under de senaste 24 åren har ben-och mineralmetabolismforskningssamhället (och National Institutes of Health och många andra nationella och internationella finansieringsorgan som stöder det) ägnat mycket intellektuell energi och resurser till några provocerande, ibland kontroversiella, tankar om osteokalcin (OCN). OCN är ett 46 aminosyraprotein som produceras och utsöndras nästan uteslutande av osteoblaster, terminalt differentierade celler som är ansvariga för syntesen och mineraliseringen av benmatrisen under skelettets utveckling och dess periodiska regenerering under hela livet. Osteoblaster härstammar från mesenkymala stamfäder och är kortlivade celler som ständigt ersätts, beroende på efterfrågan på benbildning på en viss plats och tid . OCN utsöndrat av osteoblaster innehåller tre resthalter av sackaros-karboxyglutaminsyra som ger hög affinitet till benhydroxiapatitmatrisen. Men när benet resorberas av osteoklaster, en makrofag-härledd celltyp, orsakar det sura pH-värdet i resorptionsfacket att karboxylgrupperna på OCN avlägsnas och dekarboxylerat OCN släpps ut i cirkulationen. De cirkulerande nivåerna av dekarboxylerat OCN är därför beroende av benomsättningshastigheten, även känd som ombyggnad.

ursprungligen tänkt att fungera uteslutande i Ben, en mer expansiv syn på dekarboxylerad OCN som ett endokrin hormon har utvecklats, till stor del genom arbete av Gerard Karsenty och kollegor och börjar med beskrivningen av en OCN knockout-mus för 24 år sedan . Som ett hormon har OCN föreslagits att verka på flera ändorgan och vävnader inklusive bukspottkörteln, levern, fettceller, muskler, manliga gonader och hjärnan för att reglera funktioner som sträcker sig från ackumulering av benmassa till kroppsvikt, adipositet, glukos och energimetabolism, manlig fertilitet, hjärnutveckling och kognition . Den här tanken-att OCN är ett endokrin hormon med pleiotropa effekter—Citeras allmänt i läroböcker och granskningsartiklar och har gett grunden för många mänskliga studier om förhållandet mellan OCN och diabetes eller fetma.

det har dock förekommit flera uppenbara brister i” OCN är ett endokrin hormon ” – ideen. Antalet osteoblaster (och därmed de cirkulerande nivåerna av dekarboxylerat OCN) förändras oupphörligt under hela livet som ett resultat av fysiologiska, adaptiva eller patologiska förändringar av själva benet som kan vara akuta eller kroniska, systemiska eller lokaliserade och reversibla eller irreversibla, utan förändringar i de förmodade extraskeletala målen för dekarboxylerat 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. På samma sätt, läkemedel—godkända efter omfattande försök med tusentals försökspersoner och därefter används av miljoner för behandling av osteoporos-dramatiskt minska eller öka serum OCN nivåer utan någon effekt på glukos homeostas, testosteronproduktion, muskler, eller beteende. Dessutom har musgeninriktningsstudier av GPRC6A, föreslagna att vara en OCN-receptor som modulerar bukspottskörtel-cellproliferation , gett motstridiga resultat med avseende på glukos och energimetabolism . En möjlig förklaring till skillnaderna mellan resultat hos möss och de hos människor är att OCN-genetik och funktion skiljer sig mellan människor och möss; människor har en enda OCN-gen, medan det hos möss finns två intilliggande OCN-gener, Bglap och Bglap2. Råttor har emellertid en enda OCN-gen, och råttor som bär en OCN-nollmutation introducerad genom genredigering uppvisar inte fetma, insulinresistens eller glukosintolerans . Sortering genom dessa uppenbara avvikelser har varit utmanande eftersom Karsenty knockout-musen inte har varit allmänt tillgänglig för bekräftande studier.

det aktuella numret av PLOS Genetics har två studier av oberoende OCN mouse knockout-modeller. I artikeln av Moriishi och kollegor ersatte författarna DNA-kodning Bglap och Bglap2 med en neo-kassett i embryonala stamceller. Med hjälp av denna modell undersökte de rollen som OCN på benbildning och mineralisering, liksom glukosmetabolism, testosteronproduktion och muskelmassa. De visar att, i motsats till de resultat som rapporterats av Karsenty och kollegor (som använde en liknande geninriktningsstrategi), spelar OCN ingen roll i benbildning (eller resorption) och benmassa i östrogenförsörjande eller östrogenbristande tillstånd. Istället är OCN oumbärligt för anpassningen av biologiska apatitkristalliter parallellt med kollagenfibrer (Fig 1). Förlust av OCN-funktion hade ingen effekt på kollagenorientering, som förblev normal. Benstyrkan minskade emellertid i de OCN-bristfälliga mössen vilket indikerar att anpassning av kristalliter med kollagenfibrer är en av de svårfångade determinanterna för benkvalitet som tillsammans med benmassa bestämmer benets förmåga att motstå frakturer. Dessutom visar den detaljerade och tankeväckande studien av Moriishi och kollegor att OCN inte spelar någon roll i träningsinducerad benbildning, glukosmetabolism, förbättring av glukosmetabolism orsakad av träning, testosteronsyntes, spermatogenes eller muskelmassa.

ladda ner:

• PowerPoint-bild
• större bild
• originalbild

Fig 1. En uppdatering 2020 av osteokalcins biologiska roll.

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

i artikeln av Diegel och kollegor använde författarna CRISPR/Cas9-medierad genredigering för att radera de flesta av bglap-och Bglap2-proteinkodningsregionerna. De rapporterar att homozygota genredigerade möss inte har någon cirkulerande OCN men normal benmassa samt normal blodsocker och normal manlig fertilitet. Dessutom visar RNA-seq av kortikala benprover från de OCN-bristfälliga mössen minimala skillnader från de icke-mutanta kontrollmössen. De mutanta mössen uppvisar emellertid ökad benkristallstorlek och mognad av hydroxiapatit, i överensstämmelse med ovannämnda rapport från Moriishi och kollegor, tidigare bevis från många andra grupper och den allmänna konsensusen att OCN spelar en roll i mineralisering.

vad ska vi göra av de uppenbara skillnaderna mellan artiklarna i det aktuella numret av PLOS Genetics, arbetet med rat knockout och det tidigare arbetet av Karsenty och kollegor? Under de senaste åren har irreproducerbarhet av forskningsresultat, särskilt från studier med prekliniska djurmodeller som kan vara relevanta för mänsklig biologi och sjukdom, blivit en enorm oro för alla intressenter i forskningsföretaget , inklusive ben-och mineralforskningsgemenskapen . De studier som diskuteras i detta perspektiv är ett utmärkt exempel på problemet. Genetisk bakgrund, modifieringsgener och skillnader i molekylärgenetiken hos knockout-allelerna förblir möjliga förklaringar för skillnaderna, men varken Moriishi och kollegor eller Diegel och kollegor kan förklara den slående inkongruensen mellan deras resultat och de från Karsenty-gruppen. Viktigt är dock att båda grupperna uttryckligen anger att djuren de har konstruerat kommer att doneras till distributionscentra och göras offentligt tillgängliga så att deras resultat kan bekräftas och utvidgas av andra intresserade utredare. Faktum är att vikten av resursdelning är ett av de mest värdefulla hemmeddelandena. Jag tror att vetenskapen är obönhörligt självkorrigerande, och arbetet i det aktuella numret av PLOS Genetics representerar en viktig korrigering med konsekvenser för tidigare och framtida arbete med kopplingarna, eller bristen på det, mellan ben och resten av kroppen.