Algo que no sabías acerca de la biología ósea
Seamos honestos, todos nos podemos equivocar a veces. Por supuesto, esto también aplica para los científicos, pero en su caso, ellos a menudo terminan haciendo descubrimientos interesantes mientras prueban hipótesis erróneas. Puedes verlo como una ventaja de su trabajo estresante. El día de hoy, quiero hablar sobre la prueba de otra hipótesis errónea que resultó ser mejor de lo esperado.
Como ya lo sabrás, el colágeno es una proteína que puede ser encontrada en casi cualquier tejido conectivo de nuestro cuerpo, sin embargo los científicos no podían descifrar por qué el colágeno en los huesos puede mineralizarse, mientras que el colágeno en los tejidos no lo hace. Entonces, científicos comenzaron a observar el comportamiento de las células que habitan en el hueso, los osteoblastos. En particular, notaron que los osteoblastos secretan cantidades abundantes de una proteína llamada osteocalcina (Karsenty and Olson 2016).
Por esta razón, los científicos crearon la hipótesis de que la secreción de osteocalcina debe ser la responsable de la mineralización del colágeno. La forma más obvia de probar esta hipótesis fue diseñar ratones que no expresaban osteocalcina y ratones que la sobreexpresaban. Sin embargo, ninguno de los grupos mostró cambios en la mineralización del hueso ni en ningún otro tejido (Ducy et al. 1996; Murshed et al. 2004).
En cambio, lo que los científicos notaron fue que los ratones que no expresaban osteocalcina se volvían gordos. Y no solo eso, también se convirtieron en reproductores tardíos y se volvieron infértiles mucho antes que los ratones de tipo salvaje. Esto no suena como algo bueno en lo absoluto. Sin embargo, esta observación nos dice algo muy importante, la cual es que la osteocalcina influencia dos procesos vitales en nuestro cuerpo: la acumulación de grasa y la reproducción.
Entonces, ¿las células óseas pueden realmente ejercer cualquier otra función a parte de la formación de un hueso? Bueno, aparentemente el hueso también ejerce un papel endocrino, de hecho, la osteocalcina puede ser encontrada en la circulación a una concentración en el rango de ng / mL (Gundberg et al. 1985; Hauschka et al. 1989).
El hueso es un tejido muy raro. En realidad, es el único tejido en nuestro cuerpo que contiene un tipo de célula, llamada osteoclasto, cuyo trabajo es destruir el mismo tejido en el que reside (Teitelbaum 2000) ¡Esto no solo es raro sino que también energéticamente costoso! ¿Te imaginas cuánta energía consumimos para destruir, limpiar y reconstruir huesos, todos los días y en múltiples lugares de nuestro cuerpo? De hecho, la ingesta de alimentos tiene profundos efectos en el crecimiento óseo, no es una coincidencia que la mala nutrición a menudo resulta en niños que dejan de crecer, o adultos que pierden masa ósea. Si consideras esto, comienza a tener sentido que la osteocalcina, una proteína producida en los huesos, pueda regular nuestro metabolismo.
Ahora los científicos tienen una segunda hipótesis que probar: ¿El hueso realmente puede ser un órgano endocrino? Esto era algo muy desafiante como para probarlo en un organismo vivo, ya que existen varios parámetros que podrían afectar el metabolismo energético, por lo tanto, los científicos decidieron realizar este experimento en condiciones controladas.
Ellos aislaron los osteoblastos y los co-cultivaron in vitro en presencia de islotes pancreáticos (para evaluar los efectos sobre la secreción de insulina) o con adipocitos (para evaluar los efectos sobre la producción de adiponectina) (Ducy et al. 2000; Elefteriou et al. 2005; Takeda et al. 2002; Yadav et al. 2009).
Como medida de control, realizaron los mismos experimentos usando fibroblastos en lugar de osteoblastos, ya que son células estrechamente relacionadas. Lo que encontraron fue que el co-cultivo con osteoblastos estimuló la producción de insulina y adiponectina, mientras que el co-cultivo con fibroblastos no hizo nada. Estudios en organismos vivos también confirmaron que los ratones que no expresan osteocalcina producen menos insulina (Karsenty and Olson 2016). Esta vez la hipótesis resultó ser correcta, el hueso sí es un órgano endocrino y este influencia el metabolismo. Otro estudio también descubrió que los ratones machos que carecían de osteocalcina tenían bajo recuento de espermatozoides (Oury et al. 2011), mientras que las hembras sin osteocalcina resultaron ser extremadamente dóciles (Oury et al. 2011).
Esto se debe a que la osteocalcina puede cruzar la barrera hematoencefálica e interactuar con las neuronas serotoninérgicas y de esta forma inhibe la síntesis de todos los neurotransmisores monoamina, mientras que estimula la producción de ácido gamma aminobutírico (GABA), un neurotransmisor inhibidor (Oury et al. 2013).
Además, la falta de osteocalcina no solo arruina el cerebro de los adultos, sino que también puede afectar el desarrollo cerebral del feto. De hecho, la osteocalcina puede atravesar la placenta y promover el desarrollo del hipocampo evitando la apoptosis neuronal (Oury et al. 2013).
Otro hecho interesante es que mientras que la osteocalcina aumenta el gasto de energía y la absorción de glucosa en los tejidos periféricos, la insulina también tiene un efecto en el hueso: favorece la resorción ósea (Ferron et al. 2010).
Anteriormente mencioné a la adiponectina, que también juega un papel crucial en la regulación de la formación ósea (Kajimura et al. 2013).
No muchas personas lo saben, pero el hueso parece ser verdaderamente uno de los principales órganos endocrinos de nuestro cuerpo. Regula el metabolismo, la reproducción y el comportamiento. Es una tienda llena de minerales energéticamente costosos de mantener, pero le confirió a nuestros antepasados ventajas evolutivas. Ahora también sabemos que debido a sus funciones endocrinas, los huesos pueden ayudarnos a sobrevivir en ambientes hostiles al regular nuestro metabolismo.
Este contenido es una traducción de una publicación original de @aboutcoolscience, quien es el autor (véase post original aquí. La traducción fue hecha por el usuario @marugy99.
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Referencias:
- Ducy, P et al. 1996. “Increased Bone Formation in Osteocalcin-Deficient Mice.” Nature 382(6590): 448–52. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8684484.
- Ducy, P et al. 2000. “Leptin Inhibits Bone Formation through a Hypothalamic Relay: A Central Control of Bone Mass.” Cell 100(2): 197–207. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10660043.
- Elefteriou, Florent et al. 2005. “Leptin Regulation of Bone Resorption by the Sympathetic Nervous System and CART.” Nature 434(7032): 514–20. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15724149.
- Ferron, Mathieu et al. 2010. “Insulin Signaling in Osteoblasts Integrates Bone Remodeling and Energy Metabolism.” Cell 142(2): 296–308. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20655470.
- Gundberg, C M, M E Markowitz, M Mizruchi, and J F Rosen. 1985. “Osteocalcin in Human Serum: A Circadian Rhythm.” The Journal of clinical endocrinology and metabolism 60(4): 736–39. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/3871789.
- Hauschka, P V, J B Lian, D E Cole, and C M Gundberg. 1989. “Osteocalcin and Matrix Gla Protein: Vitamin K-Dependent Proteins in Bone.” Physiological reviews 69(3): 990–1047. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2664828.
- Kajimura, Daisuke et al. 2013. “Adiponectin Regulates Bone Mass via Opposite Central and Peripheral Mechanisms through FoxO1.” Cell metabolism 17(6): 901–15. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23684624.
- Karsenty, Gerard, and Eric N Olson. 2016. “Bone and Muscle Endocrine Functions: Unexpected Paradigms of Inter-Organ Communication.” Cell 164(6): 1248–56. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26967290.
- Murshed, Monzur, Thorsten Schinke, Marc D McKee, and Gerard Karsenty. 2004. “Extracellular Matrix Mineralization Is Regulated Locally; Different Roles of Two Gla-Containing Proteins.” The Journal of cell biology 165(5): 625–30. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15184399.
- Oury, Franck et al. 2011. “Endocrine Regulation of Male Fertility by the Skeleton.” Cell 144(5): 796–809. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21333348.
- Oury, 2013. “Osteocalcin Regulates Murine and Human Fertility through a Pancreas-Bone-Testis Axis.” The Journal of clinical investigation 123(6): 2421–33. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23728177.
- Takeda, Shu et al. 2002. “Leptin Regulates Bone Formation via the Sympathetic Nervous System.” Cell 111(3): 305–17. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12419242.
- Teitelbaum, S L. 2000. “Bone Resorption by Osteoclasts.” Science (New York, N.Y.) 289(5484): 1504–8. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10968780.
- Yadav, Vijay K et al. 2009. “A Serotonin-Dependent Mechanism Explains the Leptin Regulation of Bone Mass, Appetite, and Energy Expenditure.” Cell 138(5): 976–89. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19737523.