Efeitos da stanniocalcina 1 sobre a diferenciação osteogênica das células tronco adiposo-derivadas humanas

Abstract

A stanniocalcina-1 (STC1) é uma glicoproteína caracterizada como um fator endócrino com ação anti-hipercalcêmica/hipocalcêmica originalmente descoberta em peixes. Em mamíferos, esse hormônio está expresso em praticamente todos os tecidos, regula diversas funções biológicas e atua como um fator autócrino/ parácrino. Diversas evidências demonstram o envolvimento da STC1 no desenvolvimento ósseo. Durante a embriogênese, a STC1 é expressa nos primeiros estágios de condensação mesenquimal e, posteriormente, se mantém restrita a preosteoblastos e osteoblastos maduros. Além disso, a STC1 estimula a mineralização óssea através do aumento da expressão de transportadores de fosfato e da osteopontina, uma sialoglicoproteína que atua na mineralização óssea. Células-tronco adultas simbolizam atualmente a fonte mais acessível de células progenitoras utilizadas em terapias celulares e engenharia de tecidos. O tecido adiposo contém uma população de células biológica e clinicamente interessantes denominada células tronco adiposo derivadas (CTADs). Atualmente as CTADs são a melhor fonte de células tronco adultas podendo ser obtidas através de procedimentos minimamente invasivos. Um grande número de estudos têm demonstrado o potencial osteogênico dessas células, no entanto, ainda é um desafio a compreensão dos mecanismos envolvidos na diferenciação osteogênica a partir das CTADs. Neste estudo, foi demonstrado que sete dias de indução osteogênica das CTADs na presença de 50 ng/mL de STC1 aumentaram significativamente a expressão gênica e proteica dos marcadores osteogênicos: fosfatase alcalina (FA), runt related gene 2 (RUNX2) e osteopontina (OPN). O aumento na atividade da enzima FAS foi relacionado diretamente com a maior expressão gênica e proteica. Além disso, a STC1 modula a via de sinalização pAKt/pGSK3-β/βcatenina em preosteoblastos de 7 dias sugerindo que seus efeitos sobre a osteogênese sejam mediados por essa via de sinalização. O peptídeo neuroendócrino CGRP (peptídeo relacionado ao gene da calcitonina) possui similaridades com STC1 e desempenha um importante papel nas fases iniciais da diferenciação dos osteoblastos. O CGRP ativa o receptor CALCRL, formando um dímero com a proteína transmembrana acessória RAMP1. Para elucidar o envolvimento da STC1 nas vias de sinalização relacionadas a receptores de calcitonina foi investigado o efeito desse hormônio na modulação do receptor do CGRP e receptor de calcitonina (CTR) em CTADs diferenciadas para preosteoblastos e células Hek 293 superexpressoras de CALCRL/RAMP1 e CTR. A STC1 não alterou a expressão dos genes CALCRL e ramp1 durante a osteoblastogênese mas provocou alterações na distribuição espacial do complexo CALCRL/RAMP1 na membrana plasmática de preosteoblastos, induzindo a formação de clusters. Além do efeito sobre a sinalização do CGRP a STC1 demonstrou inibir a sinalização da calcitonina diminuindo a produção de cAMP em células transfectadas com CTR. A STC1 não alterou os níveis intracelulares de cálcio e ATP. Esses resultados indicam que, embora não atue diretamente via os receptores CALCRL/RAMP1 e CTR, a STC1 modula a sinalização dos peptídeos CGRP e CT. Estudos mais detalhados sobre os efeitos da STC1 nas diferentes vias de sinalização são necessários para desvendar completamente os mecanismos de diferenciação osteogênicos das CTADs estimuladas por esse hormônio.

The stanniocalcin-1 (STC1) is a glycoprotein characterized as an endocrine factor with anti-hypercalcemic / hypocalcemic action, originally identified in fish. The hormone in mammals is expressed in virtually all tissues and regulates diverse biological functions, acting as an autocrine / paracrine factor. Many evidences demonstrate that STC1 is able to regulate bone development. During embryogenesis the STC1 is expressed in early stages of mesenchymal condensation and thereafter remains restricted to preosteoblast and mature osteoblast. Furthermore, STC1 stimulates bone mineralization by increasing the phosphate transporter expression and osteopontin, a sialoglycoprotein involved in bone mineralization. Adult stem cells currently symbolize the most accessible source of stem cells used in cell therapy and tissue engineering. Adipose tissue contains a population of biological cells clinically interesting called adipose derived stem cells (ASC). Currently, the ASCs are the best source of adult stem cells and can be harvested using minimally invasive procedures. A large number of studies had shown osteogenic potential of these cells, however, it is still a challenge to understand the mechanisms involved in osteogenic differentiation from ASCs. This study demonstrated that 7-day preosteoblast in the presence of 50 ng / ml STC1 significantly increased gene and protein expression of osteogenic markers: alkaline phosphatase (ALP), runt related gene 2 (RUNX2), and osteopontin (OPN ). Also, there was an increase in the enzymatic activity of the ALP, possibly related to both gene and protein expression. Furthermore, STC1 modulates pAkt / pGSK3-β / βcatenina signaling in 7-day preosteoblast, suggesting that the STC1 effects on the osteogenesis is mediated by this pathway. The neuroendocrine peptide CGRP (calcitonin gene related peptide) has similarities to STC1 and plays an important role in the early stages of osteoblast differentiation. The active CGRP receptor form a dimer with the receptor activity-modifying protein 1 (RAMP1). To elucidate the involvement of STC1 in signaling pathways related to calcitonin receptors, it was investigated the STC1 effect on peptide receptor modulating the calcitonin gene related peptide (CGRP) and the calcitonin receptor (CTR) in 7-day preosteoblast, and in Hek 293 cells transfected with CALCRL / RAMP1 and CTR. The STC1 did not change the expression of genes CALCRL and ramp1 during osteoblastogenesis but modified the plasma membrane spatial distribution of CALCRL/RAMP1 in preosteoblast. Besides the effect on CGRP signaling, STC1 inhibited the calcitonin signaling by decreasing cAMP production in cells transfected with CTR. The STC1 did not alter intracellular calcium levels and ATP. These results indicated that STC1 does not act on the same receptors for calcitonin and CGRP, but modulates the action of these peptides. Studies on the effects of STC1 in different signaling pathways are necessary for understanding the mechanisms underlying the STC1 ability in enhancing osteoblastogenesis from hASCs.