“Efectos del estrógeno estrona en la biología ósea y calcificaciones vasculares”

Abstract

Los estrógenos juegan un papel importante en la remodelación ósea y en la aterogénesis. Se sabe que la disminución de los niveles de estrógenos durante la menopausia impacta negativamente en el tejido óseo y en la función vascular. Sin embargo, si bien durante este período de la vida de la mujer los niveles circulantes del estradiol son bajos, existen concentraciones séricas sostenidas del estrógeno estrona. La osteoporosis y las calcificaciones vasculares son enfermedades con mecanismos fisiopatológicos compartidos, de alta prevalencia en mujeres posmenopáusicas. La contribución de la estrona a la homeostasis ósea y vascular no ha sido profundamente estudiada. El objetivo general de este trabajo de tesis fue investigar el efecto de la estrona sobre procesos celulares claves para la homeostasis ósea y vascular, cuya alteración pudieran inducir el deterioro tisular y la génesis de patologías específicas. Nuestra hipótesis plantea que este estrógeno es activo a nivel vascular y óseo. La estrona posee un impacto positivo en el tejido óseo promoviendo la diferenciación de las células formadoras de hueso. A nivel vascular, si exhibe acciones equivalentes a las óseas, resultaría en la inducción de la calcificación vascular. Se aportó evidencia de que, en cultivos primarios de osteoblastos, la estrona promueve la osteoblastogénesis a través de la estimulación de la expresión de Runx2, de la proliferación, migración celular, y de la síntesis de NO. A su vez, el estrógeno estimula la diferenciación osteoblástica, incrementando la actividad FAL, el depósito extracelular de colágeno y la mineralización de la matriz extracelular. La hormona mostró poseer una capacidad osteoblastogénica semejante a la estimulada por el raloxifeno y estradiol. Al igual que lo evidenciado a nivel óseo, en el sistema vascular, la estrona induce la transformación ósea de las células musculares lisas vasculares. En el modelo de transdiferenciación, se demostró que la hormona estimula la expresión de marcadores tempranos de diferenciación ósea (Runx2 y REα), la actividad fosfatasa alcalina, el depósito de colágeno y la mineralización de la matriz extracelular. Desde un punto de vista molecular, el mecanismo de acción de la estrona incluye la participación de los receptores de estrógenos citosólicos /nucleares y de membrana, y de las vías mensajeras óxido nítrico sintasa y MAPK. La estrona exhibió una actividad por sí misma y no a través de su conversión al estradiol. Las investigaciones de este trabajo de tesis revelaron acciones biológicas del estrógeno estrona a nivel vascular y óseo no descriptas hasta el momento. Los aportes más destacados proveen evidencia de que la hormona exhibe una acción similar en los tejidos evaluados. Tanto a nivel óseo como vascular, el estrógeno promueve los procesos celulares que conducen a un mismo fin: generación, diferenciación y mineralización osteoblástica, como así también de células musculares lisas vasculares, tendiente a la formación ósea y a la calcificación vascular, respectivamente. Si bien los resultados reportados corresponden a ensayos in vitro en sistemas celulares aislados, estos datos aportan conocimiento básico, con potencial aplicabilidad clínica, a favor de diseñar estrategias terapéuticas dirigidas a la prevención de patologías como la osteoporosis y aterosclerosis, así como también en beneficio de promover nuevas terapias hormonales de reemplazo. A su vez, estos aportes podrían utilizarse en la prevención del inicio del depósito de calcio dentro de la pared del vaso o, en el caso de etapas más avanzadas, intervenir en la promoción de un proceso controlado de reparación de tejidos, incluso con la desventaja del aumento del depósito de calcio, con el fin de limitar los efectos adversos de calcificación aterosclerótica establecida.

It is widely known that estrogens play a key role in bone remodeling and atherogenesis. During menopause, the decline in plasmatic estrogen levels is recognized to negatively impact bone and vascular tissue function. Osteoporosis and vascular calcification are diseases highly prevalent in postmenopausal women, with shared pathophysiological mechanisms. Although systemic levels of estradiol markedly decrease during menopause, plasmatic concentration of estrone could be sustained. The contribution of estrone to bone and vascular homeostasis has not been deeply studied. In view of the scarce information about the biochemical action of estrone on bone and vascular homeostasis, the general objective of the present thesis work was to investigate the effect of the hormone on key cellular processes for bone and vascular homeostasis, whose alteration could induce tissue deterioration and the genesis of specific pathologies. Our hypothesis is that estrone is an active estrogen at vascular and bone levels. The hormone has a positive impact on bone tissue by promoting bone-forming cells differentiation. At vascular level, if it exhibits actions equivalent to those of bone, it would result in the induction of vascular calcification. On calvarial bone cells, estrone promotes osteoblastogenesis, through the stimulation of Runx2 expression, proliferation, cell migration, and NO synthesis, as well as alkaline phosphatase activity, extracellular collagen deposition, and extracellular matrix mineralization. The hormone exhibits an osteoblastogenic activity, similar to raloxifene or estradiol treatment. At vascular level, the transdifferentiation experimental system employed, exhibited the enhancement in expression of early differentiation markers (Runx2 and ERα), alkaline phosphatase activity, collagen deposition, and extracellular matrix mineralization. Estrone induces bone transformation of vascular smooth muscle cells, by stimulating those parameters. From a molecular point of view, the mechanism displayed by the estrogen involves cytosolic/nuclear and membrane estrogen receptors, and the nitric oxide synthase and MAPK pathways participation. Indeed, estrone acts by its own, and not through its conversion to estradiol.

The evidence provided reveals biological actions of estrone at vascular and bone level, not described until now, allowing to establish similarities in its mechanisms of action. At bone and vascular level, the estrogen promotes cellular processes that lead to the same goal: osteoblastic and transdifferentiated vascular smooth muscle cells generation, differentiation and mineralization, tending to bone formation and vascular calcification, respectively. Although the reported results come from to in vitro assays, these data provide basic knowledge, with potential clinical applicability, in order to design therapeutic strategies aimed to prevent pathologies such as osteoporosis and atherosclerosis, as well as in favor of promoting new hormone replacement therapies. Moreover, these inputs could be used to prevent the onset of vascular calcium deposition, or to interplay in the promotion of a controlled tissue repair process. In the case of more advanced stages, they could be useful to limit the adverse effects of established atherosclerotic calcification.