v Průběhu posledních 24 let kostní a minerální metabolismus výzkum společenství (a National Institutes of Health a mnoho dalších národních a mezinárodních agentur pro financování, které ji podporují) věnovali velkou duševní energii a zdroje na některé provokativní, někdy kontroverzní, myšlenky o osteokalcin (OCN). OCN 46 aminokyselin proteinu, který je produkován a vylučován téměř výhradně osteoblasty, terminálně diferencované buňky, které jsou zodpovědné za syntézu a mineralizaci kostní matrix během vývoje kostry a jeho periodické regenerace po celý život. Osteoblasty pocházejí z mezenchymálních kmenových buněk a jsou krátké-žil buňky, které jsou neustále nahrazeny, v závislosti na poptávce pro tvorbu kostí v konkrétním místě a čase . OCN vylučovaná osteoblasty obsahuje tři zbytky kyseliny γ-karboxyglutamové, které propůjčují vysokou afinitu k matrici kostního hydroxyapatitu. Nicméně, když se kost resorbuje tím, osteoklasty, makrofágů-odvozený typ buněk, kyselé pH v resorpční prostor způsobuje, že karboxylové skupiny na OCN, musí být odstraněny, a dekarboxylované OCN je propuštěn do oběhu. Cirkulující hladiny dekarboxylovaného OCN jsou proto závislé na rychlosti kostního obratu, známého také jako remodelace.

Původně myslel, že fungovat výhradně v kostech, více expanzivní výhled dekarboxylované OCN jako endokrinní hormon se vyvinul, a to především prostřednictvím práce Gerard Karsenty a kolegy a začíná popis OCN knockout myši před 24 lety . Jako hormon, OCN bylo navrženo jednat o více koncovými orgány a tkáně, včetně slinivky břišní, jater, tukové buňky, svaly, mužské pohlavní žlázy a mozku regulovat funkce v rozmezí od akumulace kostní hmoty na tělesné hmotnosti, obezita, glukózu a energetický metabolismus, mužské plodnosti, vývoj mozku a poznání . Tato myšlenka—že OCN je endokrinní hormon s pleiotropní účinky—je široce citován v učebnicích a hodnocení článků a poskytl důvody pro četné humánní studie o vztahu mezi OCN a diabetes nebo obezita.

došlo však k několika zjevným nedostatkům v myšlence „OCN je endokrinní hormon“. Počet osteoblastů (a tedy cirkulující hladiny dekarboxylované OCN) neúprosně mění v průběhu života v důsledku fyziologických, adaptivní, nebo patologické změny kosti samotné, které mohou být akutní nebo chronické, systémové nebo lokalizované, a reverzibilní nebo ireverzibilní, bez změny v domnělé extraskeletal cíle dekarboxylované OCN. Examples are skeletal development, growth, adaptation of the skeleton to mechanical forces, fracture healing, changing calcium needs, stress, menstrual cycle, pregnancy, lactation, menopause, aging, hyperparathyroidism or hypoparathyroidism, hyperthyroidism, hypercortisolemia, Paget’s disease, bone tumors, etc. Podobně, léky schválené po rozsáhlé zkoušky s tisíci předměty a následně je používají miliony pro léčbu osteoporózy—dramaticky snížení nebo zvýšení sérové OCN úrovně, aniž by žádný vliv na glukózové homeostázy, produkci testosteronu, svalů, nebo chování. Kromě toho studie zaměřené na myší Gen GPRC6A, navržené jako receptor OCN, který moduluje proliferaci β-buněk pankreatu, přinesly protichůdné výsledky, pokud jde o metabolismus glukózy a energie . Jedním z možných vysvětlení rozdílů mezi výsledky u myší a výsledky u lidí je to, že genetika a funkce OCN se liší mezi lidmi a myší; lidé mají jeden gen OCN, zatímco u myší, existují dva sousední geny OCN, Bglap a Bglap2. Krysy však mají jeden gen OCN a krysy nesoucí mutaci OCN null zavedenou editací genů nevykazují obezitu, inzulínovou rezistenci nebo glukózovou intoleranci . Třídění těchto zjevných nesrovnalostí bylo náročné, protože karsenty knockout myš nebyla široce dostupná pro potvrzující studie.

aktuální vydání PLOS Genetics obsahuje dvě studie nezávislých modelů knockout myší OCN. V článku Moriishi a kolegové , autoři nahrazují DNA kódování Bglap a Bglap2 s neo kazety v embryonálních kmenových buněk. Pomocí tohoto modelu zkoumali roli OCN na tvorbě a mineralizaci kostí, stejně jako metabolismus glukózy, produkci testosteronu a svalovou hmotu. Oni ukazují, že, na rozdíl od výsledků Karsenty a kolegy (který používal podobné gene cílení strategie), OCN nehraje žádnou roli v tvorbě kostí (nebo resorpce) a kostní hmoty v estrogen-dostatečné, nebo estrogen-deficitní stav. Místo toho je OCN nepostradatelná pro zarovnání biologických apatitových krystalů paralelně s kolagenovými vlákny (obr. 1). Ztráta funkce OCN neměla žádný vliv na orientaci kolagenu, která zůstala normální. Pevnost kostí, nicméně, byl snížen v OCN-deficitních myší, což naznačuje, že vyrovnání crystallites s kolagenních vláken je jedním z nepolapitelný determinanty kostní kvality, které spolu s kostní hmoty určuje schopnost kosti odolávat zlomeniny. Navíc, detailní a promyšlené studie Moriishi a kolegů ukazuje, že OCN nehraje žádnou roli v cvičení indukované tvorbě kostí, metabolismus glukózy, zlepšení metabolismu glukózy způsobené cvičení, syntézu testosteronu, spermatogeneze, nebo svalové hmoty.

ke Stažení:

• prezentace PowerPoint
• větší obrázek
• původní obrázek

Obr 1. 2020 aktualizace biologické role osteokalcinu.

https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1008714.g001

V článku o Diegel a kolegové , autoři použili CRISPR/Cas9-zprostředkované genové úpravy odstranit většinu Bglap a Bglap2 bílkovin kódování regionů. Uvádějí, že homozygotní myši upravené genem nemají cirkulující OCN, ale normální kostní hmotu, stejně jako normální hladinu glukózy v krvi a normální mužskou plodnost. Navíc RNA-seq vzorků kortikální kosti z myší s deficitem OCN vykazuje minimální rozdíly od nemutantních kontrolních myší. Mutantní myši, nicméně, vykazují zvýšenou kostní crystal velikost a zrání hydroxyapatitu, v souladu s výše zmíněnou zprávu o Moriishi a kolegové, dříve důkazy o mnoha jiných skupin, a platí obecný konsenzus, že OCN hraje roli při mineralizaci.

Co si máme myslet o zjevných nesrovnalostech mezi články v aktuálním čísle PLOS Genetics, prací na knockoutu potkanů a předchozím dílem Karsenty a kolegů? V posledních několika letech, irreproducibility výsledků výzkumu, zejména ze studií s preklinických modelech na zvířatech, které by mohly být relevantní pro lidské biologie a chorob, se stala obrovským problémem pro všechny zúčastněné strany výzkumu enterprise , včetně kostí a minerální výzkumu společenství . Studie diskutované v této perspektivě jsou ukázkovým příkladem problému. Genetické pozadí, modifikační geny, a rozdíly v molekulární genetika vyřazovací alely zůstávají možné vysvětlení pro rozdíly, ale ani Moriishi a kolegy, ani Diegel a kolegové mohou vysvětlit zarážející rozpor mezi mezi jejich zjištění a poznatků z Karsenty skupiny. Důležité však je, že obě skupiny výslovně uvádějí, že zvířata, která postavili, budou darována distribučním centrům a zveřejněna, aby jejich zjištění mohla být potvrzena a rozšířena dalšími zainteresovanými vyšetřovateli. Důležitost sdílení zdrojů je skutečně jednou z nejcennějších zpráv s sebou domů. Domnívám se, že věda je neúprosně self-oprava, a práce v aktuálním vydání PLOS Genetics představuje důležitý korekce s důsledky pro minulost a budoucnost práce na připojení, nebo nedostatek thereof, mezi kostí a zbytku těla.