Ovario, melatonina y estrés oxidativo

En el folículo ovárico, durante proceso de la ovulación  se producen especies reactivas del oxígeno (ROS, por sus siglas en inglés).  La melatonina (N-acetil-5-metoxitriptamina), secretada por la glándula pineal,  actúa en el folículo ovárico como un antioxidante reduciendo el estrés oxidativo inducido por ROS y contribuye a la maduración del oocito, al desarrollo del embrión y a la luteinización de las células granulosas.

La melatonina tiene un ritmo circadiano generado en el núcleo supraquiasmatico (NSQ) del hipotálamo y sincronizado a 24 horas primariamente  por el ciclo luz-oscuridad  que actúa vía NSQ. Durante el día, las concentraciones sanguíneas de melatonina son bajas, pero aumentan significativamente en la noche. La síntesis de melatonina es controlada por condiciones de luminosidad, la señal fotosensorial llega a la glándula pineal a través de una ruta polineuronal que comienza en la retina e involucra al tracto retinohipotalámico, el NSQ, el núcleo paraventricular, la columna intermedio lateral de la médula espinal y el ganglio cervical superior. En el control de la síntesis de melatonina tiene un papel crucial la noradrenalina, la cual es liberada en la glándula pineal por las terminaciones de las fibras nerviosas simpáticas postganglionares y se une a los receptores adrenérgicos de los pinealocitos donde activa la adenil ciclasa y aumenta los niveles de AMPc. El AMPc estimula la actividad de la arilalkilamina N-acetiltransferasa (AA-NAT), la enzima clave en la síntesis de melatonina. La biosíntesis de la melatonina comienza con la captación en la glándula pineal del aminoácido L-triptófano de la circulación sanguínea. En el pinealocito, el triptófano es convertido en  5-hidroxitriptofano el cual es descarboxilado para formar serotonina. La siguiente etapa comprende la N-acetilación de la serotonina para formar N-acetilserotonina, reacción que es catalizada por la AA-NAT. La etapa final es la O-metilación de la N-acetilserotonina a melatonina por la enzima hidroxiindol O-metiltransferasa (HIOMT).  Algunos tejidos periféricos como retina, tracto gastrointestinal, piel, leucocitos y médula ósea sintetizan melatonina.

Una vez sintetizada en la pineal, la melatonina es rápidamente liberada en la circulación sanguínea y el líquido cerebroespinal. La melatonina ha sido involucrada en muchas funciones en el organismo: ayudar a sincronizar los ritmos circadianos, promoción del sueño, estimulación inmune, regulación de la presión arterial, regulación de la reproducción, función oncostática y función antidepresiva. Algunas de estas acciones son mediadas por dos receptores, MT1 y MT2,  acoplados a proteína G y distribuidos ampliamente  en el cuerpo. La activación de estos receptores reduce la formación de AMPc, la actividad de la proteína quinasa A y la fosforilación del elemento de unión que responde al AMPc. Dependiendo del tejido, el órgano y la especie, la melatonina activa diferentes cascadas de señalización intracelular interactuando con el mismo subtipo de receptor. Ahora bien,  aun cuando algunas de las acciones de la melatonina son mediadas a través  de sus receptores específicos, es conocido que otra considerable cantidad de acciones dependen de su capacidad antioxidante. 

Las ROS, en concentraciones fisiológicas, pueden promover la supervivencia, la proliferación y la diferenciación celular, pero en altas concentraciones pueden promover la muerte celular por apoptosis o necrosis. El estrés oxidativo, que puede ser definido como un desbalance  entre moléculas pro-oxidantes, incluyendo especies reactivas de oxígeno y nitrógeno, y las defensas antioxidantes,  tiene un efecto tóxico directo sobre las células, provocando peroxidación de lípidos, oxidación de proteínas o daño del ADN. El estrés oxidativo tiene un rol causal o adyuvante  en casi todas las patologías humanas, incluyendo el cáncer y la neurodegeneración, y está también involucrado en el envejecimiento y las patologías inflamatorias crónicas. Un pequeño porcentaje (1-4%) del oxígeno que entra en las células es metabolizado a derivados referidos a menudo  como radicales libres o ROS. La mitocondria es el sitio subcelular más importante de producción de ROS, la cadena transportadora de electrones genera directamente el radical anión superóxido (O₂^-). El O₂^- no es considerado una sustancia altamente reactiva y, por lo tanto,  el daño estructural directo  a las moléculas puede ser mínimo. El O₂^- es convertido en peróxido de hidrógeno (H₂O₂) por una enzima específica, la manganeso-superóxido dismutasa (Mn-SOD). La toxicidad directa del H₂O₂ en las células es limitada, sin embargo, tiene una vida media larga (>4seg) y puede atravesar  fácilmente las membranas. Aunque el H₂O₂ generalmente es convertido en H₂O por el glutatión peróxido en la mitocondria, una parte y/o exceso  de H₂O₂ puede difundir al citoplasma, el núcleo o las membranas y aumentar las concentraciones de ROS. El H₂O₂ es convertido rápidamente  en el radical hidroxilo (^-OH) cuando está en presencia de un metal de transición como el hierro. El ^-OH en un ambiente acuoso tiene una vida media muy corta (<1nseg), pero es altamente reactivo. Entonces, cuando es producido en vivo, el ^-OH daña o destruye cualquier molécula que se encuentre en la vecindad donde es generado.  La formación de ^-OH en la vecindad del ADN puede llevar a este radical a reaccionar con las bases del ADN. Dado que la base más sensible del ADN es la guanina, el ^-OH reacciona con esta base para formar 8-hidroxi-2^´desoxiguanosina (8-OHdG), uno de los principales productos de la oxidación del ADN y, a la vez, un marcador sensible del ADN dañado oxidativamente.  

Los antioxidantes son moléculas que destoxifican el exceso de ROS ayudando a mantener el delicado balance oxidante/antioxidante del cuerpo. Hay dos tipos de antioxidantes: enzimáticos (superóxido dismutasa, glutation peroxidasa, catalasa, etc.) y no enzimáticos (vitamina E, vitamina C, glutation, melatonina, ácido úrico, albúmina, etc). La melatonina  es un poderoso atrapador de radicales libres, por su pequeño tamaño  y  sus propiedades lipofílicas atraviesa todas las membranas celulares y alcanza fácilmente los compartimentos subcelulares, incluyendo mitocondria y núcleo.  En particular, la melatonina preserva la función mitocondrial y la homeostasis celular reduciendo y previniendo el estrés oxidativo mitocondrial y con ello previene también eventos apoptóticos y la muerte celular. La melatonina es también un poderoso antioxidante,  su capacidad para atrapar radicales libres es de amplio espectro: O₂^-, ^-OH, ¹O₂, H₂O₂, HOCl, NO^- y ONOO^-, en el caso del ^-OH su capacidad es mucho mayor que la de otros antioxidantes. Pero no sólo es la melatonina  la que actúa como atrapador  de radicales libres,  también los metabolitos  que se forman durante estas interacciones (3-hidroximelatonina cíclica, N1-acetil-N2-formil-5-metoxikinuramina  y N1-acetil-5-metoxikinuramina) son excelentes atrapadores de reactivos tóxicos.  Por otra parte, la melatonina juega un papel importante en la activación de   antioxidantes enzimaticos como superóxido dismutasa, catalasa, glutatión peroxidasa, glutatión reductasa y glucosa-6-fosfato deshidrogenasa.

El mecanismo de la ovulación ha sido comparado con una reacción inflamatoria. Los componentes inflamatorios que se encuentran en la ovulación incluyen los incrementos en la síntesis de prostaglandinas,  la producción de citoquinas y  la permeabilidad vascular. Las ROS son importantes mediadores de estas reacciones inflamatorias. Macrófagos, neutrófilos y células endoteliales vasculares residen en el folículo ovárico y producen ROS durante la ovulación. Aunque las ROS juegan un rol en la ruptura del folículo durante la ovulación, ellas potencialmente dañan al oocito y evitan la luteinización de las células granulosas. Las ROS también reducen la producción de progesterona porque inhiben enzimas esteroidogénicas y proteínas transportadoras intracelulares involucradas en el transporte del colesterol hacia la mitocondria. Las ROS son esenciales para la maduración del oocito, la fosforilación oxidativa en la mitocondria proporciona la energía necesaria para la maduración del oocito desde estadio de vesícula germinal a oocito maduro metafase II (MII), identificado por el aparecimiento del primer cuerpo polar. El oocito MII consume altos niveles de ATP. Sin embargo, la sobre-producción de ROS inhibe la síntesis de ATP y daña la mitocondria.

La concentración de melatonina en el ovario es diez veces mayor que la plasmática y muestra una variación fásica como en la glándula pineal. Adicionalmente,  la captación de melatonina por el ovario es alta comparada con otros tejidos periféricos. Por otro lado, la concentración de melatonina   en el líquido antral de los folículos grandes es mayor que en los folículos pequeños, lo que sugiere  que el incremento de melatonina en los folículos preovulatorios   puede tener un papel importante en el proceso de ovulación. En efecto, la melatonina puede regular la función ovárica vía activación de múltiples receptores y rutas de señalización  en células granulosas y tecales. Durante la ovulación, la melatonina protege las células granulosas de las ROS en el folículo y contribuye a su luteinización. Como se mencionó anteriormente, las ROS reducen la producción de progesterona por las células granulosas luteinizadas,  sin embargo, la melatonina, según estudios recientes,  elimina el efecto inhibitorio del H₂O₂ sobre la producción de progesterona.

Fuente: Tamura H et al (2013). Melatonin as a free radical scavenger in the ovarian follicle.  Endocrine Journal 60: 1-13.