A remodelação óssea é um processo fisiológico que mantém a integridade do esqueleto através da substituição do osso antigo por uma matriz óssea jovem. No entanto, na osteoporose a formação óssea, comparada à reabsorção, fica prejudicada em virtude da queda do número de osteoblastos e redução de suas atividades, levando a uma perda da microarquitetura do tecido ósseo, tornando-o frágil e com suscetibilidade à fratura. O objetivo deste trabalho foi comprovar diferenças comportamentais em células osteoblásticas provenientes da medula óssea e da calvária de ratas induzidas à osteoporose por meio de expressão gênica em larga escala. Foram utilizadas 18 ratas Wistar divididas em grupos controle e overiectomizadas. Após 150 dias da cirurgia, as ratas de ambos os grupos foram sacrificadas para coleta dos fêmures e fragmentos da calvária. As células recolhidas a partir da medula óssea e calvária foram cultivadas em placas de 24 poços (n=5) para avaliação da proliferação e viabilidade celular e em garrafas de cultura para a extração do RNA total dessas células. Em seguida, o RNA total foi quantificado e sua integridade analisada por meio do sistema de eletroforese microfluídica. Foi realizada a identificação da modulação de genes e avaliação dos microRNAs envolvidos na inibição gênica por meio de cDNA microarray. As células da medula óssea do grupo controle (MC) mostraram uma diminuição significativa na proliferação quando comparado com às células do grupo controle da calvária (CC) em todos os períodos (p < 0,05). Por outro lado, as células da medula óssea de ratas ovariectomizadas (MO) revelaram um aumento significativo na taxa de proliferação após 7 e 10 dias (p < 0,01) em comparação às células da calvária de ratas ovariectomizadas (CO). A viabilidade celular foi maior em todos os períodos estudados dos grupos CC e CO em relação aos grupos MC e MO (p < 0,05). Os dados de microarray foram normalizados utilizando-se quantil e após análise estatística por teste-t não pareado com p-value ≤ 0,005 e posterior fold change ≥ 2,0, foram evidenciados 5447 mRNAs diferencialmente expressos nas células da calvária e 4399 mRNAs nas células da medula óssea. Os dados de miRNAs foram normalizados utilizando-se também o quantil e após análise estatística por teste-t moderado com p-value ≤ 0,05 e posterior fold change ≥ 1.5, foram evidenciados 84 miRNAs diferencialmente expressos nas células de calvária e 55 miRNAs nas células da medula óssea. No grupo de genes reprimidos da CC destacam-se Notch1, Dlx5, Fgf1, Il6 e Fgfr2 como reguladores da proliferação celular e as Caspases 6 e 12 como resposta a substâncias orgânicas. Já no grupo de genes induzidos da CC encontramos os genes Gli1 e Bmp7 como reguladores da proliferação celular, Gli1, Bmp3 e Mmp2 no processo biológico de desenvolvimento ósseo e Lrp1, Mmp2 e a família Tgfβ1, 2 e 3 no envelhecimento, entre outros. Dentre os genes reprimidos do grupo da MO encontram-se o Csf1, Sparc e Tnf como reguladores da proliferação celular e Anxa5, Col1a1, Spp1, Sparc, Tnf e Mmp2 no processo biológico de resposta a substâncias orgânicas e no grupo de genes induzidos os genes Notch1, Bmp4, Dlx5 e Stat6 como reguladores da proliferação celular e os genes Alpl, Bmp4 e Casp6 no processo de resposta a substâncias orgânicas, entre outros. Dentre os miRNAs encontrados, membros da família 30 (miR-30a, 30c e 30d) apresentaram-se induzidos tanto na CO quanto na MO, sendo que estes miRNAs atuam como reguladores negativos da diferenciação osteoblástica. Já o miR-17 que está relacionado com a regulação positiva da osteogênese apresentou-se reprimido tanto na CO quanto na MO. O miR-542-3p suprime a diferenciação osteogênica e promove a apoptose dos osteoblastos reprimindo o gene Bmp7 e a sua via de sinalização. Esse miRNA está induzido tanto no grupo da CO quanto na MO. Esses dados confirmam que nas ratas ovariectomizadas há uma menor atividade osteoblástica e maior atividade osteoclástica. Os dados encontrados no trabalho sugerem uma diferença na expressão gênica não só das células diferenciadas da calvária, mas também aquelas ainda presentes na medula óssea, influenciando, assim, a formação adequada de tecido ósseo em uma situação de osteoporose.

Bone remodeling is a physiological process which maintains skeleton integrity replacing old bone by a young bone matrix. In some diseases such as osteoporosis bone formation is impaired due to the decrease in the number of osteoblasts and reduction of their activities leading to a loss of bone tissue microarchitecture, making it fragile and susceptible to fracture. The objective of this study was to evaluate behavioral differences in osteoblast-like cells from calvaria and bone marrow of rats induced to osteoporosis by ovariectomy through large-scale gene expression analysis. Eighteen Wistar rats were used and divided into control and ovariectomized groups. After 150 days of surgery, the rats of both groups were sacrificed for collection of femurs and calvaria fragments. The cells collected from bone marrow and calvaria were grown in 24-well plates (n = 5) for cell proliferation and viability analysis, as well as grown in culture bottles for total RNA extraction of these cells. The RNA was quantified and its integrity assessed by gel electrophoresis in a microfluidic system. Identification of gene modulation as well as microRNAs involved in gene inhibition was performed by cDNA microarray. Bone marrow cells from the control group (MC) showed a significant decrease in proliferation compared with cells from the calvaria control group (CC) in all periods (p <0.05). On the other hand, bone marrow cells of ovariectomized rats (MO) revealed a significant increase in the proliferation rate after 7 and 10 days (p<0.01) compared to calvaria cells of ovariectomized rats (CO). Cell viability was higher in all periods of CC and CO groups compared to MC and MO groups (p <0.05). Microarray data were normalized using quantile and after statistical analysis by unpaired t-test with p-value ≤ 0.005 and subsequent fold change ≥ 2.0, 5.447 differentially expressed mRNAs were detected in calvaria cells and 4.399 mRNAs in bone marrow cells. The miRNAs data were also normalized using the quantile and after statistical analysis by moderate ttest with p-value ≤ 0.05 and subsequent fold change ≥ 1.5, 84 miRNAs differentially expressed in calvaria cells were detected and 55 miRNAs in bone marrow cells. In CC group, there may be highlighted repressed genes such as Notch1, Dlx5, Fgf1, Fgfr2 and Il6 as regulators of cell proliferation and caspases 6 and 12 in response to organic substances. The same group showed induced genes such as Gli1 and Bmp7 genes as regulators of cell proliferation, Gli1, Bmp3 and Mmp2 involved in the biological process of bone development and Lrp1, Mmp2 and Tgfβ1, 2 and 3 family linked to aging. Among the genes repressed in the MO group are Csf1, Sparc and Tnf as regulators of cell proliferation and Anxa5, Col1a1, Spp1, Sparc, Tnf and Mmp2 associated to biological process of response to organic substances. In the group of induced genes of MO group we found Notch1, Bmp4, Dlx5 and Stat6 as regulators of cell proliferation and Alpl, Bmp4 and Casp6 genes related to the process of response to organic substances. Among the miRNAs found, members of 30 family (miR-30a, 30c and 30d) were induced in the CO and MO groups and these miRNAs act as negative regulators of osteoblastic differentiation. The miR-17 is associated with upregulation of osteogenesis and it is repressed in both ovariectomized groups. MiR- 542-3p suppresses osteogenic differentiation and promotes osteoblast apoptosis repressing Bmp7 gene and its signaling pathway. This miRNA was induced in the CO and MO group. These data confirm that in ovariectomized rats there is a decrease in osteoblastic activity and increased osteoclastic activity. The data found in the present investigation suggest a difference in gene expression not only of differentiated cells from calvaria but also those still present in the bone marrow, thus affecting the proper formation of bone tissue in a situation of osteoporosis.