L’osteocalcina è un importante elemento della matrice extracellulare del tessuto osseo: dal punto di vista quantitativo, ne rappresenta addirittura la seconda componente proteica più abbondante, dopo il collagene (10-20% delle proteine non collageniche).
A metà anni ’70 Hauschka e Price isolarono, per la prima volta dall’osso bovino e di pollo, una proteina in grado di legare 5 ioni calcio, riconoscendovi la presenza di 3 domini Gla (γ-carbossiglutammato) che permettono l’interazione con l’idrossiapatite. Questi residui derivano da un fondamentale processo post-traslazionale di carbossilazione dell’acido glutammico (Glu) mediato dall’enzima GGCX, dipendente dalla presenza di vitamina K, cui corrisponde un cambiamento conformazionale che stabilizza la proteina e ne incrementa l’affinità con Ca2+ e idrossiapatite. In virtù di questa caratteristica strutturale, l’osteocalcina viene anche definita proteina Gla dell’osso (BGLAP), così come il gene dai cui è codificata.
L’osteocalcina umana viene sintetizzata in forma di precursore (analogamente ad esempio all’insulina, prodotta come pre-pro-insulina) da 98 amminoacidi. Il peptide pre- fa da molecola segnale e viene clivato dopo la traslocazione al reticolo endoplasmatico, quello pro- contiene un sito di riconoscimento per il già citato enzima GGCX: la proteina matura è formata pertanto da 49 residui. Nella maggior parte dei casi tutti e 3 i residui Glu sono carbossilati; la proteina matura è destinata a essere depositata nella matrice extracellulare ossea o rilasciata in circolo.
Come anticipato, l’osteocalcina matura presenta siti legame per 5 ioni calcio, il che rende la proteina altamente affine per l’idrossiapatite. Essa viene espressa esclusivamente (o quasi) dall’osteoblasto e solo in una fase avanza di maturazione di questa linea cellulare. La sua espressione aumenta fino a 200 volte nel corso di processo di mineralizzazione osteoblastica della matrice extracellulare.
Marker di sintesi ossea: osteocalcina
L’osteocalcina viene pertanto interpretata come un marker di sintesi ossea e può essere, ad esempio, impiegata nella valutazione della risposta alle terapie dell’osteoporosi.
In più, la proteina sarebbe coinvolta nello sviluppo e nel rimodellamento del tessuto osseo: i topi knockout (in cui è stato cioè silenziato il gene BGLAP) non vanno incontro a inibizione della formazione dell’osso bensì a incremento della massa ossea. Somministrando osteocalcina si interferisce con l’attività della fosfatasi alcalina ossea (classico marker di sintesi). Se ne evince una funzione, da parte dell’osteocalcina, di regolatore della sintesi e della crescita dei cristalli di idrossiapatite.
La stessa molecola è in grado di accelerare la fusione di osso neoformato a fibre intrecciate (woven bone) all’interno dell’osso nativo e anche la formazione di osso lamellare attorno a inserti di collagene e idrossiapatite, promuovendo nel complesso la sintesi ossea e le caratteristiche meccaniche dello scheletro.
Nel contesto dei farmaci osteopenizzanti, le principali molecole anticoagulanti – vale a dire eparina e warfarin – inducono una riduzione dei livelli e dell’attività dell’osteocalcina.
Negli ultimi anni sono inoltre emerse alcune possibili funzioni non ossee, in particolare un ruolo nel metabolismo glucidico: l’osteocalcina avrebbe infatti un effetto di tipo ormonale, analogamente a quanto evidenziato per leptina e adiponectina (prodotte dal tessuto adiposo) e la sua produzione sarebbe stimolata dalla stessa insulina. La proteina potrebbe essere pertanto utilizzata anche nello studio del diabete mellito di tipo 2. Oltre a questo, essa avrebbe funzioni di neuropeptide e, in ambito endocrinologico, nel complesso della fertilità.
Riferimenti bibliogafici sul ruolo dell’osteocalcina
https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/osteocalcin
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26747614
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4670816/pdf/nihms697904.pdf