Quadro generale

L’osteoporosi associata all’invecchiamento è frequentemente riscontrata in clinica negli anziani, ma una gestione efficace è limitata a causa di una nosogenesi poco chiara. Il presente studio si propone di indagare il ruolo della melatonina sulle cellule stromali del midollo osseo (BMSC) senescenti e il meccanismo di regolazione sottostante.

I metodi

I livelli di melatonina sono stati analizzati mediante ELISA. I profili di espressione genica sono stati eseguiti mediante RNA-sequencing, l’arricchimento di H3K36me2 sui promotori genici è stato analizzato mediante Chromatin Immunoprecipitation Sequencing (ChIP-seq) e l’accessibilità alla cromatina è stata determinata mediante Assay for Transposase-Accessible Chromatin with high-throughput sequencing (ATAC-seq). L’osteogenesi delle BMSC in vitro è stata misurata mediante colorazione con rosso di Alizarina e fosfatasi alcalina, mentre gli effetti in vivo della melatonina sono stati valutati mediante colorazione istologica e scansione con microtomografia computerizzata (micro-CT). La correlazione tra l’espressione di NSD2 e la gravità dei pazienti affetti da osteoporosi senile è stata analizzata mediante correlazione di Pearson.

Risultati

I livelli di melatonina sono diminuiti durante l’invecchiamento nel midollo osseo umano, accompagnati dalla downregulation dell’espressione dell’istone metiltransferasi nuclear receptor binding SET domain protein 2 (NSD2) nelle BMSC senescenti. La melatonina ha stimolato l’espressione di NSD2 attraverso vie di segnalazione mediate da MT1/2, con conseguente riequilibrio delle modifiche H3K36me2 e H3K27me3 per aumentare l’accessibilità cromatinica dei geni osteogenici, il fattore di trascrizione 2 legato al runt (RUNX2) e la proteina gamma-carbossiglutammato ossea (BGLAP). La melatonina promuove l’osteogenesi delle BMSC in vitro e allevia la progressione dell’osteoporosi nei topi anziani. In clinica, la gravità dell’osteoporosi senile (SOP) era correlata negativamente con il livello di melatonina nel midollo osseo e con l’espressione di NSD2 nelle BMSC. Allo stesso modo, la melatonina ha notevolmente migliorato la differenziazione osteogenica delle BMSC derivate da pazienti affetti da SOP in vitro.

Conclusioni

Nel complesso, il nostro studio analizza i meccanismi di regolazione epigenetica della melatonina nel migliorare la differenziazione osteogenica delle BMSC senescenti e fornisce prove dell’applicazione della melatonina nella prevenzione della perdita ossea associata all’invecchiamento.