると考えられています。転写因子を誘導・抑制する薬剤の開発や遺伝子治療によって骨粗鬆症の抑制や、関節軟骨の再生医療の可能性が期待されているのです。
軟骨細胞の再生方法として、ヒト胚性幹細胞(ES細胞)を利用する方法も研究されています。細胞は分裂を繰り返し、未分化な細胞集団となり、次に外胚葉、中胚葉、内胚葉という三つの胚葉に分かれてそれぞれの器官を形成していきます。外胚葉は、皮膚や髪の毛、脳・神経を作ります。中胚葉は、血液や心臓、腎臓、筋肉などの器官になります。軟骨細胞はここに属します。内胚葉は、肝臓や膵臓、消化管などの器官になります。中胚葉や内胚葉以前のいずれにもなりうる状態を中内胚葉と呼びます。はじめに万能性を持つES細胞から、中内胚葉に相当する細胞を作り出します。次に中内胚葉に相当する細胞集団から中胚葉に相当する細胞を作ります。最後に中胚葉に相当する細胞から軟骨細胞様の細胞集団を作り出します。これらのプロセスを実際の医療現場で生かす方法が探究されているのです。

旅行が仕事!!世界中を無料で旅しながら収入がどんどん増えていく 2018年日本上陸
1

関連記事

ピックアップ!

ピックアップ!

タグ

月別アーカイブ

https://aff.celebritytrip.club/ad/1421/647412
お役立ち情報
お役立ち情報