Durante os últimos 24 anos, o osso e no metabolismo mineral comunidade de pesquisa (e os Institutos Nacionais de Saúde e de vários outros nacionais e internacionais de financiamento de agências que oferecem suporte a ele) tem dedicado uma grande quantidade de energia intelectual e recursos para alguns provocador, às vezes controverso, idéias sobre a osteocalcina (OCN). OCN é uma proteína de 46 aminoácidos que é produzida e secretada quase exclusivamente por osteoblastos, células terminalmente diferenciadas responsáveis pela síntese e mineralização da matriz óssea durante o desenvolvimento do esqueleto e sua regeneração periódica ao longo da vida. Os osteoblastos provêm de progenitores mesenquimais e são células de curta duração que são constantemente substituídas, dependendo da demanda por formação óssea em um determinado local e tempo . A OCN secretada por osteoblastos contém três resíduos de ácido γ-carboxiglutâmico que conferem elevada afinidade à matriz da hidroxiapatite óssea. No entanto, quando o osso é reabsorvido por osteoclastos, um tipo celular derivado de macrófagos, o pH ácido no compartimento de reabsorção faz com que os grupos carboxilo em OCN sejam removidos e a OCN descarboxilada é colocada em circulação. Os níveis circulantes de OCN descarboxilado são, portanto, dependentes da taxa de remodelação óssea, também conhecida como remodelação.originalmente pensado para funcionar exclusivamente no osso, uma visão mais expansiva da OCN descarboxilada como um hormônio endócrino evoluiu, em grande parte através do trabalho de Gerard Karsenty e colegas e começando com a descrição de um rato nocaute OCN há 24 anos . Como hormônio, a OCN tem sido proposta para atuar em múltiplos órgãos finais e tecidos, incluindo o pâncreas, fígado, células gordas, músculo, gónadas masculinas e cérebro para regular funções que vão desde acumulação de massa óssea até o peso corporal, adiposidade, glicose e metabolismo energético, fertilidade masculina, desenvolvimento cerebral e cognição . Esta ideia—que a OCN é um hormônio endócrino com efeitos pleiotrópicos-é amplamente citada em livros de texto e artigos de revisão e forneceu a razão para numerosos estudos humanos sobre a relação entre a OCN e a diabetes ou obesidade.tem havido, no entanto, várias falhas aparentes na ideia de “OCN é uma hormona endócrina”. O número de osteoblastos (e, portanto, os níveis circulantes de decarboxylated OCN) inexoravelmente mudar ao longo da vida como resultado de um fisiológica, adaptável ou alterações patológicas de ossos si próprio, que pode ser aguda ou crônica, sistêmica ou localizada, e reversível ou irreversível, sem alterações no suposto extraesquelético metas de decarboxylated 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. Da mesma forma, os medicamentos—aprovados após extensos ensaios com milhares de indivíduos e subsequentemente utilizados por milhões para o tratamento da osteoporose—diminuem ou aumentam drasticamente os níveis séricos de OCN sem qualquer efeito na homeostase da glucose, na produção de testosterona, nos músculos ou no comportamento. Além disso, estudos orientados para o gene do rato do GPRC6A , proposto para ser um receptor OCN que modula a proliferação das células β pancreáticas, produziram resultados conflituosos no que diz respeito ao metabolismo da glucose e da energia . Uma possível explicação para as diferenças entre os resultados em ratinhos e em seres humanos é que a genética e a função da OCN diferem entre humanos e ratinhos; os seres humanos têm um único gene da OCN, enquanto nos ratinhos existem dois genes da OCN adjacentes, Bglap e Bglap2. No entanto, os ratos têm um único gene OCN, e os ratos que transportam uma mutação null OCN introduzida pela edição de genes não apresentam obesidade, resistência à insulina ou intolerância à glucose . Separar estas discrepâncias aparentes tem sido um desafio desde que o rato karsenty knockout não tem sido amplamente disponível para estudos de confirmação.

the current issue of PLOS Genetics features two studies of independent OCN mouse knockout models. No artigo de Moriishi e colegas, os autores substituíram a codificação de DNA Bglap e Bglap2 por uma cassete neo em células estaminais embrionárias. Usando este modelo, eles investigaram o papel da OCN na formação óssea e mineralização, bem como metabolismo da glicose, produção de testosterona e massa muscular. Eles mostram que, em contraste com os resultados relatados por Karsenty e colegas (que usaram uma estratégia similar de direcionamento de genes), OCN não desempenha nenhum papel na formação óssea (ou reabsorção) e massa óssea no estado de estrogênio-suficiente ou deficiente de estrogênio. Em vez disso, a OCN é indispensável para o alinhamento de cristalitos biológicos de apatite paralelos às fibras de colágeno (Fig. 1). A perda da função OCN não teve efeito na orientação do colagénio, que permaneceu normal. A força óssea, no entanto, diminuiu nos ratos com deficiência de OCN, indicando que o alinhamento de cristalitos com fibras de colagénio é um dos determinantes esquivos da qualidade óssea que, juntamente com a massa óssea, determina a capacidade do osso para resistir a fracturas. Além disso, o estudo detalhado e atencioso de Morishi e colegas mostra que a OCN não desempenha nenhum papel na formação óssea induzida pelo exercício, metabolismo da glicose, melhoria do metabolismo da glicose causada pelo exercício, síntese de testosterona, espermatogénese, ou massa muscular.

Download:

• slide do PowerPoint
• imagem maior
• imagem original

Fig 1. Uma atualização 2020 do papel biológico da osteocalcina.

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

no artigo de Diegel e colegas , os autores usaram edição de genes mediada CRISPR / Cas9 para eliminar a maioria das regiões de codificação de proteínas Bglap e Bglap2. Eles relatam que os ratinhos homozigóticos editados em genes não têm OCN circulante, mas massa óssea normal, bem como glucose sanguínea normal e fertilidade masculina normal. Adicionalmente, o ARN-seq de amostras de osso cortical de ratinhos com deficiência de OCN mostra diferenças mínimas em relação aos ratinhos de controlo não mutantes. Os ratos mutantes, no entanto, exibem aumento do tamanho do cristal ósseo e maturação da hidroxiapatite, consistente com o referido relatório de Morishi e colegas, evidências anteriores por muitos outros grupos, e o consenso geral de que a OCN desempenha um papel na mineralização.o que devemos fazer das aparentes discrepâncias entre os artigos na edição atual da PLOS Genetics, o trabalho sobre o nocaute do rato , e o anterior corpo de trabalho de Karsenty e colegas? Nos últimos anos, a falta de reprodutibilidade dos resultados da investigação, especialmente de estudos com modelos animais pré-clínicos que poderiam ser relevantes para a biologia e a doença humanas , tornou-se uma enorme preocupação para todas as partes interessadas da empresa de investigação, incluindo a comunidade de investigação óssea e mineral . Os estudos discutidos nesta perspectiva são um exemplo principal do problema. Fundo genético, genes modificadores, e diferenças na genética molecular dos alelos knockout continuam a ser possíveis explicações para as discrepâncias, mas nem Morishi e colegas, nem Diegel e colegas podem explicar a impressionante incongruência entre seus achados e aqueles do Grupo Karsenty. Importante, no entanto, ambos os grupos explicitamente afirmam que os animais que eles construíram serão doados aos centros de distribuição e disponibilizados ao público para que suas descobertas possam ser confirmadas e ampliadas por outros investigadores interessados. Na verdade, a importância da partilha de recursos é uma das mensagens mais valiosas para levar para casa. Acredito que a ciência é inexoravelmente auto-correção, e o trabalho na atual questão da PLOS Genetics representa uma importante correção com implicações para o trabalho passado e futuro sobre as conexões, ou sua falta, entre o osso e o resto do corpo.