Diversas funciones del INSL3

El RXFP2 (previamente conocido como GREAT o LGR8) es un receptor acoplado a proteína G (GPCR) de la familia de receptores de péptidos relaxina, la cual contiene otros tres miembros: RXFP1, RXFP3 y RXFP4. La relaxina es el ligando para el RXFP1 y es el par ligando-receptor más estudiado de la familia, siendo conocido por sus propiedades vasodilatadoras y anti-fibróticas. El neuropéptido relaxina-3,  el ligando para el RXFP3, tiene un rol en las respuestas al estrés y la  alimentación, mientras el INSL5 es el ligando para el RXFP4 y está involucrado en la contractilidad intestinal. RXFP1 y RXFP2 son estructuralmente muy similares y exhiben 60% de la secuencia de aminoácidos idénticos. El ligando del FXRP2 es el péptido similar a insulina 3 (INSL3), producido como una preprohormona, la cual, después de la remoción del péptido señal y el clivaje del péptido C, da origen a la hormona madura activa que consiste de las cadenas A y B unidas por dos enlaces disulfuro y un enlace disulfuro adicional en la cadena A. La activación del RXFP2 por el INSL3 causa un incremento en la producción de cAMP. Los péptidos relaxina de algunas especies como la relaxina porcina y la relaxina H2 humana son capaces de activar este receptor, pero solamente en concentraciones por arriba de los niveles fisiológicos.

   El efecto del sistema INSL3/RXFP2 sobre el desarrollo del tracto reproductivo masculino fue descubierto hace dos décadas en ratones machos con criptorquidismo o testículos no descendidos.   En humanos, esta malformación genital tiene una incidencia de 1-3% en varones recién nacidos y es más común en los nacidos prematuramente. La resolución espontánea de esta anormalidad en el primer año de edad ha sido reportada en menos de 10% hasta más de 50% de los niños afectados en diferentes estudios. Para otros, el tratamiento más común es una orquiopexia, un procedimiento quirúrgico donde los testículos no descendidos son llevados al escroto. Si se deja sin tratamiento, el criptorquidismo puede provocar desde infertilidad hasta cáncer testicular. En las hembras, el INSL3 está involucrado en la maduración de folículos ováricos y podría jugar un rol en la patología del síndrome de ovarios poliquísticos (PCOS). Adicionalmente, una reciente línea de investigación ha identificado las funciones metabólicas del sistema INSL3/RXFP2 en osteoblastos, músculo esquelético y otros tejidos, resaltando el rol de este par ligando-receptor fuera de la fisiología reproductiva. Las características estructurales únicas, la expresión en la superficie celular y el patrón de expresión hacen del RXFP2 un potencial blanco farmacológico para varias enfermedades, incluyendo osteoporosis e hipogonadismo. La activación del RXFP2 por el INSL3 desencadena la ruta adenil ciclasa (AC) a través de G_αs resultando en un incremento en la producción de cAMP. EL RXFP2 consiste de una lipoproteína de baja densidad (LDLa), diez dominios repetidos ricos en leucina (LRR) y siete dominios helicoidales transmembrana (TM). En la familia GPCR, el módulo LDLa solo está presente en RXFP1 y RXFP2. Los estudios de mutagénesis han demostrado la importancia del módulo para la expresión del receptor en la superficie celular y la señalización intracelular. La mutación de los residuos de aminoácidos C71 y D70, los cuales están involucrados en la estabilidad de la molécula LDLa, disminuye la expresión del receptor RXSP2 en la superficie celular y suprime la producción de cAMP en respuesta al INSL3. Estudios recientes demuestran que en la unión del INSL3 al RXSP2, la región de enlace localizada entre LDLa y LRR puede ayudar a la interacción del dominio LDLa  con el TM y activar la unión del receptor con la cadena A del INSL3.

   El modelo de unión del INSL3 al receptor RXFP2 muestra un sitio de unión de alta afinidad para la cadena B en el LRR, así como también un sitio de unión de baja afinidad  para la cadena A en las asas extracelulares de TM. Después de la unión, la región de enlace ayuda a que el módulo LDLa se dirija hacia las asas extracelulares de TM para activar al receptor, conjuntamente con la región N-terminal de la cadena A  del INSL3. El INSL3 activa al receptor RXFP2 causando el acoplamiento a la subunidad G_αs, la cual activa a la AC e incrementa los niveles de cAMP. Este mecanismo de señalización ha sido demostrado en células de Leydig de ratón, células del gubernáculo de rata y osteoblastos humanos. La fosforilación de MAPK y ERK  vía ruta AC/cAMP/proteína quinasa A (PKA) ha sido demostrada en  osteoblastos humanos. En células germinales de ratas hembras y machos, la activación del RXFP2 por el INSL3  causa el acoplamiento a la subunidad G_αoB, la cual inhibe a la AC y disminuye los niveles de cAMP.

   En los órganos reproductivos masculinos de mamíferos, el INSL3 es producido principalmente en las células de Leydig del testículo y el RXFP2 es expresado a nivel testicular en las células de Leydig y en las células germinales, especialmente en el estadio post-meiosis.  El INSL3 es considerado un indicador de la función normal de las células de Leydig y de la salud reproductiva en hombres. El feto masculino humano produce INSL3 durante la gestación (aproximadamente 0,12 ng/ml en líquido amniótico). Después del nacimiento, este nivel de INSL3 circulante se mantiene hasta la edad de tres meses cuando comienza a descender. El nivel de INSL3 aumenta nuevamente en la pubertad y se mantiene entre 0,5 y 1,0 ng/ml en el hombre adulto. Durante la pubertad, la hormona luteinizante (LH) maneja la maduración de las células de Leydig, lo cual coincide con un aumento en la producción de INSL3 que se correlaciona positivamente  con un incremento de hormona estimulante del folículo (FSH), LH y testosterona. Los bajos niveles plasmáticos de INSL3 son una característica de hombres orquidectomizados, hombres infértiles, individuos con síndrome de Klinefelter, hipogonadismo hipogonadotrópico y criptorquidismo. Los hombres con anorquismo no tienen niveles detectables de INSL3. Para investigar la correlación entre INSL3 y LH, sujetos con orquiectomía unilateral fueron tratados con una dosis simple de gonadotropina coriónica humana (hCG), resultando en elevados niveles de testosterona tres días después del tratamiento, pero sin impactar los niveles de INSL3. Sin embargo, cuando los sujetos con hipogonadismo hipogonadotrópico fueron tratados con dosis repetidas de hCG por varios meses, incrementaron los niveles de INSL3. De acuerdo con estos hallazgos, sujetos normales privados de gonadotropina tienen niveles disminuidos de INSL3.    Por otra parte, la estimulación directa de las células de Leydig con hCG in vitro no incrementa la expresión de INSL3. Estos hallazgos sugieren que la estimulación de larga duración con LH es requerida para la expresión de INSL3 pero la producción de testosterona no es co-regulada con INSL3 en las células de Leydig maduras.

   El descenso testicular durante la embriogénesis consiste de una fase transabdominal seguida por una fase inguinoescrotal. El sistema INSL3/RXFP2 tiene un rol determinante en el desarrollo del ligamento del gubernaculum   y el descenso testicular durante la fase transabdominal. La fase inguinoescrotal del descenso testicular es mediada por andrógenos, pero los estudios también sugieren un posible sinergismo con el sistema INSL3/RXFP2 durante esta fase. Los ratones adultos INSL3^-/- muestran tamaño testicular disminuido, lesiones en los túbulos seminíferos, ausencia de espermátides y espermatozoides maduros y pobre desarrollo del gubernaculum.

   La señal INSL3/RXFP2 induce las rutas Wnt y BMP y maneja los cambios morfogenéticos en el gubernaculum. La disrupción de la expresión normal de RXFP2 en ratones resulta en insuficiencia de los testículos para descender hacia el polo caudal del riñón, así como también un bajo desarrollo del gubernaculum. Aunque los estudios en ratones demuestran que la carencia de Insl3 y Rxfp2 no parece tener un impacto directo sobre la espermatogénesis o la supervivencia de las células germinales, otros estudios reportan una relación entre niveles de INSL3 y mejoría de la supervivencia de las células germinales. Los estudios en ratas machos sugieren que el INSL3 puede prevenir la apoptosis de células germinales masculinas, especialmente cuando la espermatogénesis se lleva a cabo bajo condiciones de estrés. Los estudios en ratas también demuestran que el INSL3 puede pasar a través de la barrera  hematoencefálica y proteger a las células germinales de la apoptosis inducida por antagonistas de la hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH). Los estudios clínicos en pacientes con criptorquidia han identificado docenas de mutaciones en los genes INSL3 y RXFP2.

   En las hembras, el INSL3 es producido primariamente en las células de la teca interna de los folículos ováricos, donde también es expresado el RXFP2. Bajos niveles de INSL3 y de la expresión de RXFP2 han sido detectados en el cuerpo lúteo y el útero. En mujeres sanas, el INSL3 se detecta en los estadios tardíos de la pubertad y los niveles plasmáticos se mantienen alrededor de 79 pg/ml. Los niveles de INSL3 en mujeres fluctúan de una manera fásica a través del ciclo menstrual y son indetectables después de la menopausia. La secreción de INSL3 alcanza los niveles más bajos durante la menstruación y los mayores niveles se observan durante la fase folicular del ciclo menstrual en concordancia con el reclutamiento de folículos antrales en crecimiento. Los niveles más altos de INSL3 se correlacionan positivamente con las hormonas ováricas preovulatorias como hormona antimülleriana (AMH) e inhibina B. El pico de LH durante la ovulación se correlaciona negativamente con los niveles de INSL3 y  hormonas preovulatorias. Varios estudios revelan que la producción de INSL3 es estimulada en la fase folicular por LH y estradiol a través de la ruta PKA. Estos estudios demuestran que la producción de INSL3 inducida por estrógenos y LH es un mediador clave durante la esteroidogénesis de la fase folicular, pero que el pico de LH en la ovulación regula negativamente la producción de INSL3.

   Los niveles anormales de INSL3 han sido reportados en mujeres con PCOS. Las pacientes con PCOS se clasifican por sus ciclos menstruales en amenorreicas, eumenorreicas y oligomenorreicas. Los grupos  de pacientes amenorreicas y oligomenorreicas tienen niveles significativamente altos de INSL3 y AMH en comparación con las mujeres controles, lo cual sugiere un potencial rol en la alteración de la foliculogénesis y la anovulación que se observan en esta enfermedad. Un estudio reciente sugiere que el polimorfismo T60A del gen INSL3 podría incrementar el riesgo de desarrollar PCOS.  

   La señal INSL3/RXFP2 juega un rol en el mantenimiento de las características óseas normales en ratones y humanos. Los hombres jóvenes con criptorquidismo portadores de la mutación T222P en el gen RXFP2 tienen significativamente reducida la densidad ósea, lo cual resulta en osteopenia y osteoporosis. La expresión de RXFP2 ha sido demostrada en osteoblastos y osteocitos humanos y en osteoblastos de ratón. El tratamiento de osteoblastos humanos con INSL3 resulta en un incremento dosis-dependiente en la proliferación celular y en la mineralización de la matriz ósea. El INSL3 regula la expresión de genes involucrados en la diferenciación y maduración de osteoblastos, como ALP, COL1A1, COL6A1 y osteonectina. La disminución de los niveles de INSL3 en pacientes con síndrome de Klinefelter se correlaciona con un incremento en los niveles plasmáticos de esclerostina, la cual está involucrada en el catabolismo óseo a través de  la inhibición de la diferenciación de osteoblastos y la estimulación de la activación de osteoclastos. La correlación negativa entre INSL3 y esclerostina apoya el impacto del INSL3 sobre la salud ósea  y su potencial valor terapéutico.  

   El RXFP2 también tiene un importante rol  en el adecuado mantenimiento de la función del tejido muscular. El tratamiento con INSL3 de miotubos diferenciados de células musculares esqueléticas resulta en un incremento en el tamaño celular en comparación con los controles no tratados. La expresión de la cadena pesada de miosina puede ser  inducida por el INSL3, lo cual provoca un incremento en la síntesis de proteínas en estas células. El rol emergente de la señal INSL3/RXFP2 en el sistema musculoesquelético revela nuevos blancos potenciales para el INSL3 y los agonistas de RXFP2 sintéticos en el tratamiento de enfermedades asociadas con pérdida ósea y muscular. 

   En el cerebro de ratas adultas, la expresión del gen Rxfp2 ha sido identificada en el tálamo, la corteza frontal y la corteza motora, sugiriendo un potencial rol del sistema INSL3/RXFP2 en las funciones motoras y sensoriales del cerebro. Adicionalmente, INSL3 y RXFP2 han sido reportados en la superficie ocular y las lágrimas y pueden jugar un rol en el ojo,  En un  modelo de ulcera corneal de ratón, la aplicación tópica de INSL3 resultó efectiva en la re-epitelización y cicatrización de la herida corneal. Por otra parte, en el riñón, el INSL3 inhibe la proliferación celular en los glomérulos, lo cual puede ser beneficioso en enfermedades glomerulares asociadas con proliferación descontrolada de células mesangiales.

   El sistema INSL3/RXFP2 ha sido examinado en la patología del cáncer. La hibridización in situ y la inmunoreactividad del INSL3 han sido demostradas en hiperplasia benigna y neoplasia de próstata. La estimulación de células de carcinoma de próstata humana con INSL3 resulta en producción de cAMP que muestra una correlación positiva con un incremento en la migración de células. La expresión de INSL3 también ha sido detectada en carcinoma tiroideo humano. El tratamiento in vitro de estas células tumorales con INSL3 incrementa su movilidad, lo cual es indicativo de aumento de la capacidad de metástasis del tumor.

   En conclusión, el INSL3 es el único ligando fisiológico conocido del RXFP2. En los mamíferos, el INSL3 es producido primariamente en las células de Leydig del testículo y las células tecales del ovario, pero los niveles circulantes de la hormona son mayores en los varones que en las hembras. El sistema INSL3/RXFP2 tiene un rol esencial en el desarrollo del gubernaculum para fase intraabdominal del descenso del testículo y en el mantenimiento de la salud reproductiva masculina. Aunque su función en la fisiología reproductiva femenina ha sido menos caracterizada, está demostrado que la alteración del INSL3 afecta el desarrollo de folículos antrales durante la fase folicular del ciclo menstrual. Estudios recientes sugieren que el sistema INSL3/RXFP2  también es importante en otros órganos como músculo esquelético, hueso, riñón, cerebro, tiroides y ojo.

Fuente: Esteban-López M, Agoulnik A (2020). Diverse functions of  insulin-like 3 peptide. Journal of Endocrinology 247: R1-R12.