Diversidad de neuronas CRH en el hipotálamo

La reacción del cuerpo a los estresores ambientales, incluyendo factores físicos y psicosociales, es orquestada por la liberación secuencial de hormonas  en el eje hipotálamo-hipófisis-adrenal (HHA). La activación del eje HHA dispara la liberación de corticoesteroides por la corteza  de la glándula adrenal para movilizar la utilización de energía, provocando respuestas integrativa-protectoras a las condiciones nocivas. El primer nivel jerárquico en el eje HHA es la liberación de hormona liberadora de corticotropina (CRH) a partir de los terminales de las neuronas parvocelulares hipotalámicas en los vasos porta hipofisiarios en la eminencia media. De acuerdo con la definición clásica, la respuesta periférica al estrés progresa a través de la secreción  de hormona adrenocorticotrópica (ACTH) por el lóbulo anterior de la hipófisis. Finalmente, la ACTH induce  la esteroidogénesis en -y la liberación de corticoesteroides por-  la corteza adrenal. La acción de los corticoesteroides  es ejecutada  a través  de receptores glucocorticoides,  codificados por el gen Nr3c1, y seguida por los cambios adecuados en el estado celular necesarios para  cubrir los compromisos metabólicos. 

Las neuronas  parvocelulares  son consideradas  como las responsables de la liberación rápida, inducida por el estrés, de  CRH y están situadas en el núcleo paraventricular (NPV) del hipotálamo.  El NPV es uno de los mejores ejemplos  de la compleja organización neuronal en el hipotálamo: contiene al menos ocho subdivisiones con neuronas motoras secretoras  neuroendocrinas magnocelulares y parvocelulares (esto es, células que liberan péptidos bioactivos en la circulación porta a través de sitios localizados fuera de la barrera hematoencefálica), neuronas con proyecciones al tallo cerebral y neuronas hipotalámicas que se proyectan localmente. Oxitocina y vasopresina son producidas en neuronas magnocelulares que se proyectan directamente a la hipófisis posterior. Por el contrario, las neuronas parvocelulares son un caleidoscopio  de modalidades neuroendocrinas, a menudo co-liberan varios neuropéptidos  y neurotransmisores  “por demanda”.  Entre las neuronas parvocelulares del NPV, las células CRH,  además de sus proyecciones a la eminencia media, también emiten  axones hacia  otros núcleos hipotalámicos (por ejemplo, hipotálamo lateral), aumentando su capacidad integrativa a través del control coincidente  de circuitos neuronales y respuestas hormonales en la hipófisis.

Las células neuroendocrinas parvocelulares, además de CRH en su “centro del estrés”,  pueden producir  hormonas liberadoras y  hormonas que inhiben liberación de hormonas en la hipófisis anterior; por ejemplo, hormona liberadora de hormona de crecimiento y somatostatina que inhibe la liberación de hormona de crecimiento, hormona liberadora  de tirotropina (TRH), hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH) y dopamina (hormona  que inhibe la liberación de prolactina. De particular interés con relación al estrés, la vasopresina potencia el efecto de CRH. Estos péptidos  co-existen en los mismos gránulos de almacenamiento en la capa externa  de la eminencia media. La observación  que los niveles basales  de ACTH y glucocorticoides  pueden ser detectados siempre en sangre, indirectamente sugiere  que la CRH es constitutivamente liberada en cantidades pequeñas  para estimular continuamente la producción y liberación  de hormonas. Este concepto tiene  un amplio significado fisiológico; por ejemplo, las células β pancreáticas requieren glucocorticoides para su supervivencia.  La liberación de CRH sigue un ciclo diurno con picos  durante horas tempranas de la mañana y  en la noche. Estos datos sugieren  que la CRH puede tener más roles que los que previamente se han descrito  a través de la expresión de sus receptores  en células o tejidos específicos. Además  de regular la respuesta al estrés, la CRH está implicada en la regulación del apetito.

La producción de CRH no ocurre solamente en el NPV. En el hipotálamo, la CRH  también es detectada  en células magnocelulares del hipotálamo lateral  y área preóptica. Una dificultad para identificar  los sitios celulares de producción de CRH consiste en los  inusualmente bajos niveles  en reposo  y su rápida inducción  durante condiciones de estrés o en estados metabólicos particulares. Sin embargo, los estudios histoquímicos sugieren  que la expresión  episódica  de ARNm Crh puede ser intrínseca a muchas neuronas hipotalámicas. Asimismo, la transcripción del gen Crh y la expresión de proteína han sido documentadas  en muchas áreas extrahipotalámicas, incluyendo núcleos talámicos, núcleo del lecho de la estría terminal, amígdala, médula oblonga, corteza piriforme y muchas regiones neocorticales e hipocampales. Entonces, emerge una heterogeneidad  de neuronas CRH con la CRH como determinante molecular de función celular bajo condiciones conductuales y metabólicas particulares.  Los estudios de co-localización sugieren que las neuronas CRH positivas podrían mediar la neurotransmisión  excitadora o inhibidora de una manera definida regionalmente.  Por ejemplo, interneuronas corticales e hipocampales que usan GABA como neurotransmisor inhibidor,  también pueden expresar  CRH. Las acciones de la CRH son diversificadas  a nivel celular con dos receptores acoplados  a proteína G (con acoplamiento G_s/G_q), CRHR1 y CRHR2  que activan rutas de señalización diferenciadas en respuesta a este neuropéptido.

La expresión de CRH es una modalidad inducida funcionalmente más que una característica para definir la identidad de la neurona.  Un análisis detallado de todas las neuronas Crh  del hipotálamo  demuestra su segregación en los fenotipos de neurotransmisores GABAergicas (esto es, co-expresión  Gad1, Gad2 y Slc32a1) o glutamatérgicas (Slc17a6).  Como la co-existencia de neurotransmisores es una característica relativamente común  de las neuronas hipotalámicas, las neuronas GABA/glutamato, dopamina/GABA, y dopamina/glutamato también pueden contener ARNm Crh.  Entonces, las neuronas Crh⁺ comprenden varios subtipos  de neuronas GABA y glutamato, reforzando el concepto  que la producción episódica  de CRH puede estar asociada  con múltiples redes manejadas por contextos relacionados con la enfermedad o el metabolismo más que una característica del desarrollo (definida filogenéticamente en el nivel transcripcional) de  un subgrupo  de neuronas hipotalámicas. El análisis con el método ScRNA-seq indica que las neuronas CRH que residen en el NPV son glutamatérgicas. Este grupo de células puede ser distinguido por la coexistencia de varios ARNm, incluyendo Tmem591, Fuca1, Npr3 y Arnt2, cuya existencia en el NPV ha sido validada por estudios histoquímicos. Mientras tanto, las neuronas GABAergicas  que  contienen CRH co-expresan Pgr151, un marcador histoquímico de neuronas que residen en la parte anterior del NPV y en el hipotálamo dorsomedial. Alternativamente, las neuronas GABAergicas CRH⁺  que  expresan el factor de transcripción LIM se localizan en el área preóptica.  Más aún, las neuronas hipotalámicas  que co-expresan CRH  se extienden hacia el núcleo del lecho de la estría terminal, un área extrahipotalámica que forma circuitos locales que regulan el eje del estrés. Sobre la base de los códigos transcripcionales, se ha formulado la hipótesis que las neuronas GABAergicas CRH⁺, a pesar de su heterogeneidad espacial, pueden originarse a partir de los mismos precursores, migrar hacia diferentes  subregiones (extra) hipotalámicas y constituir un subtipo neuronal unificado.

Dos genes (Crhr1 y Crhr2) codifican los receptores que median la acción  de la CRH y sus ARNm han sido detectados en muchas regiones del cerebro. Crhr1 es ampliamente expresado en neocorteza,  corteza piriforme, sistema olfatorio, hipocampo y cerebelo. Crhr2 tiene una distribución más restringida con una concentración primaria en los núcleos lateral y triangular del septum y el complejo amigdaloide.  Los receptores CRHR1 y CRHR2 pueden mediar  diferentes respuestas biológicas  e involucran  una combinación  de señales intercelulares.  Cuando se analiza la distribución  de los CRHR en el hipotálamo, los niveles de expresión  de Crhr1 y Crhr2 son relativamente bajos con el primero presente  en los núcleos arcuato, supraquiasmático, anterior y dorsomedial, mientras el último está presente  en los núcleos periventricular anterior, ventromedial, arcuato y anterior.  El estrés induce  la expresión de Crhr1 en el NPV, el cual es una significativa estación  de retroalimentación para la producción y liberación de CRH.

La liberación regulada  de cualquier péptido bioactivo  en el cerebro o la eminencia media  depende del ensamble coordinado  del complejo receptor adherido al factor sensible a N-etilmaleimida soluble (SNARE) para la fusión  de las vesículas que contienen el neuropéptido.  En el hipotálamo, la maquinaria de exocitosis  incluye  muchas proteínas específicas de región y tipo de células, incluyendo CAPS-1 y secretograninas. Un estudio reciente en ratones identificó la presencia coincidente  de Crh, Nr3c1 (receptor glucocorticoide, subfamilia 3, grupo C, miembro1) y secretagogina (Scgn) en NPV y eminencia media, con la Scgn en la membrana de los terminales que liberan CRH  en el sistema porta hipofisiario.  La Scgn  es miembro  de la superfamilia  EF-hand de proteínas ligadoras de Ca²⁺, expresadas en todos los órganos asociados  con células neuroendocrinas, incluyendo hipófisis, glándulas adrenales, intestino y páncreas. En el sistema nervioso, la Scgn  se localiza en poblaciones de neuronas de neocorteza, hipocampo, cerebelo, ganglios de la base y bulbo olfatorio.  La Scgn es una proteína sensora de Ca²⁺ que induce interacciones proteína-proteína a través de cambios conformacionales para controlar funciones celulares discretas. Entonces, la Scgn  posee las propiedades básicas  de un sensor integrativo  que puede orquestar la liberación  de las vesículas que contienen  neuropéptidos. En el hipotálamo, la Scgn es expresada principalmente en NPV y núcleo arcuato. En ratas y humanos, un subgrupo de neuronas vasopresina y oxitocina pueden co-expresar Scgn. Por el contrario, en ratones, la Scgn no co-existe   con vasopresina ni oxitocina. La evidencia genética e histoquímica sugiere que la Scgn es un marcador constitutivo  de las neuronas CRH activadas por el estrés que disparan la liberación de ACTH  por la hipófisis. Los datos ultraestructurales indican la presencia de Scgn en los terminales axónicos en la eminencia media y su asociación con el pool de vesículas de liberación rápida.

En conclusión, las neuronas CRH son funcionalmente  y molecularmente más diversas de lo que previamente se pensaba.   La CRH pertenece primariamente  a marcadores de “modalidad funcional” más que a los de “identidad celular”.

Fuente: Romanov RA et al (2017). Molecular diversity of corticotropin-releasing hormone mRNA-containing neurons in the hypothalamus.  Journal of Endocrinology 232: R161-R172.