Roles de las proteínas PACSIN in vivo

Las proteínas quinasa C y caseína quinasa en neuronas o syndapin (proteínas asociadas a dynamin sináptico) son una familia de proteína involucradas en la regulación de citoesqueleto, tráfico y señalización intracelulares. El origen de las proteínas PACSIN/syndapin  y la identificación como proteína de adhesión FAP52 data del año 1997. Un año más tarde, una secuencia altamente homologa con FAP52 fue descrita y llamada PACSIN, seguida por la identificación en ratas del homologo syndapin. La familia PACSIN comprende tres miembros: PACSIN 1, PACSIN 2 y PACSIN3. Las tres  proteínas están compuestas por homologo fes-CIP4 bin-Amphiphysing-Rvs161/167 dominio  (F-BAR) en el región N-terminal, un dominio Src-homología 3 (SH3) en la región C-terminal y una región central variable que incluye dominios  asparagina-prolina-fenilalanina (NPF) en el caso de PACSIN1 y PACSIN 2. Las formas cortas y largas de PACSSIN 2 pueden ser expresadas en varios tipos de células y tejidos con una diferencia en el número de dominios  NPF.

   El dominio F-BAR es conservado entre las proteínas PACSIN y es una subclase de la familia de dominio F-BAR más grande conocida por estar asociada con residuos cargados negativamente en la membrana celular. Los dominios F-BAR tienen una estructura terciaria como banana que puede sensar e inducir curvatura en la bicapa de lípidos. Las proteínas PACSIN también se puede oligomizar vía sus dominios F-BAR formando cuellos alrededor de las invaginaciones de la membrana formando caveolas. El dominio SH3 y los dominios F-BAR median la interacción de las proteínas PACSIN con otras proteínas involucradas en la endocitosis, tráfico de receptor y señalización intracelular. La actividad de las proteínas PACSIN puede ser regulada por autoinhibición cuando sus dominios SH3 interactúan su dominio F-BAR.  En este caso, las proteínas PACSIN están en una conformación cerrada que puede ser abierta por interacción de su dominio SH3 con dynamin o caveolin-1 en el caso de PACSIN1 y PACSIN2, respectivamente. En el caso de PACSIN1 la interacción del dominio SH3 con el dominio rico en prolina de dynamin es estimulada por la desfosforilación de residuos específicos de dynamin. En mamíferos, los estudios originales indican que PACSIN1 es específico de neuronas, con una fuerte expresión en diferentes partes del cerebro incluyendo el hipocampo y el cerebelo. PACSIN 2 es ubicuamente expresado, mientras PACSIN 3 es encontrado en músculo esquelético, corazón y pulmones.

   Las proteínas PACSIN son reguladores bien conocidos de la actina del citoesqueleto y la endocitosis. El rol de las proteínas PACSIN en el tráfico vesicular ha sido refinado a la regulación de las rutas endocíticas dependientes e independientes de clatrina (CDE, CIE, respectivamente) con extensión al reciclaje endosomal, tráfico endosoma a Golgi y exocitosis. 

   Las funciones de las proteínas PACSIN son mejor caracterizadas en el cerebro. Los primeros estudios  revelan que PACSIN1 es altamente expresado en neuronas y juega un rol en la endocitosis de vesículas sinápticas (SVE). El rol de PACSIN2 también está bien establecido en la regulación de la biogénesis caveolar y la endocitosis. PACSIN3 ha sido menos estudiado y se ha sugerido una función en la mecanoprotección de las células y en el tráfico del canal catión potencial receptor transitorio subfamilia V miembro  4 (TRPV4) y el transportador de glucosa 1.

   Las proteínas PACSIN han sido asociadas con la endocitosis del receptor de transferrina sugiriendo que juegan un rol en CDE. En el cerebro PACSIN 1 participa en procesos endocíticos en el compartRoles de las proteínas PACSIN in vivo

Las proteínas quinasa C y caseína quinasa en neuronas o syndapin (proteínas asociadas a dynamin sináptico) son una familia de proteína involucradas en la regulación de citoesqueleto, tráfico y señalización intracelulares. El origen de las proteínas PACSIN/syndapin  y la identificación como proteína de adhesión FAP52 data del año 1997. Un año más tarde, una secuencia altamente homologa con FAP52 fue descrita y llamada PACSIN, seguida por la identificación en ratas del homologo syndapin. La familia PACSIN comprende tres miembros: PACSIN 1, PACSIN 2 y PACSIN3. Las tres  proteínas están compuestas por homologo fes-CIP4 bin-Amphiphysing-Rvs161/167 dominio  (F-BAR) en el región N-terminal, un dominio Src-homología 3 (SH3) en la región C-terminal y una región central variable que incluye dominios  asparagina-prolina-fenilalanina (NPF) en el caso de PACSIN1 y PACSIN 2. Las formas cortas y largas de PACSSIN 2 pueden ser expresadas en varios tipos de células y tejidos con una diferencia en el número de dominios  NPF.

   El dominio F-BAR es conservado entre las proteínas PACSIN y es una subclase de la familia de dominio F-BAR más grande conocida por estar asociada con residuos cargados negativamente en la membrana celular. Los dominios F-BAR tienen una estructura terciaria como banana que puede sensar e inducir curvatura en la bicapa de lípidos. Las proteínas PACSIN también se puede oligomizar vía sus dominios F-BAR formando cuellos alrededor de las invaginaciones de la membrana formando caveolas. El dominio SH3 y los dominios F-BAR median la interacción de las proteínas PACSIN con otras proteínas involucradas en la endocitosis, tráfico de receptor y señalización intracelular. La actividad de las proteínas PACSIN puede ser regulada por autoinhibición cuando sus dominios SH3 interactúan su dominio F-BAR.  En este caso, las proteínas PACSIN están en una conformación cerrada que puede ser abierta por interacción de su dominio SH3 con dynamin o caveolin-1 en el caso de PACSIN1 y PACSIN2, respectivamente. En el caso de PACSIN1 la interacción del dominio SH3 con el dominio rico en prolina de dynamin es estimulada por la desfosforilación de residuos específicos de dynamin. En mamíferos, los estudios originales indican que PACSIN1 es específico de neuronas, con una fuerte expresión en diferentes partes del cerebro incluyendo el hipocampo y el cerebelo. PACSIN 2 es ubicuamente expresado, mientras PACSIN 3 es encontrado en músculo esquelético, corazón y pulmones.

   Las proteínas PACSIN son reguladores bien conocidos de la actina del citoesqueleto y la endocitosis. El rol de las proteínas PACSIN en el tráfico vesicular ha sido refinado a la regulación de las rutas endocíticas dependientes e independientes de clatrina (CDE, CIE, respectivamente) con extensión al reciclaje endosomal, tráfico endosoma a Golgi y exocitosis. 

   Las funciones de las proteínas PACSIN son mejor caracterizadas en el cerebro. Los primeros estudios  revelan que PACSIN1 es altamente expresado en neuronas y juega un rol en la endocitosis de vesículas sinápticas (SVE). El rol de PACSIN2 también está bien establecido en la regulación de la biogénesis caveolar y la endocitosis. PACSIN3 ha sido menos estudiado y se ha sugerido una función en la mecanoprotección de las células y en el tráfico del canal catión potencial receptor transitorio subfamilia V miembro  4 (TRPV4) y el transportador de glucosa 1.

   Las proteínas PACSIN han sido asociadas con la endocitosis del receptor de transferrina sugiriendo que juegan un rol en CDE. En el cerebro PACSIN 1 participa en procesos endocíticos en el compartimento presináptico regulando la endocitosis dependiente de actividad (ADBE). La interacción de PACSIN1 con dynamin es esencial para esta forma de SVE inducida por estimulación. Pocos estudios identifican un rol de las proteínas PACSIN en la exocitosis. PACSIN1 y PACSIN 2 han sido observadas en sitios de exocitosis inducida por calcio en células endocrinas y sugiere una función en la fusión del poro de expansión en células cromafines, un proceso que involucra endocitosis y exocitosis. Más aún, la regulación del reciclaje endosomal por las proteínas PACSIN sugiere  que regulan el traslado de vesículas de los depósitos intracelulares a la membrana plasmática. 

   En conclusión, estudios recientes en modelos animales indican que las proteínas PACSIN son importantes en diferentes funciones fisiológicas. Las proteínas PACSIN juegan un rol en el mantenimiento de la función normal de cerebro, músculo esquelético y sistema digestivo. Más aún, las proteínas PACSIN pueden estar involucradas en procesos de reparación y mantenimiento de la fisiología de los órganos. Los estudios en sistemas específicos de órganos demuestran que los disturbios en las funciones bien establecidas de las proteínas PACSIN son responsables de los defectos observados en su ausencia. En neuronas, las proteínas PACSIN regulan la endocitosis de receptores específicos vía  su capacidad de unirse a la membrana, modulando la plasticidad sináptica. Las proteínas PACSIN también regulan la neuromorfogénesis reclutando reguladores específicos de actina a la membrana plasmática. Estos estudios demuestran la importancia de las proteínas PACSIN en procesos celulares fundamentales y su ausencia resulta en desarrollo de disfunción del órgano.

Fuente: Dumont V, Lehtonen S (2022). PACSIN proteins in vivo: roles in development and physiology. Acta Physiologica 234: e13783.

imento presináptico regulando la endocitosis dependiente de actividad (ADBE). La interacción de PACSIN1 con dynamin es esencial para esta forma de SVE inducida por estimulación. Pocos estudios identifican un rol de las proteínas PACSIN en la exocitosis. PACSIN1 y PACSIN 2 han sido observadas en sitios de exocitosis inducida por calcio en células endocrinas y sugiere una función en la fusión del poro de expansión en células cromafines, un proceso que involucra endocitosis y exocitosis. Más aún, la regulación del reciclaje endosomal por las proteínas PACSIN sugiere  que regulan el traslado de vesículas de los depósitos intracelulares a la membrana plasmática. 

   En conclusión, estudios recientes en modelos animales indican que las proteínas PACSIN son importantes en diferentes funciones fisiológicas. Las proteínas PACSIN juegan un rol en el mantenimiento de la función normal de cerebro, músculo esquelético y sistema digestivo. Más aún, las proteínas PACSIN pueden estar involucradas en procesos de reparación y mantenimiento de la fisiología de los órganos. Los estudios en sistemas específicos de órganos demuestran que los disturbios en las funciones bien establecidas de las proteínas PACSIN son responsables de los defectos observados en su ausencia. En neuronas, las proteínas PACSIN regulan la endocitosis de receptores específicos vía  su capacidad de unirse a la membrana, modulando la plasticidad sináptica. Las proteínas PACSIN también regulan la neuromorfogénesis reclutando reguladores específicos de actina a la membrana plasmática. Estos estudios demuestran la importancia de las proteínas PACSIN en procesos celulares fundamentales y su ausencia resulta en desarrollo de disfunción del órgano.

Fuente: Dumont V, Lehtonen S (2022). PACSIN proteins in vivo: roles in development and physiology. Acta Physiologica 234: e13783.

 

Utilidad clínica  de la hormona anti-mulleriana en pediatría

La hormona anti-mulleriana (AMH) es producida exclusivamente en la gónadas. Las células de Sertoli secretan AMH, una glucoproteína actualmente usada ampliamente. Las funciones sexualmente dimórficas de la AMH no solo han  sido parte en el diagnóstico de la diferencias en el desarrollo sexual, sino que han tenido extensa utilidad clínica en la fertilidad y salud reproductiva femeninas y su importancia ha crecido con el hallazgo de acciones reguladoras neuroendocrinas de la AMH.

   La AMH es secretada como una glucoproteína dimérica estructuralmente relacionada con el factor de crecimiento transformante β y la inhibina. Sometida a clivaje proteolítico genera dímeros bioactivos C-terminal de 25 kDa que se unen al receptor de AMH tipo 2. El ligando unido al receptor tipo 2 fosforila al receptor tipo 1, también un receptor serina/treonina quinasa que pertenece a una clase de quinasa similar a activina (ALK2) que inducen  la señalización a través de la fosforilación de proteínas Smad intracelulares, las cuales se trasladan al núcleo y modulan la transcripción de genes. El gen de la AMH se localiza en el cromosoma 19p13.3 y es regulado en células de Sertoli y células granulosas específicas para sexo y estado de desarrollo (fetal, neonatal, pre- y postpuberal) y regulado pos SRY con activación de AMH por SOX-9 y posterior incremento en la actividad del promotor AMH por los factores de transcripción factor esteroidogénico 1 (SF-1), GATA-4 y WT-1 y regulado a la baja por DAX-1. En los testículos,  altos niveles de hormona estimulante del folículo (FSH) activan la secreción de AMH, pero los andrógenos, específicamente la testosterona intratesticular regula a la baja la secreción de AMH a través del receptor de andrógenos, pero requiere la unión de SF-1 a los sitios promotores de AMH. En las células granulosas del ovario, la secreción de AMH parece ser regulada por los factores de transcripción SF-1, FOXL2, FOG-2 y GATA-4 y estimulada por FSH y hormona luteinizante (LH).

   En las células de Sertoli fetales, la expresión de AMH comienza alrededor de  las 8 semanas de gestación durante una corta ventana cuando los conductos de Muller son responsables de sus efectos, provocando la regresión irreversible de los conductos de Muller en la novena semana. La AMH continúa siendo producida por los testículos fetales a través de la gestación a pesar del incremento en testosterona pues las células de Sertoli en el feto no expresan receptores de andrógenos. Postnatalmente, después de una disminución transitoria, los niveles de AMH aumentan en la infancia y continúa manteniéndose alta en varones hasta disminuir en los estadios 2 y 3 de la pubertad cuando los niveles de testosterona intratesticular comienzan a aumentar.

   En los ovarios fetales, la expresión de AMH es detectada alrededor de la semana 23 de gestación con niveles detectables en suero hasta la semana 26 posnatal. La expresión de AMH es alta en células granulosas de folículos secundarios, preantrales y antrales pequeños y disminuye significativamente en los folículos antrales grandes. La AMH puede suprimir el reclutamiento inicial de folículos primordiales y también modular la sensibilidad folicular a la FSH, regulando el crecimiento de folículos y el reclutamiento cíclico de folículos antrales más grandes.  La AMP también regula a la baja la actividad aromatasa en las células granulosas disminuyendo la producción  de estradiol hasta la selección folicular. La AMH tiende a ser 35 veces más baja en hembras comparadas con varones en la infancia y se mantiene estable a través de la infancia y la adolescencia, aumentando a los 16 años, alcanzando un pico en adultos jóvenes. La AMH disminuye en la edad reproductiva provocando la disminución del pool de folículos antrales y disminuye rápidamente en la menopausia, por lo que ha sido propuesta como un marcador de  envejecimiento ovárico.

   La diferenciación sexual es un proceso cuidadosamente orquestado con múltiples elementos reguladores que impactan las etapas de diferenciación. La primera utilidad clínica de la AMH fue en el diagnóstico de diferencias de desarrollo sexual. Mientras la presencia de los derivados de los conductos de Muller refleja la carencia de secreción de AMH durante la sexta a la décima semanas de vida fetal, las mediciones en suero de AMH después del nacimiento reflejan no solo la función de las células de Sertoli en pacientes con diferencias en el desarrollo sexual (DSD) sino que también sirve como un biomarcador de la influencia de FSH y andrógenos. Las concentraciones de AMH se correlacionan positivamente con la FSH, pero inversamente con los niveles de testosterona en la niñez y la adolescencia. Las concentraciones de AMH varían por patología, defecto genético y etapa del desarrollo. En la disgenesia gonadal 46,XY, las concentraciones de AMH son proporcionales a la presencia de tejido testicular. Típicamente  son bajas o no detectables en condiciones que afectan el desarrollo testicular. En la hipoplasia de células de Leydig y defectos en la síntesis de andrógenos, las concentraciones son típicamente normales y aún pueden ser altas durante la mini-pubertad de la infancia debido a la carencia del efecto supresor de los andrógenos. En la deficiencia de 5α-reductasa, caracterizada por una alta relación testosterona/dehidotestosterona, la AMH está en el rango más bajo un hombre normal, pues la dihirotestosterona no es requerida para la supresión de la secreción de AMH. Sin embargo, en el síndrome de insensibilidad a los andrógenos, los niveles relativamente altos de gonadotropinas y la carencia de un receptor de andrógenos funcional causan niveles inapropiadamente altos de AMH para el nivel de testosterona en suero. En el síndrome de Klinefelter, la AMH está en el rango normal de referencia durante la minipubertad de la infancia y la niñez. La disminución de AMH con la pubertad es retardada en adolescentes con síndrome de Klinefelter. Esto ha sido atribuido a las relativas bajas concentraciones de testosterona acopladas con la  destrucción células de Sertoli y la carencia de células germinales meióticas. Los niveles de AMH en adultos con síndrome de Klinefelter son más bajos que en hombres sanos y es atribuido a la destrucción de tejido testicular y células de Sertoli en estos individuos. En niños con genitales externos masculinos y criptorquidismo, la detección de AMH  secretada por las células de Sertoli puede ayudar a diferenciar entre ausencia de gónadas (anorquia con AMH indetectable) y testículos no descendidos con función intacta de las células de Sertoli. La AMH es baja o ausente en los pacientes con  criptorquidismo.

   Los bajos niveles de AMH también son característicos de varones prepuberales  con hipogonadismo hipogonadotrópico quienes tienen disminuido el número y la función de las células de Sertoli debido a la deficiencia de FSH. La inhibina B  a menudo en paralelo  con la secreción de AMH, tiene un alto valor discriminatorio para distinguir hipogonadismo hipofgonadotrópico de retardo constitucional del crecimiento y la pubertad. Durante la pubertad, la AMH es baja para el estado de Tanner (carencia del efecto FSH) y alta para la edad (carencia del efecto testosterona). En la pubertad precoz en varones incluyendo pubertad precoz central y las formas independientes de gonadotropinas, la secreción de AMH es baja para la   edad debido al aumento de testosterona intratesticular. En las hembras con pubertad precoz, los niveles de AMH no difieren de los valores de los controles sanos.

   Los niveles de AMH son consistentemente altos en mujeres con síndrome de ovarios poliquísticos (PCOS). El crecimiento anormalmente lento de folículos primarios resulta en un elevado número de células productoras de AMH.  Altos niveles de AMH en hijas  adolescentes de mujeres afectadas con PCOS está asociada con ciclos menstruales irregulares y mayor volumen de los ovarios, sugiriendo diferencias en la foliculogénesis ovárica en adolescentes con riesgo de desarrollar PCOS. Algunos autores proponen que los niveles de AMH altos son un adyuvante en el diagnóstico de PCOS en adolescentes y reportan que un nivel de AMH>3,4 ng/ml distingue mejor adolescentes con PCOS de los controles.

   La reserva ovárica representa el número de oocitos o la cantidad de oocitos que permanecen en el ovario. La AMH es un marcador bioquímico sensible de la reserva ovárica y puede ser  más sensible cuando se compara con los niveles de FSH y estradiol en la fase folicular temprana. La AMH es expresada en las células granulosas de folículos en crecimiento después del reclutamiento de folículos primordiales del pool en reposo y la expresión incrementa hasta el estadio de folículos antrales grandes y folículos antrales pequeños. La expresión de AMH se pierde en el folículo atrésico y el cuerpo lúteo. Con la edad, la AMH disminuye y sus niveles en suero se correlacionan fuertemente con la disminución en el tamaño del pool de folículos antrales. La AMH no es expresada por folículos primordiales o preantrales pequeños y previo al inicio de la  pubertad puede correlacionarse pobremente con  la reserva ovárica en niños.

   El síndrome de Turner (ST), causado por anomalías en el cromosoma X, se caracteriza por un incremento en el riesgo de insuficiencia ovárica primaria (POI) debido a la acelerada apoptosis de folículos ováricos antes y/o después de la pubertad. En adolescentes y adultos jóvenes con ST, los altos niveles de AMH están asociados con pubertad espontánea y se correlacionan  negativamente con los niveles de FSH y LH. Adicionalmente, valores de AMH< 4 pmol/l han sido reportados como predictivos de ausencia de pubertad en hembras prepuberales y POI en pacientes adolescentes y adultos.

   En conclusión, la utilidad clínica de la AMH ha continuado expandiéndose con el entendimiento de la diferenciación sexual y la dilucidación de la base molecular de su mecanismo de acción. Originalmente se pensaba que la expresión de AMH estaba limitada a las gónadas, pero estudios recientes han confirmado acciones de la AMH en diferentes niveles del eje hipotálamo-hipófisis-gónadas para incrementar la actividad de neuronas GnRH y la sensibilidad del gonadotropo de la hipófisis a la señal GnRH, modulando la secreción GnRH/LH/FSH a través de posibles acciones endocrinas (AMH gonadal circulante), o aún efectos autocrinos. Las acciones paracrinas de la AMH en ovarios adultos regulan el reclutamiento folicular y la esteroidogénesis. En conjunción con gonadotropinas y testosterona, la AMH puede ser un marcador  diagnóstico útil de la masa y función de las células de Sertoli en varones.

Fuente: Shankar RK et al (2022). Clinical utility of anti-mullerian hormone in pediatrics. The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism 107: 309-323.

 

Intestino, microbiota  y homeostasis de la glucosa en el embarazo

Para acomodar las demandas dinámicas de energía del embarazo, mientras se mantiene la homeostasis metabólica, son requeridas significativas alteraciones en el metabolismo materno. Las adaptaciones maternas  inapropiadas  pueden alterar la división de nutrientes entre la madre y el feto, afectando la salud de ambos. Aunque los mecanismos que subyacen a las adaptaciones metabólicas en el embarazo no son entendidos completamente, ellas son disparadas, al menos en parte,  por rutas mediadas por hormonas. Sin embargo, se ha sugerido que solo estos cambios  son insuficientes para explicar los cambios metabólicos que ocurren en el embarazo temprano y tardío.

   En el embarazo temprano, el metabolismo materno es anabólico como preparación  para enfrentar las crecientes  demandas del crecimiento de la placenta y el feto más tarde en el embarazo. En el embarazo tardío, el metabolismo materno se vuelve catabólico y la energía es usada para la oxidación de lípidos, con altos niveles de glucosa para apoyar el crecimiento y el metabolismo de feto y placenta. Estos cambios en el uso de energía son mediados por alteraciones en la secreción y sensibilidad de la insulina materna. Hasta recientemente, el disparador detrás de estas adaptaciones metabólicas se pensaba que dependían completamente de rutas mediadas por hormonas. Sin embargo, descubrimientos recientes que demuestran que la relación huésped-microbioma gobierna la regulación de la glucosa en el estado de no embarazo, abrieron la puerta a nuevas investigaciones  del intestino materno y su contenido bacteriano, así como su contribución a la función metabólica.

   Está bien establecido que la sensibilidad a la insulina materna  disminuye en el curso de la gestación para facilitar la captación periférica de glucosa e incrementar la producción hepática de glucosa para enfrentar el aumento de  la demanda  de aporte de glucosa al feto. El tiempo exacto de inicio de la resistencia a insulina se mantiene controversial. La hiperglucemia y la hiperinsulinemia no son patológicas, los elevados niveles de glucosa sanguínea materna se mantienen en un rango saludable debido a la transferencia transplacentaria, independiente de insulina, de glucosa al feto así como el aumento en la producción de insulina materna para compensar la resistencia materna a la insulina.

   ¿Cómo responde el páncreas materno a la demanda sostenida de insulina del embarazo? Las células β pancreáticas son plásticas y pueden responder a cambios en la demanda de insulina y, aunque esto es patológico en enfermedades metabólicas, esta misma expansión de células β ocurre fisiológicamente en el embarazo. En estudios con roedores, la proliferación es la fuerza que maneja la expansión de células β. Estudios más recientes han identificado una población de progenitores de células β (Ins⁺Glut2^LO) que aumentan previo a la expansión de células β relacionada con el embarazo, aunque no está claro la magnitud en  que estas células contribuyen a la expansión. Además de la expansión de células β, la capacidad secretora de insulina también incrementa en el embarazo. La expansión y la capacidad secretora de insulina aumentada de las células β incrementan la producción de insulina en el páncreas y compensan la disminución de la sensibilidad a la insulina en la madre. Estas adaptaciones altamente coordinadas en la sensibilidad y secreción de insulina permiten la transferencia de glucosa materna al feto.

   Varias hormonas placentarias contribuyen a los cambios en la sensibilidad y secreción de la insulina materna. Estas hormonas placentarias incluyen lactógeno placentario (LP), hormona de crecimiento placentaria (HGP) y progesterona que alteran la señal del receptor de insulina, lo cual resulta en un estado progresivo de resistencia a la insulina materna que maneja la síntesis y mayor secreción de insulina. La expansión de células β coincide con el inicio de la secreción de LP, HGP y prolactina (Prl) por la placenta. Estas hormonas regulan la sensibilidad y secreción de insulina. El embarazo se caracteriza no solo por cambios hormonales sino también en el sistema inmune. Factores inflamatorio secretado por las células inmune maternas y el tejido adiposo como factor de necrosis tumoral (TNF) e interleuquina (IL)-6 están asociados con resistencia a la insulina durante el embarazo.

   Los cambios que ocurren en la función intestinal y la composición de la microbiota intestinal durante el embarazo también contribuyen a las respuestas metabólicas maternas en el embarazo. Durante el embarazo, aumenta la ingesta de alimentos (hiperfagia) acompañada por cambios en el tracto gastrointestinal. En ratas, la longitud y el peso del intestino incrementan durante el embarazo. El epitelio mucosal, el principal sitio de absorción de nutrientes también incrementa de peso por 30-40% en ratas, acompañado por un incremento en la longitud de las vellosidades  en el intestino delgado. En conjunto, estas adaptaciones incrementan el área de superficie disponible para la absorción de nutrientes. Algunos estudios también demuestran que la absorción de nutrientes es influenciada por una reducción en el transito gastrointestinal que ocurre en humanos y roedores en el embarazo, incrementando el tiempo disponible para la absorción de los nutrientes de la dieta.

   El intestino es el órgano endocrino más grande del cuerpo, con al menos 15 tipos de células diferentes, cada una con un perfil de secreción hormonal único. Muchas de estas hormonas juegan roles en la digestión, absorción y motilidad intestinales. Algunas de las hormonas claves incluyen serotonina (involucrada en la motilidad intestinal y el metabolismo de glucosa), péptido YY (involucrado en la supresión del apetito) y colecistoquinina (involucrada en la secreción de enzimas pancreáticas, regulación del apetito y motilidad intestinal), Sin embargo, de todos los factores endocrinos que podrían contribuir a las adaptaciones metabólicas maternas en el embarazo,  el péptido similar a glucagón-1 (GLP-1) es particularmente  importante  por sus relaciones con la microbiota intestinal, la estructura y función intestinales y la síntesis y secreción pancreática de insulina.

   El GLP-1 es una incretina, estimula la secreción de insulina de manera independiente de la glucosa, incrementa la biosíntesis de insulina y, al menos en roedores, induce la proliferación de células β. El GLP-1 también actúa como un estimulador indirecto de la sensibilidad a la insulina a través de su efecto sobre la saciedad, lo cual provoca pérdida de peso. El GLP-1 es un producto del gen proglucagón (Gcg) expresado en células L intestinales,  células α pancreáticas, neuronas en el tallo cerebral caudal e hipotálamo.  El GLP-1 es secretado por las células L en respuesta a nutrientes presentes en la luz intestinal, aunque las células L también responden a componentes y metabolitos de la microbiota intestinal.

   La expresión de Gcg es regulada a nivel transcripcional y post-traslacional. Una vez expresado, GCG experimenta clivajes tejido-específicos por las enzimas convertasas de prohormonas (PC),  (PC1/3, PC2). La PC2 actúa primariamente en las células α pancreáticas para generar glucagón, mientras la PC1/3 es expresada en las células L intestinales y en el sistema nervioso. En el intestino, la PC1/3 libera GLP-1 a partir de la CGC en dos isoformas bioactivas: GLP-1(7-36)NH₂ y en menor extensión GLP-1(5-37)NH₂. Las células L también responden a la insulina. La secreción de GLP-1 es alterada en la obesidad y la DMT2. Dado el estado de resistencia a la insulina en el embarazo, es posible que las células L maternas puedan responder menos a la insulina en el embarazo. Aunque la mayor parte del GLP-1 es producido por las células L en el intestino, moderados incrementos de la producción de GLP-1  intra-islotes han sido reportados en el contexto de aumento de la demanda metabólica como en los estados pre-diabético y diabético y durante el embarazo. El GLP-1 intra-islote actúa de manera autocrina/paracrino y, por tanto, no afecta los niveles circulantes de GLP-1. Una vez secretado, el GLP-1 tiene una vida media muy corta en la circulación y es rápidamente degradado por la dipeptidil peptidasa (DPP IV, una serina proteasa) a las formas inactivas GLP1 (9-36)NH₂ y GLP-1 (9-37)NH₂.

   La digestión y absorción de nutrientes en el intestino son asistidas por una comunidad de microorganismos presentes en el intestino que fermentan los componentes de la dieta no digeribles. Son trillones de microbios que tienen una relación mutua con el huésped y colectivamente son referidos como la microbiota intestinal. En humanos, numerosos desórdenes metabólicos incluyendo obesidad y DMT2 han sido asociados con una composición alterada o “disbiótica” de la microbiota intestinal. Un estudio reciente demuestra disminución de la diversidad alfa en el tercer trimestre del embarazo en comparación con el primer trimestre. Adicionalmente, la abundancia relativa  de Proteobacterias y Actinobacterias aumenta con disminución en el género Faecalibacterium en el tercer trimestre del embarazo. Esto ha sido asociado con desórdenes metabólicos e inflamatorios debidos a la reducción en la producción de metabolitos beneficiosos. El control endocrino de la composición de la microbiota juega un rol en el embarazo, dado los cambios dinámicos que ocurren en los niveles de hormonas y, por tanto, tiene efectos sobre el metabolismo general tanto directos como indirectos a través de la microbiota intestinal.

   La microbiota intestinal puede ejercer muchos de sus efecto sobre el huésped vía componentes bacterianos. El movimiento paracelular de bacterias vivas y/o sus componentes a través de la barrera intestinal alterada contribuye a la resistencia a la insulina relacionada con DMT2 y obesidad, un estado referido como endotoxemia. Este proceso es facilitado por componentes de la membrana bacteriana, incluyendo lipopolisacáridos (LPS) y péptidoglucan que se unen a los sensores inmunes innatos, receptor similar a Toll 4 (TLR4) y la proteína 1 que contiene dominio de oligomerización de unión  a nucleótido, respectivamente, resultando en disrupción de la señal del receptor de insulina. Estos sensores también estimulan la producción de citoquinas pro-inflamatorias como TNF e IL-6 que, a su vez, también pueden alterar la señal del receptor de insulina.

   Las bacterias también producen metabolitos que son beneficiosos para la salud, incluyendo la fermentación de carbohidratos no digeribles en ácidos grasos de cadena corta (AGCC) que procesan ácidos biliares (AB) en AB secundarios  y el procesamiento de triptófano en compuestos indol. Los AGCC pueden  ser usados por el huésped directamente para energía, como sustratos para la gluconeogénesis y lipogénesis. Los receptores de AGCC (GPR42, GPR43 y GPR109a) están presentes en numerosos órganos y sistemas y han sido implicados en muchos procesos metabólicos, incluyendo función de músculo esquelético y tejido adiposo, sensibilidad y secreción de insulina y producción de hormonas intestinales como GLP-1. Los receptores de AGCC, GPR41 y GPR43, son expresados en las células L y la secreción de GLP-1 es estimulada por acetato, propionato y butirato. Los receptores de AB (FXR y TGR5) están presentes en hígado, intestino e islotes pancreáticos y son capaces de regular el metabolismo de la glucosa alterando la absorción de glucosa en el intestino e incrementando  la secreción de insulina por las células β pancreáticas. Los receptores de AB secundarios están presentes en las células enteroendocrinas del intestino donde promueven la secreción de hormonas intestinales. El incremento de AB en suero ha sido observado durante el embarazo así como la desconjugación microbiana de AB primarios en secundarios, resultando en una mayor proporción de AB secundarios. Los LPS estimulan la expresión de Gcg y Pcsk1 (los cuales codifican la enzima PC1/3) y la secreción de GLP-1 de una manera dependiente de TLR4 en roedores y humanos. Por el contrario, la exposición  crónica a TNF suprime la expresión de Gcg y la secreción de GLP-1.

   En conclusión, está bien establecido que el intestino y su acompañante la microbiota intestinal constituye un sitio  de  regulación inmunológica y endocrina que median el metabolismo del cuerpo.  Durante el embarazo, ocurren significativas adaptaciones metabólicas para acomodar las crecientes demandas de energía del feto en desarrollo y para prevenir consecuencias adversas del embarazo. Los estudios recientes demuestran que la microbiota intestinal materna puede jugar un rol en estas adaptaciones. El intestino es un nuevo campo de investigación para entender cómo las adaptaciones metabólicas maternas en el embarazo son iniciadas y reguladas. Es conocido que las adaptaciones metabólicas inadecuadas pueden resultar en complicaciones del embarazo como DMT2.

Fuente: Yeo E et al (2022). The intestine and the microbiota en maternal glucose homeostasis during pregnancy. Journal of Endocrinology 253:1-19.

 

Las kisspeptinas y el control neuroendocrino de la reproducción

Las kisspeptinas, inicialmente catalogadas como factores supresores de metástasis, son codificadas por el gen kiss1 y operan vía el receptor acoplado a proteína G, GPR54 (kiss1R). Las neuronas que expresan kiss1 se encuentran en el hipotálamo, con dos poblaciones prominentes: una en el núcleo arqueado (ARC) y otra en el área preóptica/rostral, principalmente en el núcleo anteroventral periventricular (AVPV) en roedores y es mucho mayor en las hembras que en los varones. Las poblaciones de neuronas kiss1 de ARC y AVPV son reguladas de manera opuesta por los esteroides sexuales, los cuales reprimen la expresión de kiss1 en el ARC, pero la estimulan en el AVPV, como base de su regulación por retroalimentación negativa y positiva de gonadotropinas, respectivamente. Durante la pubertad, las neuronas kiss1 incrementan el número de aposiciones y acciones excitadoras sobre las neuronas GnRH.

   Las kisspeptinas activan neuronas GnRH y provocan una robusta respuesta de gonadotropinas en diferentes especies, incluyendo humanos. Un subgrupo de neuronas kiss1 en el ARC llamado neuronas KNDy co-expresan neuroquinina B (NKB) y dinorfina (Dyn) como señales estimuladoras e inhibidoras reciprocas, respectivamente par el control de las neuronas GnRH. En roedores, las neuronas kiss1 del AVPV juegan un rol clave en la generación del pico pre-ovulatorio de gonadotropina como principal disparador de la ovulación. Las neuronas kiss1 son moduladas por factores nutricionales y metabólicos que se ha propuesto que participan en el control metabólico de la pubertad y la reproducción.

   La señal kisspeptina en el hipotálamo juega un rol indispensable en el inicio fisiológico de la pubertad. Las kisspeptinas actúan en concierto con otros transmisores centrales y operan como amplificadores de la cascada de eventos que provocan la activación completa de la neurosecreción de GnRH en la pubertad. Los estudios iniciales demuestran un rol de la sustancia P (SP), codificada por Tac1, la cual opera vía el receptor NK1R, en el control de la pubertad. La interacción de la SP con la señal kisspeptina ocurre en dos sitios (1) la mitad de las neuronas Kiss1 muestran respuesta electrofisiológica a la SP, sugiriendo que la SP puede aumentar la descarga kisspeptina a las neuronas GnRH, (2) NK1R y GPR54  pueden heterodimerizarse. Otros transmisores centrales, además de kisspeptinas y taquiquininas, juegan un rol en el control de la pubertad. Un estudio reciente demuestra que las neuronas en el núcleo premamilar ventral (PMV) expresan PACAP (polipéptido activador de la adenil ciclasa de la hipófisis), el cual se proyecta y activa un grupo de neuronas Kiss1 en ARC y AVPV, sugiriendo una nueva ruta PACAP/kispeptina para la modulación de la pubertad.

   Los estudios farmacológicos han reforzado el concepto que NKB opera principalmente vía estimulación de la descarga kisspeptina sobre las neuronas GnRH, análisis que han permitido también  ponderar la contribución relativa de NKB (co-expresada en neuronas Kiss1) y otras taquiquininas como SP y NKA en el control de GnRH y la secreción de gonadotropinas. El trabajo farmacológico en roedores ha proporcionado evidencia de un efecto diferencial de NKB y otras taquiquinina dependiendo del estatus gonadal, el estado de desarrollo, el sexo y aún las gonadotropinas (LH vs FSH).

   El advenimiento de métodos más incivos también ha permito progresos en la caracterización de las propiedades neuroanatómicas y moleculares de la población de neuronas KNDy en diferentes especies y sus conexiones.  Esta técnica ha permitido identificar diferencias de sexo con alto número de conexiones en ratones hembras  en las neuronas que responden a los estrógenos en el núcleo periventricular y área preóptica medial. Estos análisis no solo han documentado que en humanos el grado de co-expresión de Dyn en las neuronas Kiss1/NKB en el ARC es mucho menor que en roedores, sino también diferencias en el grupo de co-transmisores de las neuronas Kiss1, pues en contraste con ratones, las neuronas Kiss1 humanas no  co-expresan galanina, ellas expresan SP, opioides derivados de proencefalina y CART (transcripto regulado por anfetamina y cocaína), el cual no se encuentra en las neuronas en  Kiss1 del ARC de roedores. Estos hallazgos sugieren potenciales diferencias funcionales entre las especies.

   En la caracterización de sus co-transmisores, las neuronas KNDy han demostrado ser también glutamatérgicas, al menos en ratones. El glutamato no participa en el control de la neurosecreción de GnRH sino que es relevante en la modulación estrogénica de estas poblaciones neuronales con roles claves en la homeostasis  metabólica, vía proyecciones KNDy, de una manera independiente de kisspetinas. En efecto, las neuronas KNDy expresan altos niveles del receptor α de estrógenos (ERα) y excitabilidad aumentada de las neuronas Kiss1 y la transmisión de glutamato disparada por estrógenos parece jugar un rol relevante en el control de la alimentación en ratones.

   El advenimiento de técnicas modernas para funcionamiento celular, manipulación in vivo, acoplados con los progresos de la interacción física entre fibras Kiss1 del ARC y neuronas GnRH ha proporcionado evidencia directa del modo de acción y relevancia fisiológica de las neuronas KNDy en el control de la secreción pulsátil de GnRH. El uso de estas técnicas ha proporcionado evidencia en ratones que un subgrupo de neuronas Kiss1 del ARC, sostenible con células KNDy, son el centro del llamado pulso generador de GnRH como mayor disparador extrínseco de los pulsos de GnRH. Estos estudios no solo apoyan el concepto que las neuronas Kiss1 del ARC son el pulso generador de GnRH sino también una relación no lineal entre frecuencia de pulso generador y frecuencia de LH, con inhibición de la secreción pulsátil de LH después de estimulación con frecuencia ultra alta.

   Entre los avances sobre la caracterización de mecanismos para el control transcripcional de Kiss1, posiblemente el concepto más relevante de los mecanismos que controlan la expresión de Kiss1 es el reconocimiento de los roles de diferentes mecanismos epigenéticos en este fenómeno. La regulación epigenética de la reproducción influye no solo en otras poblaciones neuronales (por ejemplo, neuronas GnRH) sino también en otros tejidos reproductivos como la hipófisis y las gónadas. Otro mecanismo epigenético involucra ARN no codificantes que participan en la regulación de varios aspectos de la función reproductiva. Esto es particularmente el caso de los microARN (miARN), los cuales operan a diferentes niveles para modular varias facetas de la función reproductiva.

   Las neuronas POMC en el ARC son un elemento central para la homeostasis metabólica. Adicionalmente, esta población neuronal modula la función reproductiva  y su principal producto α-MSH, actúa vía receptores melanocortina 3 (MC3R) y MC4R para modular directamente la actividad neurosecretora GnRH. Otro producto de las neuronas POMC, CART, también modula neuronas Kiss1. Las fibras CART positivas se encuentran en estrecho contacto con neuronas Kiss1 de ARC y AVPV, así como también neuronas GnRH, y el CART excita neuronas Kiss1 y GnRH en ratones. Las neuronas NPY/AgRP no solo  antagonizan la función de las neuronas POMC en términos de ingesta de alimentos y control metabólico, sino que tienen efectos opuestos en términos de control de la función reproductiva.

    Los estudios conducidos en la última década reportan potenciales acciones reguladoras de hormonas metabólicas en el control de las neuronas Kiss1. Este es el caso de leptina, insulina y ghrelina. La expresión del receptor de insulina ha sido detectada en neuronas Kiss1 de ratón y la insulina activa canales TRPC5 para excitar este tipo de células. Por otra parte, los estudios iniciales evidencian que la hormona orexigénica, ghrelina, inhibe la expresión hipotalámica de neuronas Kiss1 como mecanismo para la supresión de la pulsatilidad de LH en ratas. Estudios más recientes en ratones han demostrado la  co-expresión del receptor de ghrelina y ERα en sub grupo de neuronas Kiss1 y documentado que la respuesta de las neuronas Kiss1 a la ghrelina es modulada por estradiol. El blanco de rapamicina de mamíferos (mTOR) es un modulador de la expresión de neuronas Kiss1 y contribuye a trasmitir los efectos permisivos de la leptina en el inicio de la pubertad en ratas hembras. Recientemente, ha sido explorado el rol del homólogo de fosfatasa y tensina (PTEN) en las neuronas Kiss1. El PTEN es conocido por bloquear la PI3K. El PTEN puede restringir la ruta PI3K/mTOR en las neuronas Kiss1 para suprimir el eje gonadotrópico en condiciones de déficit de energía. El rol de la AMPK en el control metabólico del eje reproductivo y particularmente de las neuronas Kiss1 ha sido explorado en los años recientes. La AMPK es regulada y opera de manera opuesta a mTOR. La AMPK es activada en condiciones  de déficit de energía y es inhibida por la leptina. El SIRT1 es otro sensor metabólico que ha sido propuesto como modulador de neuronas Kiss1. Este es un miembro de la familia sirtuina que opera como  desacetilasa clase III dependiente de NAD⁺ actuando sobre varios blancos como histonas y p53 para modular numerosos procesos  biológicos. Como en el caso de la AMPK, SIRT1 puede funcionar como sensor de energía celular y es activado por condiciones de restricción de energía. La expresión de SIRT1 se encuentra en el ARC y el ayuno causa un moderado incremento de sus niveles.

   Hay total consenso que el sitio primario de expresión y acciones de las kisspeptinas para el control del eje reproductivo es el hipotálamo. Sin embargo, hay amplia evidencia de la expresión de Kiss1, kisspeptinas y  GR54  en múltiples tejidos periféricos, reproductivos y no reproductivos, donde las kisspeptinas participan en muchas funciones biológicas. Estas incluyen no solo un potencial rol como supresor de metástasis en diferentes canceres, sino también la modulación local de la función de la hipófisis y las gónadas, la regulación de la placenta humana, el control de la secreción pancreática de insulina, el tono vascular y el desarrollo renal.

   Kiss1, kisspeptinas y GPR54 son expresados en el ovario de mamíferos, incluyendo ratas, monos y humanos con una variedad de funciones como el control de la pubertad en ratas, modulación de células granulosa y envejecimiento ovárico en ratas. En este contexto, los estudios farmacológicos, usando antagonistas de kisspeptinas han demostrado que el bloqueo de las acciones de las kisspeptinas localmente en el ovario de la rata no solo perturba la maduración del ovario en la pubertad sino que también reduce el cuerpo lúteo mientas la inyección directa de kisspeptina en el ovario evoca los efectos opuestos.

   Con relación a la expresión testicular y acciones de las kisspetinas, la evidencia indica la presencia en células de Leydig pero no en células de Sertoli en ratones. Los niveles de kisspeptina son modulados por la LH. A su vez, las kisspeptinas aumentan la magnitud de la respuesta de la testosterona al agonista de LH, gonadotropina coriónica humana (hCG) en monos in vivo. Sin embargo, el rol fisiológico de las kisspetinas locales en el control de la función testicular se mantiene controversial.

   En conclusión, el descubrimiento de la dimensión reproductiva de las kisspeptinas y los esfuerzos de investigación para la caracterización de sus funciones fisiológicas y mecanismos de acción en el control del eje reproductivo, puede ser considerado uno de los aspectos más relevantes en la neuroendocrinología contemporánea. Mientras la distribución anatómica y algunas características funcionales de las principales poblaciones de neuronas Kiss1 han sido bien establecidas, la heterogeneidad molecular de las neuronas Kiss1 de ARC y AVPV, su origen diferencial y sus patrones transcripcionales dependientes de sexo, estado de desarrollo y estatus funcional del eje reproductivo se mantienen aún desconocidos. Los mecanismos epigenéticos responsables del control de la expresión de Kiss1 han proporcionado un complemento al conocimiento previo del control transcripcional de Kiss1. Notable progreso se ha logrado sobre el conocimiento de los mecanismos  moleculares para el control de neuronas Kiss1 por factores metabólicos y nutricionales.

Fuente: Sobrino V el at (2022). Kisspeptins and the neuroendocrine control of reproduction: recent progress and new frontiers in kissspeptin research. Frontiers in Neuroendocrinology 65: 100977.