i løbet af de sidste 24 år har knogle-og mineralmetabolismeforskningssamfundet (og National Institutes of Health og adskillige andre nationale og internationale finansieringsagenturer, der støtter det) viet en hel del intellektuel energi og ressourcer til nogle provokerende, undertiden kontroversielle ideer om osteocalcin (OCN). OCN er et 46 aminosyreprotein, der produceres og udskilles næsten udelukkende af osteoblaster, terminalt differentierede celler, der er ansvarlige for syntesen og mineraliseringen af knoglematricen under udviklingen af skeletet og dets periodiske regenerering gennem hele livet. Osteoblaster stammer fra mesenkymale forfædre og er kortvarige celler, der konstant udskiftes, afhængigt af efterspørgslen efter knogledannelse på et bestemt sted og tidspunkt . OCN, der udskilles af osteoblaster, indeholder tre restkoncentrationer, der giver høj affinitet til knoglehydroksyapatitmatricen. Imidlertid, når knoglen resorberes af osteoklaster, en makrofagafledt celletype, den sure pH i resorptionsrummet forårsager, at carboksyl-grupperne på OCN fjernes, og decarboksyleret OCN frigives i omløb. De cirkulerende niveauer af DECARBOKSYLERET OCN er derfor afhængige af hastigheden af knogleomsætning, også kendt som remodeling.

oprindeligt tænkt at fungere udelukkende i knogler, har en mere ekspansiv opfattelse af decarboksyleret OCN som et endokrin hormon udviklet sig, stort set gennem arbejde af Gerard Karsenty og kolleger og begynder med beskrivelsen af en OCN knockout mus 24 år siden . Som et hormon er OCN blevet foreslået at virke på flere endeorganer og væv, herunder bugspytkirtlen, leveren, fedtceller, muskler, mandlige gonader og hjerne for at regulere funktioner, der spænder fra knoglemasseakkumulering til kropsvægt, fedme, glukose og energimetabolisme, mandlig fertilitet, hjerneudvikling og kognition . Denne ide – at OCN er et endokrin hormon med pleiotropiske virkninger—er bredt citeret i lærebøger og gennemgangsartikler og har givet begrundelsen for talrige menneskelige undersøgelser af forholdet mellem OCN og diabetes eller fedme.

der har imidlertid været flere tilsyneladende mangler i ideen om “OCN er et endokrin hormon”. Antallet af osteoblaster (og derfor de cirkulerende niveauer af decarboksyleret OCN) ændrer sig ubønhørligt gennem hele livet som et resultat af fysiologiske, adaptive eller patologiske ændringer i selve knoglen, der kan være akutte eller kroniske, systemiske eller lokaliserede og reversible eller irreversible uden ændringer i de formodede ekstraskeletale mål for decarboksyleret 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. Tilsvarende medicin—godkendt efter omfattende forsøg med tusinder af forsøgspersoner og efterfølgende brugt af millioner til behandling af osteoporose-reducerer eller øger OCN-niveauer i serum dramatisk uden nogen effekt på glukosehomeostase, testosteronproduktion, muskler eller adfærd. Derudover har musemålretningsundersøgelser af GPRC6A, der foreslås at være en OCN-receptor , der modulerer pancreasrr-celleproliferation, givet modstridende resultater med hensyn til glukose og energimetabolisme . En mulig forklaring på forskellene mellem resultater hos mus og dem hos mennesker er, at OCN-genetik og-funktion adskiller sig mellem mennesker og mus; mennesker har et enkelt OCN-gen, mens der hos mus er to tilstødende OCN-gener, Bglap og Bglap2. Rotter har imidlertid et enkelt OCN-gen, og rotter, der bærer en OCN-null-mutation introduceret ved genredigering, udviser ikke fedme, insulinresistens eller glukoseintolerance . Sortering gennem disse tilsyneladende uoverensstemmelser har været udfordrende, da Karsenty knockout-musen ikke har været bredt tilgængelig til bekræftende undersøgelser.

den aktuelle udgave af PLOS Genetics indeholder to undersøgelser af uafhængige OCN mouse knockout modeller. I artiklen af moriishi og kolleger erstattede forfatterne DNA, der koder for Bglap og Bglap2 med en neo-kassette i embryonale stamceller. Ved hjælp af denne model undersøgte de OCN ‘ s rolle på knogledannelse og mineralisering samt glukosemetabolisme, testosteronproduktion og muskelmasse. De viser, at OCN i modsætning til resultaterne rapporteret af Karsenty og kolleger (som brugte en lignende genmålretningsstrategi) ikke spiller nogen rolle i knogledannelse (eller resorption) og knoglemasse i østrogen-tilstrækkelig eller østrogenmangel. I stedet er OCN uundværlig for tilpasningen af biologiske apatitkrystallitter parallelt med kollagenfibre (Fig 1). Tab af OCN-funktion havde ingen effekt på kollagenorientering, som forblev normal. Knoglestyrken blev imidlertid nedsat i de OCN-mangelfulde mus, hvilket indikerer, at justering af krystallitter med kollagenfibre er en af de undvigende determinanter for knoglekvalitet, der sammen med knoglemasse bestemmer knoglens evne til at modstå brud. Derudover viser den detaljerede og tankevækkende undersøgelse af moriishi og kolleger, at OCN ikke spiller nogen rolle i træningsinduceret knogledannelse, glukosemetabolisme, forbedring af glukosemetabolismen forårsaget af motion, testosteronsyntese, spermatogenese eller muskelmasse.

Hent:

• større billede
• originalt billede

Fig 1. En opdatering fra 2020 af osteocalcins biologiske rolle.

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

i artiklen af Diegel og kolleger brugte forfatterne CRISPR/Cas9-medieret genredigering til at slette de fleste af bglap-og bglap2-proteinkodende regioner. De rapporterer, at homosygøse genredigerede mus ikke har nogen cirkulerende OCN, men normal knoglemasse såvel som normal blodsukker og normal mandlig fertilitet. Derudover viser RNA-sekv af kortikale knogleprøver fra OCN-mangelfulde mus minimale forskelle fra de ikke-mutante kontrolmus. Mutantmusene udviser ikke desto mindre øget knoglekrystalstørrelse og modning af hydroksyapatit, i overensstemmelse med den førnævnte rapport fra Moriishi og kolleger, tidligere bevis fra mange andre grupper og den generelle konsensus om, at OCN spiller en rolle i mineralisering.

Hvad skal vi gøre af de tilsyneladende uoverensstemmelser mellem artiklerne i den aktuelle udgave af PLOS Genetics, arbejdet med rat knockout og det tidligere arbejde af Karsenty og kolleger? I de sidste par år, irreproducerbarhed af forskningsresultater, især fra undersøgelser med prækliniske dyremodeller, der kunne være relevante for menneskelig biologi og sygdom , er blevet en enorm bekymring for alle interessenter i forskningsvirksomheden, inklusive knogle-og mineralforskningsmiljøet . De undersøgelser, der diskuteres i dette perspektiv, er et godt eksempel på problemet. Genetisk baggrund, modifikationsgener og forskelle i knockout-allelernes molekylære genetik forbliver mulige forklaringer på uoverensstemmelserne, men hverken moriishi og kolleger eller Diegel og kolleger kan forklare den slående uoverensstemmelse mellem deres fund og dem fra Karsenty-gruppen. Det er dog vigtigt, at begge grupper udtrykkeligt angiver, at de dyr, de har konstrueret, vil blive doneret til distributionscentre og gjort offentligt tilgængelige, så deres fund kan bekræftes og udvides af andre interesserede efterforskere. Faktisk er vigtigheden af ressourcedeling en af de mest værdifulde hjemmebeskeder. Jeg tror, at videnskaben er ubønhørligt selvkorrigerende, og arbejdet i den aktuelle udgave af PLOS Genetics repræsenterer en vigtig korrektion med konsekvenser for tidligere og fremtidigt arbejde med forbindelserne, eller mangel deraf, mellem knogle og resten af kroppen.