Durante los últimos 24 años, la comunidad de investigación del metabolismo óseo y mineral (y los Institutos Nacionales de Salud y numerosas otras agencias de financiación nacionales e internacionales que la apoyan) han dedicado una gran cantidad de energía intelectual y recursos a algunas ideas provocadoras, a veces controvertidas, sobre la osteocalcina (OCN). La OCN es una proteína de 46 aminoácidos producida y secretada casi exclusivamente por osteoblastos, células diferenciadas terminales responsables de la síntesis y mineralización de la matriz ósea durante el desarrollo del esqueleto y su regeneración periódica a lo largo de la vida. Los osteoblastos se originan a partir de progenitores mesenquimales y son células de corta vida que se reemplazan constantemente, dependiendo de la demanda de formación ósea en un lugar y un tiempo particulares . El OCN secretado por los osteoblastos contiene tres residuos de ácido γ-carboxiglutámico que confieren una alta afinidad a la matriz de hidroxiapatita ósea. Sin embargo, cuando el hueso es reabsorbido por osteoclastos, un tipo de célula derivada de macrófagos, el pH ácido en el compartimiento de reabsorción hace que los grupos carboxilos en OCN se eliminen, y OCN descarboxilado se libera en circulación. Por lo tanto, los niveles circulantes de NCO descarboxilado dependen de la tasa de recambio óseo, también conocida como remodelación.

Originalmente pensado para funcionar exclusivamente en el hueso, una visión más amplia de la OCN descarboxilada como una hormona endocrina ha evolucionado, en gran parte a través del trabajo de Gerard Karsenty y sus colegas y comenzando con la descripción de un ratón nocaut OCN hace 24 años . Como hormona, se ha propuesto que la OCN actúe en múltiples órganos y tejidos terminales, incluidos el páncreas, el hígado, las células grasas, los músculos, las gónadas masculinas y el cerebro, para regular funciones que van desde la acumulación de masa ósea hasta el peso corporal, la adiposidad, el metabolismo de la glucosa y la energía, la fertilidad masculina, el desarrollo cerebral y la cognición . Esta idea-que la OCN es una hormona endocrina con efectos pleiotrópicos – es ampliamente citada en libros de texto y artículos de revisión y ha proporcionado la justificación para numerosos estudios en humanos sobre la relación entre la OCN y la diabetes u obesidad.

Ha habido, sin embargo, varias deficiencias aparentes en la idea de «OCN es una hormona endocrina». El número de osteoblastos (y, por lo tanto, los niveles circulantes de NCO descarboxilado) cambian inexorablemente a lo largo de la vida como resultado de cambios fisiológicos, adaptativos o patológicos del hueso mismo que pueden ser agudos o crónicos, sistémicos o localizados, reversibles o irreversibles, sin cambios en las supuestas dianas extraesqueléticas de la NCO descarboxilada. 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. De manera similar, los medicamentos, aprobados después de extensos ensayos con miles de sujetos y posteriormente utilizados por millones para el tratamiento de la osteoporosis, disminuyen o aumentan drásticamente los niveles séricos de OCN sin ningún efecto sobre la homeostasis de la glucosa, la producción de testosterona, los músculos o el comportamiento. Además, los estudios de segmentación génica en ratones del GPRC6A, propuesto como un receptor OCN que modula la proliferación de células β pancreáticas, han arrojado resultados contradictorios con respecto al metabolismo energético y de la glucosa . Una posible explicación de las diferencias entre los resultados en ratones y en humanos es que la genética y la función de los OCN difieren entre humanos y ratones; los humanos tienen un solo gen OCN, mientras que en ratones, hay dos genes OCN adyacentes, Bglap y Bglap2. Sin embargo, las ratas tienen un solo gen OCN, y las ratas portadoras de una mutación nula de OCN introducida por la edición de genes no exhiben obesidad, resistencia a la insulina o intolerancia a la glucosa . La clasificación de estas discrepancias aparentes ha sido un desafío ya que el ratón knockout de Karsenty no ha sido ampliamente disponible para estudios confirmatorios.

El número actual de PLOS Genetics presenta dos estudios de modelos de nocaut de ratón OCN independientes. En el artículo de Moriishi y sus colegas, los autores reemplazaron la codificación de ADN Bglap y Bglap2 con un neo cassette en células madre embrionarias. Usando este modelo, investigaron el papel del OCN en la formación y mineralización ósea, así como en el metabolismo de la glucosa, la producción de testosterona y la masa muscular. Muestran que, en contraste con los resultados reportados por Karsenty y sus colegas (que utilizaron una estrategia de orientación genética similar), la OCN no desempeña ningún papel en la formación ósea (o reabsorción) y la masa ósea en el estado de estrógeno suficiente o deficiente. En cambio, la OCN es indispensable para la alineación de los cristalitos biológicos de apatita paralelos a las fibras de colágeno (Fig.1). La pérdida de la función OCN no tuvo efecto en la orientación del colágeno, que permaneció normal. La resistencia ósea, sin embargo, disminuyó en los ratones con deficiencia de OCN, lo que indica que la alineación de cristalitos con fibras de colágeno es uno de los determinantes elusivos de la calidad ósea que, junto con la masa ósea, determina la capacidad del hueso para resistir fracturas. Además, el estudio detallado y reflexivo de Moriishi y sus colegas muestra que la OCN no desempeña ningún papel en la formación ósea inducida por el ejercicio, el metabolismo de la glucosa, la mejora del metabolismo de la glucosa causada por el ejercicio, la síntesis de testosterona, la espermatogénesis o la masa muscular.

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Fig 1. Una actualización de 2020 del papel biológico de la osteocalcina.

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

En el artículo de Diegel y sus colegas, los autores utilizaron la edición de genes mediada por CRISPR / Cas9 para eliminar la mayoría de las regiones codificadoras de proteínas Bglap y Bglap2. Informan que los ratones homocigotos editados por genes no tienen OCN circulante, sino masa ósea normal, así como glucosa en sangre normal y fertilidad masculina normal. Además, el ARN-seq de muestras de hueso cortical de ratones con deficiencia de OCN muestra diferencias mínimas con respecto a los ratones de control no mutantes. Los ratones mutantes, sin embargo, exhiben un mayor tamaño de cristal óseo y maduración de hidroxiapatita, consistente con el informe mencionado de Moriishi y colegas, evidencia anterior de muchos otros grupos, y el consenso general de que la OCN juega un papel en la mineralización.

¿Qué vamos a hacer de las aparentes discrepancias entre los artículos en el número actual de PLOS Genetics, el trabajo sobre the rat knockout y el cuerpo de trabajo anterior de Karsenty y colegas? En los últimos años, la irreproducibilidad de los resultados de la investigación, en particular de los estudios con modelos animales preclínicos que podrían ser relevantes para la biología y la enfermedad humanas, se ha convertido en una enorme preocupación para todas las partes interesadas de la empresa de investigación , incluida la comunidad de investigadores de huesos y minerales . Los estudios discutidos en esta perspectiva son un excelente ejemplo del problema. Los antecedentes genéticos, los genes modificadores y las diferencias en la genética molecular de los alelos knockout siguen siendo posibles explicaciones de las discrepancias, pero ni Moriishi y sus colegas ni Diegel y sus colegas pueden explicar la sorprendente incongruencia entre sus hallazgos y los del grupo Karsenty. Sin embargo, es importante destacar que ambos grupos declaran explícitamente que los animales que han construido serán donados a centros de distribución y puestos a disposición del público para que sus hallazgos puedan ser confirmados y extendidos por otros investigadores interesados. De hecho, la importancia de compartir recursos es uno de los mensajes más valiosos para llevar a casa. Creo que la ciencia es inexorablemente autocorrectora, y el trabajo en el número actual de PLOS Genetics representa una corrección importante con implicaciones para el trabajo pasado y futuro sobre las conexiones, o la falta de ellas, entre el hueso y el resto del cuerpo.