Fator de transcrição Sp7 - Sp7 transcription factor
O fator de transcrição Sp7, também chamado de osterix (Osx), é uma proteína que em humanos é codificada pelo gene SP7 . É um membro da família Sp de fatores de transcrição em dedo de zinco. É altamente conservado entre as espécies de vertebrados formadores de osso. Desempenha um papel importante, junto com Runx2 e Dlx5, na diferenciação de células precursoras mesenquimais em osteoblastos e, eventualmente, em osteócitos . Sp7 também desempenha um papel regulador ao inibir a diferenciação de condrócitos, mantendo o equilíbrio entre a diferenciação de células precursoras mesenquimais em osso ossificado ou cartilagem. Mutações neste gene foram associadas a múltiplos fenótipos ósseos disfuncionais em vertebrados. Durante o desenvolvimento, um modelo de embrião de camundongo com expressão de Sp7 eliminada não teve formação de tecido ósseo. Através do uso de estudos GWAS, o locus Sp7 em humanos tem sido fortemente associado à densidade de massa óssea. Além disso, há evidências genéticas significativas para seu papel em doenças como Osteogenesis imperfecta (OI).
Genética
Em humanos, o Sp7 foi mapeado para 12q13.13. Tem 78% de homologia com outro membro da família Sp, Sp1 , especialmente nas regiões que codificam os três dedos de zinco de ligação ao DNA do tipo Cys-2 His-2 . Sp7 consiste em três exões, os dois primeiros dos quais são alternativamente spliced, codificando uma isoforma de 431 resíduos e uma isoforma de proteína curta de 413 resíduos truncada no terminal amino
Um estudo GWAS descobriu que a densidade de massa óssea (DMO) está associada ao locus Sp7, adultos e crianças com DMO baixa ou alta foram analisados, mostrando que vários SNPs variantes comuns na região 12q13 estavam em uma área de desequilíbrio de ligação.
Via transcricional
Existem duas vias principais que causam a indução da expressão do gene Sp7 / Osx. Msx2 induz SP7 directamente, ao passo que a proteína morfogenética óssea 2 induz (BMP-2) que indirectamente, quer através de Dlx5 ou Runx2 . Uma vez que a expressão de Sp7 é desencadeada, ela induz a expressão de uma série de genes de osteoblastos maduros, como Col1a1 , osteonectina , osteopontina e sialoproteína óssea, que são todos necessários para os osteoblastos produtivos durante a criação do osso ossificado.
A regulação negativa desta via vem na forma de p53 , microRNAs e a via inflamatória do TNF . A desregulação da via do TNF que bloqueia o crescimento ósseo adequado pelos osteoblastos é uma causa parcial da degradação anormal do osso observada na osteoporose ou artrite reumatóide
Mecanismo de ação
Os mecanismos exatos de ação do Sp7 / Osterix estão atualmente em disputa e a estrutura completa da proteína ainda não foi resolvida. Como um fator de transcrição de dedo de zinco, sua homologia relativamente alta com Sp1 parece indicar que ele pode agir de maneira semelhante durante os processos de regulação gênica. Estudos anteriores feitos em Sp1 mostraram que Sp1 utiliza os domínios de ligação de DNA de dedo de zinco em sua estrutura para se ligar diretamente a uma região rica em GC do genoma conhecida como caixa de GC . criando efeitos regulatórios a jusante. Há uma série de estudos que apóiam esse mecanismo como também aplicável para Sp7, no entanto, outros pesquisadores não foram capazes de replicar a ligação da caixa GC observada em Sp1 ao olhar para Sp7. Outro mecanismo de ação proposto é a regulação gênica indireta por meio da proteína conhecida como fator de transcrição homeobox Dlx5 . Isso é plausível porque Dlx5 tem uma afinidade muito maior para regiões regulatórias de genes ricos em AT do que Sp7 tem para a caixa de GC, fornecendo, assim, uma metodologia alternativa por meio da qual a regulação pode ocorrer.
A espectrometria de massa e os métodos proteômicos mostraram que o Sp7 também interage com a RNA helicase A e é possivelmente regulado negativamente por RIOX1, ambos os quais fornecem evidências para mecanismos regulatórios fora do paradigma da caixa GC.
Função
Sp7 atua como um regulador mestre da formação óssea durante o desenvolvimento embrionário e durante a manutenção homeostática do osso na idade adulta.
Durante o desenvolvimento
Em um organismo em desenvolvimento, o Sp7 atua como um dos pastores reguladores mais importantes para a formação óssea. A criação do osso ossificado é precedida pela diferenciação das células-tronco mesenquimais em condrócitos e pela conversão de alguns desses condrócitos em cartilagem. Certas populações dessa cartilagem inicial servem como molde para células ósseas à medida que a esqueletogênese avança.
Embriões de camundongos nulos de Sp7 / Osx exibiram um fenótipo grave no qual havia condrócitos e cartilagem não afetados, mas absolutamente nenhuma formação de tecido ósseo. A ablação de genes Sp7 também levou à diminuição da expressão de vários outros marcadores específicos de osteócitos, como: Sost, Dkk1 , Dmp1 e Phe. A estreita relação entre Sp7 / Osx e Runx2 também foi demonstrada por meio deste experimento específico porque o fenótipo de osso nocaute Sp7 se assemelhava muito ao do nocaute Runx2, e outros experimentos provaram que Sp7 está a jusante e intimamente associado a Runx2. A conclusão importante desta série particular de experimentos foi o papel regulador claro de Sp7 no processo de decisão feito pelas células-tronco mesenquimais para progredir de seus osteoprogenitores Sox9 altamente positivos originais em osso ou cartilagem. Sem a expressão sustentada de Sp7, as células progenitoras seguem o caminho para se tornarem condrócitos e, eventualmente, cartilagem, em vez de criar osso ossificado.
Em organismos adultos
Fora do contexto de desenvolvimento, em camundongos adultos, a ablação de Sp7 levou à falta de formação de osso novo, acúmulo de cartilagem altamente irregular sob a placa de crescimento e defeitos na maturação e funcionalidade dos osteócitos. Outros estudos observaram que um nocaute condicional de Sp7 em osteoblastos de camundongos adultos resultou em osteopenia nas vértebras dos animais, problemas com remodelação óssea e mais porosidade na superfície cortical externa dos ossos longos do corpo. A observação de um efeito oposto, a superproliferação de osteoblastos Sp7 +, apóia ainda mais os importantes efeitos regulatórios de Sp7 em vertebrados. Uma mutação no homólogo do peixe-zebra de Sp7 causou graves irregularidades craniofaciais em organismos em maturação, deixando o resto do esqueleto praticamente inalterado. Em vez de um padrão de sutura normal ao longo do crânio em desenvolvimento, os organismos afetados exibiam um mosaico de locais onde a formação óssea estava sendo iniciada, mas não concluída. Isso causou o aparecimento de muitos pequenos ossos irregulares em vez dos ossos frontais e parietais lisos normais . Essas mudanças fenotípicas corresponderam a uma superproliferação de progenitores de osteoblastos Runx2 +, indicando que o fenótipo observado estava relacionado a uma abundância de locais de iniciação para a proliferação óssea, criando muitas pseudo- suturas .
Relevância clinica
Osteogênese imperfeita
O exemplo mais direto do papel de Sp7 na doença humana tem sido na osteogênese imperfeita recessiva (OI), que é uma doença relacionada ao colágeno tipo I que causa um conjunto heterogêneo de sintomas relacionados aos ossos que podem variar de leves a muito graves. Geralmente, esta doença é causada por mutações em Col1a1 ou Col1a2, que são reguladores do crescimento do colágeno. Mutações causadoras de OI nesses genes de colágeno são geralmente hereditárias de forma autossômica dominante . No entanto, houve um caso recente de um paciente com OI recessiva com uma mutação frameshift documentada em Sp7 / Osx como a origem etiológica da doença. Este paciente apresentou fratura anormal dos ossos após lesões relativamente pequenas e marcos motores marcadamente atrasados, necessitando de assistência para ficar de pé aos 6 anos de idade e incapaz de andar aos 8 anos devido ao arqueamento pronunciado dos braços e pernas. Isso fornece uma ligação direta entre o gene Sp7 e o fenótipo da doença OI.
Osteoporose
Os estudos de GWAS mostraram associações entre a densidade de massa óssea (DMO) adulta e juvenil e o locus Sp7 em humanos. Embora a baixa DMO seja um bom indicador de suscetibilidade à osteoporose em adultos, a quantidade de informações atualmente disponíveis a partir desses estudos não permite que uma correlação direta seja feita entre a osteoporose e a Sp7. A expressão anormal de citocinas inflamatórias como o TNF-α está presente na osteoporose pode ter efeitos prejudiciais na expressão de Sp7.
Artrite reumatóide
A adiponectina é um hormônio proteico que demonstrou ser regulado positivamente na doença da artrite reumatóide, causando a liberação de citocinas inflamatórias e aumentando a degradação da matriz óssea. Em culturas de células humanas primárias, Sp7 mostrou ser inibido pela adiponectina, contribuindo assim para a regulação negativa da criação de osso ossificado. Esses dados são apoiados por outro estudo no qual citocinas inflamatórias, como TNF-α e IL-1β , mostraram diminuir a expressão gênica de Sp7 em células-tronco mesenquimais primárias de camundongo em cultura. Esses estudos parecem indicar que um ambiente inflamatório é prejudicial à criação de osso ossificado.
Reparo de fratura óssea
A cura acelerada da fratura óssea foi encontrada quando os pesquisadores implantaram células do estroma da medula óssea com superexpressão de Sp7 em um local da fratura óssea. Verificou-se que o mecanismo pelo qual a expressão de Sp7 acelerou a consolidação óssea era através do desencadeamento da formação de novo osso, induzindo células vizinhas a expressarem genes característicos de progenitores ósseos. Ao longo de linhas mecanísticas semelhantes às do reparo ósseo, está a integração dos implantes dentários no osso alveolar , uma vez que a inserção desses implantes causa danos ósseos que devem ser cicatrizados antes que o implante seja integrado com sucesso. Os pesquisadores demonstraram que quando as células do estroma da medula óssea são expostas a níveis artificialmente elevados de Sp7 / Osx, os ratos com implantes dentários mostraram ter melhores resultados através da promoção da regeneração óssea saudável.
Tratamento de osteossarcomas
A expressão geral de Sp7 está diminuída em linhas de células de osteossarcoma humano e de camundongo quando comparada aos osteoblastos endógenos e essa diminuição na expressão se correlaciona com o potencial metastático. A transfecção do gene SP7 em uma linha de células de osteossarcoma de camundongo para criar níveis mais elevados de expressão, reduziu a malignidade geral in vitro e reduziu a incidência de tumor, volume de tumor e metástase pulmonar quando as células foram injetadas em camundongos. A expressão de Sp7 também diminuiu a destruição óssea pelo sarcoma, provavelmente por meio da suplementação das vias regulatórias normais que controlam os osteoblastos e osteócitos.
Referências
Leitura adicional
- Gronthos S, Chen S, Wang CY, Robey PG, Shi S (abril de 2003). "A telomerase acelera a osteogênese das células-tronco do estroma da medula óssea pela regulação positiva de CBFA1, osterix e osteocalcina" . Journal of Bone and Mineral Research . 18 (4): 716–22. doi : 10.1359 / jbmr.2003.18.4.716 . PMID 12674332 . S2CID 19944557 .
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links externos
- Sp12 + Transcrição + Fator na Biblioteca Nacional de Medicina dos Estados Unidos em títulos de assuntos médicos (MeSH)