az elmúlt 24 évben a csont-és ásványi anyagcsere kutatóközösség (és a Nemzeti Egészségügyi Intézetek és számos más nemzeti és nemzetközi finanszírozó ügynökség, amely támogatja) nagy szellemi energiát és erőforrásokat szentelt néhány provokatív, néha ellentmondásos ötletnek az osteocalcinről (OCN). Az OCN egy 46 aminosavból álló fehérje, amelyet szinte kizárólag az oszteoblasztok termelnek és szekretálnak, terminálisan differenciált sejtek, amelyek felelősek a csontmátrix szintéziséért és mineralizációjáért a csontváz fejlődése során és annak időszakos regenerációjában az egész életen át. Az oszteoblasztok mesenchymalis progenitorokból származnak, és rövid életű sejtek, amelyeket folyamatosan cserélnek, attól függően, hogy egy adott helyen és időben szükség van-e a csontképződésre . Az oszteoblasztok által szekretált OCN háromot tartalmaz 6-karboxi-glutaminsav maradványok, amelyek nagy affinitást kölcsönöznek a csont hidroxi-apatit mátrixának. Amikor azonban a csontot az oszteoklasztok, egy makrofág eredetű sejttípus reszorbeálja, a reszorpciós rekesz savas pH-ja az OCN karboxilcsoportjainak eltávolítását eredményezi, és a dekarboxilezett OCN forgalomba kerül. A dekarboxilezett OCN keringő szintje tehát a csontforgalom sebességétől függ, más néven átalakítás.

eredetileg úgy gondolták, hogy kizárólag a csontban működik, a dekarboxilezett OCN mint endokrin hormon szélesebb körű nézete alakult ki, nagyrészt Gerard Karsenty és kollégái munkája révén, és kezdve egy OCN knockout egér leírásával 24 évvel ezelőtt . Hormonként az OCN – t javasolták, hogy több végszervre és szövetre hatjon, beleértve a hasnyálmirigyet, a májat, a zsírsejteket, az izmokat, a férfi ivarmirigyeket és az agyat, hogy szabályozza a csonttömeg felhalmozódásától a testtömegig, az adipozitásig, a glükóz-és energiaanyagcseréig, a férfi termékenységig, az agy fejlődéséig és a megismerésig terjedő funkciókat . Ezt az elképzelést—hogy az OCN egy pleiotropikus hatású endokrin hormon—széles körben idézik tankönyvekben és áttekintő cikkekben, és számos emberi tanulmány alapjául szolgált az OCN és a cukorbetegség vagy az elhízás közötti kapcsolatról.

azonban számos nyilvánvaló hiányosság volt az “OCN egy endokrin hormon” ötletben. Az oszteoblasztok száma (és ezért a dekarboxilezett OCN keringő szintje) feltartóztathatatlanul változik az élet során a csont fiziológiai, adaptív vagy patológiás változásai következtében, amelyek lehetnek akut vagy krónikus, szisztémás vagy lokalizált, reverzibilis vagy irreverzibilis, a dekarboxilezett OCN feltételezett extraskeletális célpontjainak változása nélkül. 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. Hasonlóképpen, a gyógyszerek-amelyeket több ezer alanyon végzett kiterjedt vizsgálatok után hagytak jóvá, majd milliók használtak az osteoporosis kezelésére—drámai módon csökkentik vagy növelik a szérum OCN szintjét anélkül, hogy bármilyen hatással lennének a glükóz homeosztázisra, a tesztoszterontermelésre, az izmokra vagy a viselkedésre. Ezen túlmenően a gprc6a egérgén-célzási vizsgálata, amely OCN-receptorként modulálja a hasnyálmirigy-sejtproliferációt, ellentmondásos eredményeket hozott a glükóz és az energia metabolizmus tekintetében . Az egerek és az emberek eredményei közötti különbségek egyik lehetséges magyarázata az, hogy az OCN genetikája és funkciója különbözik az emberek és az egerek között; az embereknek egyetlen OCN génje van, míg az egerekben két szomszédos OCN gén van, a Bglap és a Bglap2. A patkányoknak azonban egyetlen OCN génjük van, és a génszerkesztéssel bevezetett OCN null mutációt hordozó patkányok nem mutatnak elhízást, inzulinrezisztenciát vagy glükóz intoleranciát . Ezeknek a látszólagos eltéréseknek a rendezése kihívást jelent, mivel a Karsenty knockout egér nem volt széles körben elérhető megerősítő vizsgálatokhoz.

a PLOS Genetics jelenlegi kiadása két független tanulmányt tartalmaz OCN egér kieséses modellek. Moriishi és kollégái cikkében a szerzők a Bglap és a Bglap2 kódolású DNS-t egy Neo kazettával helyettesítették az embrionális őssejtekben. Ezzel a modellel vizsgálták az OCN szerepét a csontképződésben és mineralizációban, valamint a glükóz anyagcserében, a tesztoszteron termelésben és az izomtömegben. Azt mutatják, hogy a Karsenty és munkatársai által közölt eredményekkel ellentétben (amelyek hasonló géncélzási stratégiát alkalmaztak) az OCN nem játszik szerepet a csontképződésben (vagy reszorpcióban) és a csonttömegben ösztrogén-elegendő vagy ösztrogén-hiányos állapotban. Ehelyett az OCN elengedhetetlen a biológiai apatitkristályok kollagénszálakkal párhuzamos összehangolásához (1.ábra). Az OCN funkció elvesztése nem befolyásolta a kollagén orientációját, ami normális maradt. A csont szilárdsága azonban csökkent az OCN-hiányos egerekben, jelezve, hogy a kristályoknak a kollagénszálakkal való összehangolása a csontminőség egyik megfoghatatlan meghatározója, amely a csonttömeggel együtt meghatározza a csont azon képességét, hogy ellenálljon a töréseknek. Ezenkívül moriishi és munkatársai részletes és átgondolt tanulmánya azt mutatja, hogy az OCN nem játszik szerepet a testmozgás által kiváltott csontképződésben, a glükóz anyagcserében, a testmozgás által okozott glükóz metabolizmus javításában, a tesztoszteron szintézisében, a spermatogenezisben vagy az izomtömegben.

letöltés:

• PowerPoint slide
• nagyobb kép
• eredeti kép

1.ábra. Az osteocalcin biológiai szerepének 2020-as frissítése.

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

diegel és kollégái cikkében A szerzők CRISPR/Cas9 által közvetített génszerkesztést használtak a legtöbb Bglap és Bglap2 fehérje kódoló régió törlésére. Beszámoltak arról, hogy a homozigóta génszerkesztett egereknek nincs keringő OCN-je, de normális csonttömegük, normál vércukorszintjük és normális férfi termékenységük van. Ezenkívül az OCN-hiányos egerekből származó kortikális csontminták RNS-seq-je minimális különbségeket mutat a nem mutáns kontroll egerektől. A mutáns egerek mindazonáltal megnövelték a csontkristály méretét és a hidroxiapatit érését, összhangban Moriishi és kollégái fent említett jelentésével, sok más csoport korábbi bizonyítékaival, és azzal az Általános konszenzussal, hogy az OCN szerepet játszik az mineralizációban.

Mit tegyünk a PLoS Genetics aktuális számában megjelent cikkek, a patkánykiütésről szóló munka és Karsenty és kollégáinak korábbi munkája közötti látszólagos eltérésekről? Az elmúlt néhány évben a kutatási eredmények reprodukálhatatlansága, különösen a preklinikai állatmodellekkel végzett vizsgálatokból, amelyek relevánsak lehetnek az emberi biológia és a betegségek szempontjából, óriási aggodalomra ad okot a kutatási vállalkozás minden érdekeltje számára , beleértve a csont-és ásványkutató közösséget is . Az ebben a perspektívában tárgyalt tanulmányok kiváló példa a problémára. A genetikai háttér, a módosító gének és a knockout allélok molekuláris genetikájának különbségei továbbra is lehetséges magyarázatok az eltérésekre, de sem Moriishi és kollégái, sem Diegel és kollégái nem tudják megmagyarázni az eredményeik és a Karsenty-csoport megállapításai közötti szembetűnő ellentmondást. Fontos azonban, hogy mindkét csoport kifejezetten kijelenti, hogy az általuk épített állatokat elosztó központoknak adományozzák, és nyilvánosan hozzáférhetővé teszik, hogy megállapításaikat más érdeklődő nyomozók megerősíthessék és kibővíthessék. Valójában az erőforrás-megosztás fontossága az egyik legértékesebb otthoni üzenet. Úgy gondolom, hogy a tudomány feltartóztathatatlanul önkorrekció, és a PLOS Genetics jelenlegi számában végzett munka fontos korrekciót jelent, amely hatással van a csont és a test többi része közötti kapcsolatokra vagy azok hiányára vonatkozó múltbeli és jövőbeli munkára.