Fondo
La osteoporosis asociada al envejecimiento se observa con frecuencia en los ancianos en la clínica, pero los tratamientos eficientes son limitados debido a una nosogénesis poco clara. El presente estudio tiene como objetivo investigar el papel de la melatonina en las células estromales de médula ósea senescentes (BMSCs) y el mecanismo regulador subyacente.
Métodos
Los niveles de melatonina se analizaron mediante ELISA. Los perfiles de expresión génica se realizaron mediante secuenciación de ARN, el enriquecimiento de H3K36me2 en promotores génicos se analizó mediante secuenciación por inmunoprecipitación de cromatina (ChIP-seq), y la accesibilidad a la cromatina se determinó mediante ensayo de cromatina accesible por transposasa con secuenciación de alto rendimiento (ATAC-seq). La osteogénesis de las BMSC in vitro se midió mediante tinción con rojo alizarina y fosfatasa alcalina, y los efectos in vivo de la melatonina se evaluaron mediante tinción histológica y tomografía micro computarizada (micro-CT). La correlación entre la expresión de NSD2 y la gravedad de los pacientes con osteoporosis senil se analizó mediante la correlación de Pearson.
Resultados
Los niveles de melatonina se redujeron durante el envejecimiento en la médula ósea humana, acompañada de la regulación a la baja de la histona metiltransferasa de unión a receptores nucleares SET dominio de la proteína 2 (NSD2) en la expresión senescente BMSCs. La melatonina estimuló la expresión de NSD2 a través de vías de señalización mediadas por MT1/2, lo que dio lugar al reequilibrio de las modificaciones H3K36me2 y H3K27me3 para aumentar la accesibilidad a la cromatina de los genes osteogénicos, el factor de transcripción 2 relacionado con runt (RUNX2) y la proteína gamma-carboxiglutamato ósea (BGLAP). La melatonina promovió la osteogénesis de las BMSC in vitro, y alivia la progresión de la osteoporosis en los ratones que envejecen. En la clínica, la gravedad de la osteoporosis senil (SOP) se correlacionó negativamente con el nivel de melatonina en la médula ósea, así como con la expresión de NSD2 en las BMSCs. Del mismo modo, la melatonina mejoró notablemente la diferenciación osteogénica de las BMSC derivadas de pacientes con SOP in vitro.
Conclusiones
En conjunto, nuestro estudio disecciona conocimientos mecánicos no comunicados previamente sobre la maquinaria reguladora epigenética de la melatonina en la mejora de la diferenciación osteogénica de las BMSC senescentes, y proporciona pruebas para la aplicación de la melatonina en la prevención de la pérdida ósea asociada al envejecimiento.