Los canales TRP y la homeostasis ósea.

La preservación de los niveles normales de Ca²⁺ en la sangre y en el hueso está íntimamente interconectada. Esta situación implica que el esqueleto no sólo depende  de, sino que también participa en, el balance del Ca²⁺ externo. El mantenimiento de la homeostasis  del Ca²⁺ extra e intracelular es crucial para la biología del hueso y depende en gran parte de los canales de Ca^2+.Existen varios tipos de canales de Ca²⁺: (i) receptores de rianodina y receptores de inositoltrifosfato (IP₃R) que median la liberación de Ca²⁺ del retículo endoplásmico; (ii) canales de Ca²⁺ operados  por almacenamiento que median el flujo de Ca²⁺ extracelular al retículo endoplásmico; (iii) canales de Ca²⁺ dependientes de voltaje (VGCC) que permiten la entrada de Ca²⁺ en la célula despolarizada; (iv) canales de Ca²⁺ activados por estiramiento que median la entrada de Ca²⁺ después de una estimulación mecánica, y (v) la familia de canales de cationes potencial de receptor transitorio (TRP).

La familia TRP consta de 28 miembros con diversas funciones fisiológicas. Sobre la base de su secuencia  se subdividen en seis subfamilias: TRPC (canónica), TRPV (vanilloide), TRPP (policistina), TRPM (melastatina), TRPA (anquirina), y TRPMI (mucolipina). Los miembros de la subfamilia  de canales iónicos TRPV  están involucrados en la homeostasis del Ca²⁺ extracelular y en la señal intracelular de Ca²⁺ en las células óseas. Esta subfamilia consta  de seis miembros, los cuales son proteínas de membrana compuestas de seis dominios transmembrana que forman un poro permeable a cationes. Los canales TRPV1 al 4 son canales de cationes no selectivos, mientras que los TRPV5 y 6 son altamente selectivos de Ca²⁺. Los canales TRPV son activados por una variedad de estímulos. El TRPV1 es activado por el calor, estímulos nocivos, pH bajo, y numerosos compuestos químicos. Los TRPV 2 al 4 son activados por la hipotonicidad aunque también responden al calor  pero con diferentes umbrales.  Los TRPV 5 y 6 se diferencian de los otros  canales   porque no son activados  por el calor sino por la concentración intracelular baja de Ca²⁺. El TRPV1 está presente  en las neuronas periféricas  que inervan al hueso y la señal de Ca²⁺ mediada por el TRPV1 en estas neuronas  tiene una función importante en la sensación de dolor que a menudo acompaña a las metástasis óseas o a la osteoartritis inflamatoria. El TRPV2 es expresado en los osteoclastos y está involucrado en la ruta de entrada de Ca²⁺que media las oscilaciones  de Ca²⁺ en esas células. El TRPV4 está presente en osteoclastos y condrocitos. El TRPV4 está presente en la membrana basolateral  de los osteoclastos y es requerido para la entrada sostenida de Ca²⁺ en los estadios tardíos de la osteoclastogénesis. En los condrocitos, el TRPV4 modula la diferenciación y la señal Ca²⁺ inducida osmóticamente. El TRPV5 media la reabsorción de Ca²⁺ en el riñón y por tanto es importante para el mantenimiento de los niveles sistémicos de Ca²⁺ y la homeostasis ósea. Adicionalmente, el TRPV5 es expresado en los osteoclastos y puede regular la diferenciación y/o función de esas células. El TRPV6 afecta el metabolismo óseo promoviendo el transporte intestinal de Ca²⁺ y es especialmente requerido durante la deprivación de Ca²⁺ en la dieta.

La regulación de la homeostasis del Ca²⁺ sistémico está dirigida a mantener los niveles circulantes de Ca²⁺ dentro de un rango bastante estrecho. La normocalcemia es activada por un complejo sistema endocrino que modula la absorción de Ca²⁺ en el intestino, la secreción neta de Ca²⁺ en el riñón y la deposición/movilización de Ca²⁺ en el hueso. Pequeñas disminuciones en los niveles circulantes de Ca²⁺  disparan la secreción de hormona paratiroidea (PTH) en las glándulas paratiroides. La PTH, a su vez, promueve la producción renal de calcitriol. La acción del calcitriol es clave para asegurar la normocalcemia regulando procesos en diferentes tejidos blanco. El calcitriol aumenta el transporte intestinal de Ca²⁺ y la reabsorción renal de Ca²⁺. Cuando estas adaptaciones son insuficientes para restaurar la normocalcemia, el calcitriol aumenta la reabsorción ósea por los osteoclastos y suprime la mineralización  de la matriz ósea incrementando la expresión   de inhibidores de la mineralización, como la osteopontina y el pirofosfato, por los osteoblastos.

La homeostasis normal del hueso no sólo depende del Ca²⁺ extracelular, sino también de la cascada de señalización del Ca²⁺ intracelular que regula la diferenciación y el funcionamiento  de las células ósea. En los osteoclastos, la diferenciación es iniciada por la activación simultánea del receptor activador del factor nuclear κB (RANK) y del receptor similar a inmunoglobulina (IgLR).  Estas rutas de señalización  inducen la activación de la fosfolipasaCγ que produce IP₃, el cual provoca la liberación de Ca²⁺ del retículo endoplásmico vía IP₃R con la subsiguiente formación de oscilaciones de Ca²⁺. Hallazgos recientes sugieren que el canal TRPV2 es una de las rutas de entrada de Ca²⁺ que también contribuye a las oscilaciones de Ca²⁺.  Las oscilaciones de Ca²⁺ activan  proteínas dependientes de Ca²⁺/calmodulina como la fosfatasa calcineurina  y las proteínas quinasas dependientes de calmodulina (CaMK). La calcineurinafosforila al factor de transcripción NFATc1 (factor nuclear  de célula T activada) que se traslada al núcleo e incrementa la transcripción de genes específicos de los osteoclastos. El NFATc1 es el principal regulador de la diferenciación de los osteoclastos.  La señal Ca²⁺/calmodulina también activa la ruta CREB (proteína de unión al elemento de respuesta al AMPc) mediada por CaMK, la cual en cooperación con el NAFTc1 incrementa la expresión de genes específicos de los osteoclastos. Adicionalmente, la CREB induce al complejo AP1 (proteína activadora) que contribuye a la autoamplificación  de NFATc1. Entonces, las oscilaciones de Ca²⁺ inducidas por Rank e IgLR son cruciales en la iniciación de la osteoclastogénesis  promoviendo la actividad de NAFTc1 y CREB. En los estadios tardíos de la diferenciación las oscilaciones de Ca²⁺  desaparecen y son remplazadas por una entrada sostenida de Ca²⁺  que es mediada predominantemente por el TRPV4 aunque el TRPV5 también podría  participar. Las oscilaciones de Ca²⁺ y la entrada sostenida de Ca²⁺ son necesarias para la diferenciación de los osteoclastos mediada por el NAFTc1. El TRPV4 también influye en la migración y fusión de los osteoclastos a través de los efectos de la señal Ca²⁺/calmodulina sobre la miosinaIIa.

Los osteoblastos expresan diferentes familias de  canales de Ca²⁺, entre ellos, los operados por almacenamiento,  los activados por estiramiento, los VGCCs y el TRPV6. Los VGCCs son importantes  para el funcionamiento de los osteoblastos y más específicamente para la propagación de las ondas de Ca²⁺ a través de los osteoblastos vecinos cuando son estimulados mecánicamente. La respuesta a los estímulos mecánicos involucra la entrada de Ca²⁺a la célula a través de  los VGCCs. Estudios recientes han demostrado que la sensibilidad y la dinámica de las ondas de Ca²⁺ son mayores en los osteoblastos completamente diferenciados, es decir, los osteocitos que son los verdaderos mecanosensores del huesso. Los cambios en las ondas de Ca²⁺ con la diferenciación son atribuidos a los diferentes tipos de VGCCs presentes en los osteoblastos, esto es, tipo L en los osteoblastos y tipo T en los osteocitos. La diferenciación de los osteoblastos requiere de la activación por parte  de la calcineurina de la transcripción de genes mediada por  la señal NAFT.  Sin embargo, las rutas de entrada de Ca²⁺  que median la activación calcineurina/NFAT en los osteoblastos  no son completamente conocidas.

Los condrocitos expresan varios canales de Ca²⁺, entre ellos,  los activados por estiramiento, los VGCCs y el TRPV4, los cuales están involucrados en la diferenciación de los condrocitos y en la osmorespuesta. En primer lugar, la entrada de Ca²⁺ vía canales VGCC tipo L y TRPV4 es requerida para activar la cascada de señalización Ca²⁺/calmodulina que promueve la diferenciación de los condrocitos mediada por SOX9, el principal regulador de la condrogénesis. En segundo lugar, el Ca²⁺ está involucrado  en la propiedad osmosensible de los condrocitos, la cual es esencial para mantener sanas las articulaciones. Los condrocitos articulares están expuestos a grandes variaciones en su ambiente osmótico debido a cambios en el contenido de agua de la matriz del cartílago durante la actividad de la articulación. Los condrocitos responden directamente a este estrés osmótico promoviendo la entrada de Ca²⁺ e incrementando los niveles intracelulares de Ca²⁺ lo cual les  permite llevar a cabo cambios volumétricos. Por ejemplo, el estímulo hipo-osmótico activa la entrada de Ca²⁺ a través de canales TRP4, especialmente a nivel del cilio primario, para incrementa los niveles intracelulares de Ca²⁺,  lo cual es requerido para la disminución de volumen del condrocito.

Fuente: Lieben L y Carmeliet G (2012). The involvement of TRP channels in bone homeostasis. Frontiers in Endocrinology 3: artículo 89.