Las orexinas y la transición sueño-vigilia

Las orexinas, también conocidas como hipocretinas (Hcrt),  son péptidos esenciales para la estabilidad del despertar.  Poco tiempo después de su descubrimiento en 1998 se describió la asociación entre la deficiencia de orexina y la narcolepsia, los pacientes que sufren  de narcolepsia mas cataplejía tienen niveles muy bajos de orexina-A en el líquido cerebro espinal. Esta deficiencia es causada por una degeneración selectiva de las neuronas orexina. El sistema orexina también ha sido involucrado en una diversidad de procesos patológicos incluyendo  enfermedad de Parkinson,  enfermedad de Alzheimer, trastornos de ansiedad y depresión.  Las neuronas orexina se activan espontáneamente y responden a múltiples estímulos. Estudios con microdiálisis  revelaron una modulación circadiana de la concentración de orexinas en el cerebro. Por otra parte, estudios recientes reportan que la actividad orexina es principalmente fásica y precede a  la transición sueño-vigilia por 10-20 segundos. La pregunta que surge es sí esta actividad fásica de las neuronas orexina es permisiva o instructiva para el despertar.  En estudios con animales se encontró que la activación de las neuronas orexina, inducida por fotoestimulación, incrementa la probabilidad de las transiciones del sueño a la vigilia. Esta inducción es dependiente de la  frecuencia pues solamente las frecuencias mayores de 5Hz incrementaron la probabilidad de despertar. Estos hallazgos fueron validados en estudios con técnicas fármaco-genéticas que permiten la modulación  de la actividad neural  con resolución temporal de varias horas. .Sobre la base de estos resultados se ha propuesto que el sistema orexina  actúa como un regulador de los estados de conducta modulando el umbral del despertar, de manera que el organismo pueda mantener un alerta apropiado y adecuado para responder a las fluctuaciones   ambientales  externas e internas.

Los dos tipos de receptores de orexina, Hcrt-R1 y Hcrt-R2, son esenciales en el proceso de estabilización  del ciclo sueño/vigilia, con una mayor contribución del Hcrt-R2. Un estudio reciente revela que los dos receptores están asociados con la supresión del sueño  con movimientos oculares rápidos (REM). Sin embargo, otro estudio  con resonancia magnética funcional  reveló que los antagonistas de Hcrt-R2, pero no los de Hcrt-R1, incrementan el tiempo de sueño REM, sueño no Rem y sueño total, lo que sugiere que los dos receptores tiene roles diferentes. Adicionalmente, el desarrollo reciente de antagonistas selectivos de receptores Hcrt demostró que el bloqueo del Hcrt-R1 atenúa el antagonismo del Hcrt-R2 y reveló interacciones complejas entre ambos receptores.

La evidencia anatómica y electrofisiológica acumulada en los últimos años indica que por lo menos 10 hormonas y/o neurotransmisores  son “sensados” por las neuronas orexina. Las neuronas orexina reciben información relacionada  con la excitabilidad general y la vigilia (glutamato, GABA, noradrenalina, acetilcolina y serotonina) y la alimentación y el estado metabólico (neuropéptido Y, ghrelina, leptina y colecistoquinina). El estudio de las aferentes anatómicas  ha revelado que varias áreas claves del cerebro envían axones  a las neuronas orexina incluyendo al núcleo del lecho de la estría terminal, la amígdala y el septum medial, lo cual sugiere  un papel del sistema límbico en la regulación de la repuesta orexina.

 En el cerebro, las monoaminas estimulan neuronas de la  neocorteza  e inhiben los centros del sueño para promover la vigilia. Estas neuronas histaminérgicas (núcleo tuberomamilar), noradrenérgicas (locus coeruleus), serotoninérgicas (núcleos del rafe dorsal) y dopaminérgicas (sustancia gris periacueductal ventral)  reciben proyecciones  de las neuronas orexina de acuerdo con la distribución de los receptores Hcrt-Rs.  Las neuronas del locus coeruleus expresan principalmente Hcrt-R1, las neuronas del núcleo tuberomamilar expresan mayoritariamente Hcrt-R2 en tanto que las neuronas de los núcleos del rafe dorsal expresan ambos tipos de receptores. Más aún, las neuronas orexina exhiben patrones de descarga paralelos con las neuronas monoaminérgicas, esto es, descarga tónica durante la vigilia (especialmente durante la vigilia activa), descarga débil durante el sueño de ondas lentas y son silentes durante el sueño  REM (excepto por su intensa descarga en la transición hacia el despertar). Estos datos son consistentes con la oscilación de la concentración extracelular de orexinas que alcanzan un pico durante el estado de vigilia y cae aproximadamente a la mitad del nivel máximo durante el sueño.  Por  otra parte, las neuronas orexina reciben inervación inhibitoria de parte de las neuronas noradrenérgicas, serotoninérgicas y dopaminérgicas, en tanto que  las neuronas histaminérgicas tienen poco  o ningún efecto sobre las neuronas orexina.  Sin embargo, el rol de la inervación noradrenérgica sobre las neuronas orexina es controversial pues algunos reportes señalan  efectos excitatorios  en ratas y otros reportes demuestran  una acción inhibitoria.  Las neuronas colinérgicas del núcleo tegmental pedunculopontino/núcleo tegmental laterodorsal disparan rápidamente  durante la vigilia y el sueño REM pero disparan lentamente  durante el sueño no REM, lo que sugiere que ellas ayudan  a mantener la activación cortical durante  los estados de vigilia y  sueño REM. La aplicación de orexina en el núcleo tegmental laterodorsal  produce un incremento significativo de la cantidad más que de la duración del sueño REM. Adicionalmente, estudios in vitro han demostrado que el carbacol, un agonista colinérgico, excita las neuronas orexina. En resumen, el despertar inducido por orexina no sólo es modulado por neuronas monoaminérgicas sino que también necesita  de la participación de neuronas colinérgicas.  

El sistema orexina  puede ser modulado por el reloj circadiano  y los estados homeostáticos. Aunque no hay  evidencia de una conexión sináptica directa entre el núcleo supraquiasmático  y las neuronas orexina, el reloj circadiano maneja al sistema orexina a través de los circuitos eferentes del núcleo supraquiasmático. La maquinaria molecular  del reloj interno de las neuronas orexina también puede influir en la excitabilidad neuronal durante el ciclo luz/oscuridad.  Adicionalmente, las neuronas orexina juegan un rol central en la integhración de la información  de los estados metabólicos. La modulación local  de las neuronas orexina por la hormona concentradora de melanina (MCH) o la leptina puede también ser importante en la estabilización circadiana del ciclo sueño/vigilia. Si las variables fisiológicas son favorables para  el sueño (ej: tiempo circadiano apropiado, bajas demandas de energía), las neuronas orexina son silentes y esto podría ser interpretado por los circuitos corticales como una señal de mantenimiento del sueño.   Los mecanismos intrínsecos de plasticidad  pueden regular la tasa  de disparo de las neuronas orexina durante el día y la noche. Durante el período de vigilia, la excitación tónica de las neuronas orexina puede aumentar cuando el organismo está sometido a ciertos estresores  como la estimulación emocional.  Los mecanismos de plasticidad en las neuronas orexina tienen un papel  crítico en la conexión entre el  alerta, el metabolismo y la función cerebral de recompensa. En este contexto, se ha propuesto que las orexinas ejercen diferentes funciones en diferentes escalas de tiempo: actividad fásica (1-10 segundos) que podría ser responsable  de los estados de transición  y una oscilación regulada por el reloj circadiano  que podría codificar información acerca del metabolismo y el estado circadiano. 

Las neuronas orexina envían información a una red  de sistemas con diferentes roles en la dinámica de un despertar. Sin embargo, muy pocas proyecciones de las neuronas orexina han sido estudiadas en detalle. El locus coeruleus recibe una densa red  de terminales axónicos de las neuronas orexina  y la conectividad con las neuronas del locus coeruleus es monosináptica. La liberación de orexinas  –sináptica o extrasináptica- incrementa la excitabilidad de las neuronas del locus coeruleus. Un corto período (≥10 segundos) de actividad fásica de las neuronas orexina  aumenta la excitabilidad  de las neuronas postsinápticas del locus coeruleus a través de conductancias que elevan la concentración intracelular de Ca²⁺ con el consiguiente aumento de la probabilidad de alcanzar el umbral de un despertar. Además del locus coeruleus, las rutas serotoninérgicas, histaminérgicas, colinérgicas y dopaminérgicas también pueden aumentar la probabilidad de despertar. La información  estas rutas alternas  conforma  sistemas que tienen roles diferentes en la dinámica  de las transiciones del sueño a la vigilia.  Por ejemplo, un alto tono serotoninérgico inhibe el sueño REM. Las neuronas histaminérgicas del núcleo tuberomamilar disparan durante la vigilia y regulan la duración de los períodos de sueño  y vigilia. Las neuronas colinérgicas en el cerebro anterior basal y las neuronas dopaminérgicas proporcionan inervación directa a la neocorteza. Las neuronas colinérgicas proporcionan excitabilidad significativa y ritmo gamma a las neuronas corticales y un incremento en el tono dopaminérgico aumenta la actividad teta, lo cual, dependiendo de otras condiciones,  puede ser suficiente par inducir un despertar.  Por otra parte, las neuronas  noradrenérgicas del locus coeruleus proporcionan inervación excitatoria difusa a la neocorteza y promueven eficientemente el despertar.  Como se mencionó anteriormente las neuronas orexina son silentes durante el sueño REM, lo que sugiere que la activación de esas neuronas no es indispensable para la desincronización cortical y la excitación colinérgica. El hecho que la estimulación  orexina suprima el sueño REM sugiere varios mecanismos posibles: (i) excitación directa  de las neuronas serotoninérgicas en el rafe; (ii) modulación  de la actividad colinérgica,  y (iii) excitación/inhibición reciproca de las neuronas MCH, recientemente demostrada  en el mantenimiento del sueño REM.

 En conclusión, la acción combinada  de los componentes de una red de neuromoduladores (incremento del tono colinérgico, disminución de la actividad serotonina, etc.) puede predisponer a la neocorteza en un estado de transición. Las neuronas  orexina integran señales metabólicas, circadianas y límbicas y dirigen esta información a la red de neuromoduladores, cada uno de los cuales tiene un rol diferente en la dinámica de las transiciones del sueño a la vigilia.

Fuente: Lecea L y Huerta R (2014). Hypocretin (orexin) regulation of sleep-to-wake transitions. Frontiers in Pharmacology 5, Article 16.

Acciones reproductivas de la prolactina

La prolactina (PRL) es una hormona polipeptídica  perteneciente a la familia prolactina/hormona de crecimiento/lactógeno placentario  (PRL/GH/PL), que incluye proteínas similares a la PRL y proteínas relacionadas con la PRL. En los humanos, la PRL es codificada por un gen localizado en el cromosoma 6. La proteína madura contiene 197-199 aminoácidos dependiendo de la especie, con una masa molecular de aproximadamente 23 kDa. Es sintetizada y secretada principalmente por las células lactotropas  del lóbulo anterior de la hipófisis y liberada en la circulación, ejerce sus efectos sobre diferentes tejidos blancos donde se une a un receptor membrana  y actúa como un modulador endocrino clásico. Adicionalmente,  varios tejidos extra-hipofisiarios producen PRL, en los cuales ejerce acciones autocrinas/paracrinas. Estos sitios incluyen la decidua, la glándula mamaria, la próstata, el cerebro, la piel, el tejido adiposo y las células del sistema inmune.  Se han identificado dos patrones de secreción de PRL en la hipófisis, tónico y pulsátil. La hipófisis exhibe  secreción tónica e PRL bajo el control de factores inhibidores hipotalámicos, con la dopamina como modulador principal. Por otro lado,  la PRL afecta su propia secreción  a través de las neuronas dopaminérgicas vía asa corta de retroalimentación negativa. La secreción pulsátil de PRL presenta un ritmo circadiano con niveles más altos durante el sueño y los niveles más bajos en la mañana  aproximadamente 2-3 horas después de despertar.

El receptor de prolactina (PRLR) es un  miembro de la familia de receptores citoquina clase 1, carece de actividad tirosina quinasa intrínseca y es codificado por un gen localizado en el cromosoma 5.  Este receptor de membrana está compuesto por un dominio extracelular, un dominio transmembrana y dominio intracelular responsable de la transducción de la señal hormonal. El “splicing” alternativo o el clivaje post-transcripcional   del transcripto primario pueden generar múltiples variantes  del receptor. Estas isoformas  exhiben dominios extracelular y transmembrana comunes, pero difieren en el tamaño y la composición del dominio citoplasmático y por tanto son designadas como la forma larga (PRL-RL) y la forma corta (PRL-RS) del receptor de prolactina. La PRLRL es considerada la principal isoforma a través de la cual la PRL transmite su señal mitogénica y de diferenciación. Una  forma intermedia del PRLR ha sido reportada en humanos. El PRLR es expresado de una manera espacio-temporal en los tejidos reproductivos. La expresión de PRL-RL y PRL-RS  ha sido demostrada en células granulosas, intersticiales y luteales del ovario de varias especies. La expresión de las dos isoformas aumenta durante la luteinización, especialmente la PRL-RS. La decidua es otro blanco   de la PRL durante el embarazo y la expresión de PRLR ha sido demostrada en muchas especies incluyendo humanos. Tanto la forma larga como la corta pueden actuar como una señal negativa para prevenir la excesiva señal  de una de las  isoformas.

La activación del PRLR ocurre cuando la PRL se une a dos  homodímeros del PRLR formando un complejo un ligando/dos receptores. Una vez formado, el complejo heterotrimérico es inducido un cambio conformacional en el dominio intracelular del PRLR que permite la unión de la tirosina proteína kinasa JAK2  en la región rica en prolina de cada molécula de PRLR. Esta región es conocida como Box 1 y es conservada en todas las isoformas del receptor. La JAK2  se auto-transfosforila  e induce la fosforilación  de numerosa proteínas  incluyendo al mismo receptor, lo cual produce la activación  de distintas cascadas de señalización intracelular.  Los blancos mejor conocidos de la JAK2 activada son los transductores y activadores  de transcripción (STAT). Las proteínas STAT 5a y STAT 5b son los principales mediadores  de la señal PRL en ovario y glándula mamaria. La PRL también puede activar a otras kinasas como PI3K, la SrcK  la MAPK y la Nek3K.  Con relación a la activación de la ruta JAK2/STAT por el PRL-RS existen reportes contradictorios. Algunos estudios señalan que el PRL-RS no puede activar la señal JAK2/STAT porque carece de la región distal del dominio intracelular requerida para esa activación. Sin embargo, otros estudios han demostrado que si ocurre dicha activación. También existe controversia en cuanto a la función fisiológica del PRL-RS.

Los efectos inducidos por la PRL  han sido reportados en diversos procesos  como  balance de electrolitos, conducta, respuesta al estrés,  crecimiento y diferenciación celular, inhibición de la apoptosis,   y  tumorigénesis.  Sin embargo, los procesos reproductivos  representan el grupo más grande de funciones atribuidos a la PRL. La PRL fue primero identificada  como un factor clave  para el desarrollo y la diferenciación de la glándula mamaria. En roedores, la PRL también juega un rol crítico en el mantenimiento del cuerpo lúteo del ovario,  la producción de progesterona y la maduración del oocito. Adicionalmente, la expresión de PRLR ha sido observada en  las trompas de Falopio donde puede jugar un rol  en el desarrollo de la pre-implantación del embrión. La PRL decidual actúa localmente  e inhibe factores deletéreos  como la IL-6 durante la gestación. Mientras estas acciones en roedores están bien establecidas, en los humanos no está muy claro que la PRL tenga un rol similar en la reproducción femenina. Esto se debe en gran parte al traslape  de funciones de la PRl con el lactógeno placentario y la hormona de crecimiento los cuales  pueden unirse  -y activar-  al PRLR.

En el cuerpo lúteo, la acción de la PRL involucra dos compartimentos celulares, propiamente las células endoteliales y las células luteales esteroidogénicas. Las acciones coordinadas  de los receptores de PRL  son requeridas para la supervivencia y el mantenimiento  del cuerpo lúteo en el embarazo.  La PRL a través del PRL-RS estimula la actividad de factores de transcripción como el HIF-1  e induce genes angiogénicos como el VEGF. En conjunción con otros factores  de crecimiento, el VEGF actúa sobre las células endoteliales para inducir la vascularización, lo cual es crítico para la supervivencia del cuerpo lúteo. Como el PRL-RS es expresado en células endoteliales y luteales, este receptor puede mediar la acción de la PRL en ambos tipos de células. El PRL-RS físicamente está relacionado  con una proteína asociada al receptor de prolactina, la enzima HSD17β-7. Esta asociación estabiliza y aumenta la expresión de la HSD17β-7, la cual  convierte la estrona en estradiol y, por tanto, contribuye a la síntesis local de estradiol. El estradiol producido localmente  actúa sobre las células luteales para  inducir  su hipertrofia y la expresión de VEGF. Por otra parte, la activación del PRL-RL en las células luteales es crítica para la inducción de los genes luteales  involucrados en la producción de progesterona y la inhibición de la enzima 20αHSD. La activación de la ruta JAK2/STAT es crucial para estas funciones de la PRL.  Sin embargo, otras rutas de señalización pueden también estar involucradas.

En conclusión, la PRL impacta varias funciones ováricas incluyendo el desarrollo folicular y el mantenimiento del cuerpo lúteo. PRL-RL y PRL-RS son expresados en diferentes concentraciones  en diversos tipos de células durante el ciclo menstrual y el embarazo. El PRL-RL es el receptor predominante  con una señal activa y positiva mientras el rol fisiológico y la señal del PRL-RS  son controversiales. Sin embargo, evidencias recientes  sugieren que  el PRL-RS puede interactuar con moléculas de señalización, activar rutas específicas y cooperar –o inhibir-  la señal del PRL-RL. Las acciones cooperativas de ambos  receptores son requeridas para la supervivencia del cuerpo lúteo en el embarazo.

Fuente: Sangeeta Devi Y y Halperin J (2014). Reproductive actions of prolactin mediated through short and long receptor isoforms. Molecular and Cellular Endocrinology 382: 400-410.

Estrógenos: reguladores metabólicos en el cerebro y el cuerpo de la mujer

Los estrógenos son hormonas esteroides conocidos principalmente por su papel en la promoción de las características sexuales y la capacidad reproductiva  de la mujer. Hay tres formas de estrógenos  en el cuerpo  de la mujer: estrona (E₁), estradiol (E₂) y estriol (E₃).  Durante los años reproductivos, la principal forma circulante  es el estradiol que, además, es la forma más potente  de los estrógenos. En las mujeres, los estrógenos son producidos principalmente por los ovarios y las glándulas suprarrenales y tienen efectos en la mayoría de órganos incluyendo cerebro, glándula mamaria, corazón, vasos sanguíneos, vejiga, piel, hueso, ovario, útero y órganos del sistema inmune. Además de su rol en la reproducción, el   estrógeno constituye una molécula  de  señalización crítica en el cerebro, puede cruzar la barrera hemato-encefálica y, adicionalmente, el cerebro puede producir estrógeno a partir del colesterol. Los receptores de estrógenos (ER) están ampliamente distribuidos en el cerebro  y son expresados en neuronas y glias. Los ER comprenden dos clases generales: ER nucleares  y ER asociados a la  membrana (mER), ambas formas están presentes en el cerebro. Hay dos isoformas  de los ER nucleares: ERα (o ESR1) y ERβ (o ESR2), funcionalmente distintos y distribuidos de manera diferente  en el cerebro. Las regiones que codifican para ambos  ER se encuentran en el cromosoma 6. Los ER nucleares existen inicialmente como monómeros y se dimerizan antes de la translocación al núcleo, donde regulan la transcripción. A diferencia de los ER nucleares, los mER son monómeros de ERα y ERβ. Adicionalmente, por “splicing” alternativo, los ERα pueden generar tres variantes y los ERβ pueden generar once variantes. En el cerebro, estas variantes han sido asociadas con cambios en la respuesta de los estrógenos. Por otra parte,  múltiples laboratorios han establecido la presencia de ER en las mitocondrias, lo cual enfatiza el rol que los estrógenos juegan en la regulación de la bioenergética celular. La señal clásica de los estrógenos ocurre como resultado de la translocación  de los ER al núcleo, donde se unen a los elementos de respuesta para regular la expresión de genes.

Los ERα se distribuyen  en hipotálamo, cerebro anterior, hipocampo y amígdala; los ERβ se concentran principalmente en hipocampo y corteza cerebral. En el hipocampo, ambas formas se localizan en las espinas dendríticas que son los sitios de formación de sinapsis  y que muestran un alto grado de plasticidad. Los ERα y lo ERβ son mediadores de las tareas de aprendizaje dependientes del hipocampo. En las diferentes áreas del hipocampo, la relación ERα/ERβ cambia con la edad. En jóvenes, la forma ERβ es dominante en el hipocampo y la forma ERα está presente en bajas cantidades. Con el envejecimiento, la localización nuclear de ERα aumenta en el girus dentado y en CA3, pero disminuye en CA1. La disminución de los niveles y de respuesta de los ERα ha sido asociada con alteraciones cognitivas y demencia durante el envejecimiento, los ERβ aunque conservan la respuesta a E₂ no son capaces de compensar la pérdida de ERα. Con el envejecimiento, hay también un incremento en la expresión  de las variantes de ERα en el hipocampo que tratan de compensar la disminución de los ERα.

Los mER inician rápidamente las rutas de señalización intracelular cuando se unen a los estrógenos. Estos receptores activan las rutas Src/PI3K y Ras/Raf/MEKK/ERK,  que producen la activación de CREB y son requeridos para la neuroprotección inducida por E₂. También han sido identificados en el cerebro receptores de estrógenos acoplados a proteína G como el GPER1 (también llamado GPR30). EL GPER1 tiene alta afinidad por el E₂ y activa las rutas AMPc/PKA y PI3K/Akt. El E₂ también activa cascadas de señalización  asociadas con la supervivencia y la función  de las neuronas, incluyendo MAPK, PI3K y PKC. La activación de las rutas MAPK y PI3K permite la fosforilación  de CREB, el cual regula la transcripción  de genes  de supervivencia neuronal, incluyendo la proteína anti-apoptosis Bcl2. La activación de la ruta PI3K tiene el potencial  de activar simultáneamente las rutas MAPK, PKC y Akt y esta activación simultánea  es mediadora del efecto neuroprotector  de E₂. Los mER también activan rutas  que regulan la entrada de calcio  a través de canales tipo L, lo que a su vez activa la cascada PI3K/Src/ERK/CREB.  El incremento de la expresión de Bcl2 inducido por el E₂ potencia la captación de Ca²⁺ en las mitocondrias, lo cual  protege a  la neurona contra las consecuencias adversas del exceso de calcio citoplasmático.

Los estrógenos ejercen efectos beneficiosos en el sistema bioenergético del cerebro a nivel del transporte de glucosa, la glucolisis, el ciclo de Krebs, la fosforilación oxidativa y la producción de ATP. Los transportadores de glucosa (GLUT)  actúan como mediadores del transporte de glucosa en el cerebro. El GLUT-1 es un transportador de baja afinidad, pero altamente sensible a los cambios en los niveles de glucosa y se  expresa en dos isoformas glucosiladas: una isoforma  de 55KD que regula el transporte  de glucosa de los vasos sanguíneos al cerebro y una isoforma de 45 KD que regula el transporte de glucosa del cerebro a las glias. Los niveles de expresión son regulados por la disponibilidad y la demanda de glucosa; en particular, la hipoglucemia aumenta la expresión de GLUT-1 en la barrera hemato-encefálica. El GLUT-3 es un transportador de alta afinidad que es expresado en la membrana neuronal y permite el transporte de glucosa en la neurona. El GLUT-4  también es expresado en la membrana neuronal y su translocación del compartimento citoplasmático a la membrana celular es regulada por la insulina. La regulación de los GLUT-4 por los estrógenos  es particularmente interesante, requiere de un incremento simultáneo de  los niveles de E2/ER y de insulina/receptor de insulina.  En el cerebro de roedores, el acoplamiento entre estrógeno e insulina involucra al factor de crecimiento similar a insulina-1 (IGF-1) y su receptor (IGF-1R). El IGF-1R y el ERα pueden formar un complejo macromolecular capaz de activar la ruta de señalización PI3K que produce la fosforilación y activación de Akt. La forma fosforilada  (activa)  de Akt se colocaliza con GLUT-4  en las neuronas que expresan IGF-1 y aumenta el transporte de glucosa  a través de la regulación de los GLUT-4. Además de facilitar el transporte de glucosa, el estrógeno también promueve la glucólisis en las neuronas. El E₂ incrementa la actividad de las enzimas glucolíticas: hexoquinasa (soluble y unida a la membrana), fosfofructoquinasa y piruvato quinasa. Las hexoquinasas   se unen al canal aniónico dependiente de voltaje (VDAC) en la membrana externa mitocondrial para acoplar el metabolismo de la glucosa con la síntesis de ATP en la mitocondria. Este acoplamiento es regulado por la Akt que se asocia con la hexoquinasa II. La actividad de la hexoquinasa II es también requerida para los efectos anti-apoptosis de la Akt. El E₂ actúa sobre este sistema  activando la Akt e incrementando la actividad de la hexoquinasa II. Por tanto, es plausible pensar que el estrógeno puede tener un rol en la promoción de la asociación de la hexoquinasa II y el VDAC en las neuronas.

La regulación del transporte de glucosa y la glucólisis mediada por estrógenos se complementa con la potenciación de la bioenergética mitocondrial. El estrógeno produce una respuesta coordinada  de las enzimas mitocondriales, lo cual incrementa la producción de ATP en el cerebro. Particularmente, el E₂ regula la actividad y los niveles  de expresión de varias enzimas metabólicas incluyendo a la piruvato deshidrogenasa, la aconitasa y la sintetasa de ATP.  El E₂ también incrementa la actividad y expresión de los complejos I, IV y V. La acción del estrógeno  en la mitocondria se extiende a la protección contra el estrés oxidativo. Debido a que las mitocondrias son la principal fuente  de producción de especies reactivas del oxígeno (ROS), ellas también sufren los efectos del estrés oxidativo cuando las ROS son producidas en exceso. El estrógeno incrementa la expresión de varias enzimas antioxidantes (peroxirredoxina 5, glutarredoxina y MnSOD) y también protege contra el daño de ADN inducido por peróxido de hidrógeno.

El estrógeno, además del cerebro, activa rutas  de señalización intracelular  en casi todos los tejidos del cuerpo. Los ERs están presentes en el adipocito y pueden mediar de  manera diferente los efectos del estrógeno en el tejido adiposo. El ERα regula positivamente la homeostasis y el metabolismo del tejido adiposo vía crecimiento y proliferación de los adipocitos y el ERβ regula la distribución del tejido adiposo  de una manera sexo-específica. El dimorfismo sexual  en la distribución  de ERα y ERβ en el tejido adiposo ha sido reportado por varios estudios. En el adipocito maduro humano, la expresión de ERα es idéntica entre los dos sexos, pero los niveles de ERβ son mayores en la mujer. Por otra parte, el hombre está más predispuesto a la regulación dominada por ERα, mientras la mujer antes de la menopausia tiene una regulación más balanceada  entre ERα y ERβ, lo cual podría explicar los patrones de  distribución de tejido adiposo  sexo-específicos. Después de la menopausia, sin embargo, ocurre un cambio en la relación ERα/ERβ hacia un predominio ERβ   que podría mediar el incremento de peso postmenopáusico de la mejer.

La leptina es una adipoquina secretada por el tejido adiposo que tiene un fuerte efecto sobre la ingesta y el gasto de  energía. En el hipotálamo, la leptina produce una inhibición aguda  del apetito. Las mujeres pre y postmenopaúsicas tienen mayores niveles  de leptina  que los hombres, lo cual puede obedecer a los niveles endógenos  de estrógeno o a la distribución del  tejido adiposo. En las mujeres premenopaúsicas, los niveles de leptina se correlacionan con los niveles plasmáticos de estrógeno, esta correlación  desaparece después de la menopausia cuando es alterada por un aumento de  obesidad.  Tanto los receptores de leptina como los ERs son expresados en el hipotálamo, aunque la expresión de ERα es mayor que la ERβ. La evidencia acumulada sugiere que los niveles de estrógeno regulan la expresión del receptor de leptina.  El resultado de esta regulación es que  la sensibilidad a la leptina es mayor cuando lo niveles de estrógeno son altos.

La adiponectina, la principal adipoquina en la regulación del metabolismo corporal, es producida por el tejido adiposo  y regula los niveles periféricos de glucosa e insulina. Los niveles plasmáticos de adiponectina se correlacionan inversamente con los niveles de glucosa e insulina y son mayores en mujeres que en hombres pero incrementan con la edad en ambos sexos. El ERα es un regulador positivo de los niveles de adiponectina en el tejido adiposo. Por otra parte, la señal ERβ  produce la inhibición  del receptor  activado por el proliferador de peroxisoma-γ (PPAR-γ), el cual regula la secreción de adiponectina

La ghrelina, producida principalmente por el estómago, es la contraparte de la leptina y por tanto actúa estimulando el apetito. Hombres y mujeres muestran una diminución en los niveles plasmáticos de ghrelina  relacionada con la edad. La ghrelina disminuye la resistencia a la insulina y también disminuye la fosforilación  tau  a través de la activación  de GSK3β. Adicionalmente, la ghrelina puede proteger contra la pérdida sináptica y la degeneración neuronal en el hipocampo. En el hipocampo, la ghrelina también incrementa la densidad de espinas dendríticas y promueve la potenciación de larga duración. La ghrelina se colocaliza con el ERα en el estómago y estudios recientes  sugieren que el estrógeno es un regulador negativo de la síntesis de ghrelina y por consiguiente los niveles de  ghrelina podrían aumentar después de la menopausia.

La regulación por estrógeno  de la homeostasis de insulina y glucosa  es mediada a través de ERs, los cuales son expresados, además del tejido adiposo, en el hígado, las células β del páncreas y el músculo esquelético. Esto permite coordinar las señales que regulan la homeostasis metabólica  en respuesta al medio hormonal. En las células β del páncreas, el ERα regula la producción de inulina y tiene un efecto antidiabético.  Sin embargo, la relación entre niveles de estrógeno y diabetes después de la menopausia es complicada. Un asunto sin  respuesta convincente  es si la terapia de reemplazo  tiene un efecto directo sobre el riesgo de diabetes a través de la regulación  de la señal ERα en el páncreas  o un efecto indirecto  a través de la disminución de la obesidad. Los niveles de insulina  y glucosa en ayunas aumentan en la medida que los niveles de estrógenos disminuyen durante la transición menopaúsica, pero esto ha sido considerado como una respuesta secundaria al cambio en la distribución de grasa en el cuerpo y no debido a un efecto directo  de la disminución de estrógeno. Varios estudios han sugerido  que la mujer postmenopaúsica tiene una menor producción de insulina pero con una eliminación más lenta.

En conclusión: el E2 es un regulador fundamental del sistema metabólico de la mujer  a nivel cerebral y corporal. En el cerebro, regula el transporte de glucosa la glucólisis y la función mitocondrial y, en el cuerpo,  protege contra la adiposidad, la resistencia a la insulina y la diabetes tipo II. El E2 coordina el metabolismo cerebral y corporal de tal manera  que el estado metabólico periférico puede indicar el estatus bioenergético del cerebro.

Fuente: Rettberg JR et al (2014). Estrogen: A master regulator of bioenergetic systems in the brain and body.  Frontiers in Neuroendocrinology 35:8-30.

Rol fisiológico del sistema ghrelina

La ghrelina es una hormona peptídica acilada de 28 aminoácidos producida  principalmente por el estómago. Sin embargo, el péptido originalmente identificado como ghrelina es sólo uno de los componentes de una familia de péptidos generados por procesos de “splicing” altenativo o por modificaciones post-transcripcionales del gen ghrelina.  La evidencia acumulada  durante los  últimos 15 años ha revelado queghrelina es un sistema  regulatorio y multifuncional compuesto por péptidos y receptores presentes en una variedad de tejidos donde pueden ejercer acciones endocrinas, paracrinas y autocrinas.  El sistema grelina está involucrado en la modulación  de una multiplicidad de funciones como secreciones hormonales, procesos de memoria y aprendizaje, ingesta de alimentos, ganancia de peso corporal, liberación de insulina, supervivencia  de células β, adiposidad, balance energético, procesos  inflamatorios, desarrollo y progreso  de varios tipos de cánceres. El receptor clásico de ghrelina (GHSR) fue descubierto inicialmente por su capacidad para unir compuestos artificiales (hexarelin o GHRP6) con actividad liberadora de hormona de crecimiento, posteriormente la ghrelina fue identificada como el ligando endógeno de este receptor.

El péptido identificado inicialmente  como ghrelina se origina a partir de un precursor llamado preproghrelina (117 aminoácidos) que en los humanos es codificado por un gen localizado en el brazo corto del cromosoma 3. La preproghrelina humana contiene un péptido señal de 23 aminoácidos y un segmento  de 94 aminoácidos llamado proghrelina, el cual es procesado proteolíticamente para generar el péptido ghrelina  y un péptido C-terminal adicional llamado C-ghrelina.  El péptido C-ghrelina puede ser procesado proteolíticamente y generar un péptido llamado obestatina que inicialmente fue considerado antagonista de la ghrelina. Adicionalmente, el péptido ghrelina es  sometido a una modificación única que consiste en la acilación (adición de un grupo octanoil) del tercer  residuo serina. De acuerdo con el estatus  de acilación, el péptido puede ser llamado  ghrelina no acilada (UAG) o ghrelinaacilada (AG) que corresponde al péptido identificado inicialmente y  capaz de unirse al receptor GHSR1a.  La enzima responsable de la acilación de la ghrelina, conocida como ghrelina-O-aciltransferasa o GOAT, fue descubierta en el año 2008.  El proceso de acilación de la ghrelina aparentemente ocurre después del clivaje del péptido señal y antes  del proceso proteolítico de la preproghrelina. Sin embargo, aún no está claro sí la UAG es producto de una acilación incompleta del péptido ghrelina  o de una  desacilación  de la AG madura.  Aunque la UAG representa  más del 90% de la ghrelina total circulante, no se une al receptor clásico de ghrelina y sus funciones biológicas no están completamente dilucidadas.

Poco tiempo después del descubrimiento de la ghrelina nativa, varios laboratorios identificaron  péptidos alternativos derivados el gen ghrelina con pequeños cambios  en la secuencia  de aminoácidos de la ghrelina nativa. Este es el caso de la des-Gln 14-ghrelina, la cual es idéntica a la ghrelina nativa excepto por la ausencia de un residuo glutamina (Gln14). La diferencia funcional entre este péptido de 27 aminoácidos y la ghrelina nativa es desconocida. Por otra parte, el gen ghrelina puede sufrir procesos adicionales de “splicing” alternativo como “skipping” de exón o retención de intrón.  Específicamente, un evento de “skipping” de exón 3 genera un péptido de 91 aminoácidos  (Ex3-deleted ghrelin) que carece de la región que codifica para obestatina.  Aunque las funciones precisas de este péptido son desconocidas,  su expresión está aumentada en los cánceres de próstata y mama, lo que sugiere que podría tener algún rol en estas patologías.  Adicionalmente, una variante generada por retención de intrón 1 (In1-ghrelin)  es también sobre expresada  en cáncer de mama. La variante In1-ghrelin conserva la porción inicial de la ghrelina nativa incluyendo los primeros cinco aminoácidos  que es la secuencia mínima  requerida para la acilación  por la GOAT y para la unión y activación del GHSR1a. Sin embargo, la secuencia de aminoácidos  de la In1-ghrelin es alterada posteriormente por la retención de In1.

En los humanos, el GHSR es codificado por un gen localizado en el cromosoma 3, compuesto por dos exones que por “splicing” alternativo pueden generar dos especies de ARNm, llamados GSHSR1a y GHSR1b. El ARNmGHSR1a incluye los exones 1 y 2 y codifica un receptor acoplado a proteína G (GPCR) de 366 aminoácidos con  siete dominios transmembrana. Por el contrario, el ARNm GHSR1b resulta de la retención  del intrón localizado entre los exones 1 y 2 y genera una isoforma GPCR de 289 aminoácidos  con solo cinco dominios transmembrana y una secuencia de 24 aminoácidos en la región C-terminal diferente a la secuencia del GHSR1a.  Hasta el presente, la actividad funcional del GHSR1b  no ha sido completamente dilucidada. En cambio, está bien establecido que el GHSR1a  es el receptor responsable de la transducción de la señal  de la AG y la familia  de secretagogos sintéticos de hormona de crecimiento. En efecto, la interacción entre el GHSR1a y la AG está determinada fundamentalmente  por la alta flexibilidad conformacional  que produce la acilación de la Ser3 en la ghrelina.  Particularmente, la acilación experimental  del péptido ghrelina en otros residuos Ser (Ser2, 6 y 18) reduce  la funcionalidad de la ghrelina. La región N-terminal de Ser3 AG puede unirse  a los dominios transmembrana  del GHSR1a y determinar una orientación particular de la molécula donde la región C-terminal de la AG interactúa con el segmento N-terminal del receptor.  Por otro lado, la presencia de GHSRs diferentes del GHSR1a ha sido reportada en condrocitos y cardiomiocitos. Asimismo, estudios recientes sugieren la presencia de un receptor común que media los efectos biológicos de AG y UAG  en cánceres de mama y próstata.  El (los) receptor (es) para obestatina aún no ha (n) sido determinado (s). Aunque los reportes iniciales indicaban que este péptido se unía y activaba al  receptor “orfan” GPR39, actualmente esta noción  es materia de debate.  Recientemente, el receptor del péptido glucagonoide 1 (GLP-1R) ha sido postulado  como un receptor alternativo para la obestatina.

Como se  mencionó arriba, el péptido  ghrelina puede ser modificado post-translacionalmente en su residuo Ser3 por la GOAT, una enzima que pertenece a la familia  de O-aciltransferasas unidas a membrana (MBOATs) por lo que también es llamada MBOAT4. En los humanos, el gen de la GOAT está localizado en el cromosoma 8p12.  Específicamente, la GOAT es una proteína de membrana que  octanoíliza la Ser3 de la proghrelina en la luz del retículo endoplasmáticodespués del clivaje del péptido señal.  La GOAT es capaz  de procesar  una variedad de ácidos grasos, donadores de grupos acilos para la CoA y, por esta razón, ha sido postulada como potencial transportador de acil-CoA desde el citosol a la luz del retículo endoplasmático. La GOAT es ampliamente expresada en  estómago, páncreas, músculo esquelético, corazón, intestino y hueso, un patrón de expresión que se asemeja parcialmente al exhibido por la ghrelina.

La ghrelina es producida principalmente en el estómago por una población de células endocrinas (células similares a células A) localizadas en la mucosa gástrica, aunque también ha sido detectada en otras regiones del tracto gastrointestinal. La obestatina también es expresada en la mucosa del tracto gastrointestinal y la localización subcelular de ambas hormonas es idéntica, lo que sugiere que la obestatina y la ghrelina son almacenadas en las mismas células del tracto gstrointestinal. El hecho que la expresión del GHSR haya sido detectada en estómago y otras regiones del tracto gastrointestinal sugiere que la AG puede jugar un rol en la regulación de otras hormonas gastrointestinales.  A suvez, la secreción de ghrelina es  regulada por otras hormonas gastrointestinales, en particular adrenalina, noradrenalina y secretina que estimulan la secreción mientras que la somatostatina la inhibe, lo cual sugiere la existencia de un sistema de retroalimentación complejo entre las hormonas del tracto gastrointestinal.

El sistema ghrelina es conocido por su capacidad para regular no sólo acciones endocrinas  sino también algunas acciones no endocrinas. En este contexto,  la hipófisis anterior representa el principal blanco  de las acciones endocrinas  del sistema ghrelina. En efecto, la AG producida por el estómago inicialmente fue involucrada en la regulación endocrina de la función dela hipófisis. Sin embargo, está demostrado que la ghrelina nativa también es expresada en la hipófisis, lo que sugiere la existencia de una regulación paracrina y/o autocrina por parte de la ghrelina producida localmente. Esta idea ha sido reforzada por el hecho de que la GOAT también es expresada en el hipotálamo y la hipófisis. Adicionalmente, las variantes derivadas del gen ghrelina como la In1-ghrelin también han sido identificadas en la hipófisis. La AG es tan potente como la hormona liberadora de hormona de crecimiento (GHRH), el clásico factor liberador de hormona  de crecimiento (GH),  en la estimulación de la secreción de GH.   La AG también está directamente involucrada en la generación  del patrón de secreción pulsátil de la GH, los pulsos de GH y las concentraciones de AG se correlacionan altamente en un intervalo de una hora antes de -y durante- el pulso de GH en humanos sanos. La AG actúa a través de una variedad de mecanismos y establece comunicación bidireccional con otros moduladores de la GH para regular finamente la secreción de GH. Específicamente, la AG producida por el estómago podría actuar vía nervio vago para incrementar la liberación de GHRH y neuropéptido Y (NPY), en tanto que la AG inyectada en el hipotálamo estimula la secreción de GHRH y antagoniza  la somatostatina en la hipófisis. La somatostatina no sólo inhibe la liberación de GH sino también la de ghrelina. En la hipófisis, la AG también estimula la  liberación de prolactina  de las células lactotropas. Este efecto estimulador es independiente de la hormona liberadora de tirotropina, un estimulador bien conocido de la liberación de prolactina, pero es dependiente del sistema dopamina, pues es completamente bloqueado por agonistas dopaminérgicos. Por otra parte,  se ha demostrado que la AG estimula la secreción de hormona adrenocorticotropina (ACTH) en varias especies, incluyendo humanos. Este efecto podría depender del estatus energético y la AG  actúa incrementando los niveles de calcio en el citoplasma de las células corticotropas. A través de este efecto, la AG podría  modular la respuesta al estrés agudo  controlando al eje hipotálamo-hipófisis-adrenales.  El sistema ghrelina también regula la secreción de hormonas de la hipófisis posterior: arginina vasopresina y oxitocina,  probablemente a través  de una acción indirecta mediada por neuronas NPY.

La AG juega un rol muy importante en la regulación de la homeostasis de la glucosa a través de la inhibición de la liberación de insulina. La AG también modula la producción/secreción de glucagón. Por otra parte, el páncreas endocrino incluye una población de células (células ε, épsilon) especializadas  en la producción y secreción de ghrelina, aunque las células α yβ también pueden producirla, lo que sugiere una acción paracrina/autocrina del sistema ghrelina en el páncreas.  Adicionalmente, la AG es capaz  de modular las acciones de la insulina, puede inducir resistencia periférica  -sin afectar la sensibilidad hepática-  a la insulina.

El sistema ghrelina  es conocido por su rol en el control del eje hipotálamo-hipófisis-adrenales en humanos y otros mamíferos. Algunas hormonas derivadas del gen ghrelina, la GOAT y el GHSR son expresados en la corteza y la médula de la glándula suprarrenal. El GHSR es más abundante en la zona glomerulosa de la corteza. La AG, vía GHSR1a, podría estar involucrada en el control autocrino/paracrino del crecimiento adrenal.

Con relación a las acciones no endocrinas, uno de los roles centrales del sistema ghrelina es la regulación  de la ingesta de alimentos y la homeostasis energética, la AG promueve un balance energético positivo a través del incremento de  la ingesta de alimentos y la disminución del gasto de energía con el consiguiente aumento de peso corporal y  adiposidad. La regulación de la ingesta de alimento depende del estatus metabólico, la AG es conocida como la “hormona del hambre” y varios estudios indican que los niveles circulantes de ghrelina aumentan en el ayuno (y entre las comidas), y disminuyen durante el estado postprandial.  Esta hormona ejerce sus efectos orexigénicos  activando neuronas del núcleo arcuato  del hipotálamo, particularmente las neuronas productoras de NPY y AgRP (agouti-relatedpeptide) a través de la modulación  de la  ruta mTORC1/S6K1. La AG alcanza el hipotálamo por tres rutas diferentes: (i) a través  de la circulación general, cruzando la barrera hemato-encefálica; (ii) a través de las aferencias del nervio vago; (iii)  puede ser sintetizada en el hipotálamo, donde ejerce efectos paracrinos.  Por otra parte, la AG  es un potente acelerador  del vaciamiento gástrico y un estimulador  de la motilidad gastrointestinal en humanos. La AG induce la actividad motora  en el tracto gastrointestinal a través deun mecanismo dual, central y periférico. El mecanismo central es mediado a través de las neuronas NPY del núcleo arcuato, el nervio vago y/o el septum lateral, en tanto que los efectos periféricos incluyen la inducción de la fase III de las contracciones gastrointestinales. 

En otras acciones no endocrinas, el sistema ghrelina está involucrado en la regulación de varias funciones cerebrales como la modulación de procesos cognitivos, por ejemplo.  La aplicación i.c.v.de AG estimula la retención dememoria de una manera dependiente de dosis e independiente  del área cerebral inyectada (hipocampo, amígdala o rafe dorsal), a través de procesos que podrían incluir la promoción de la neurogénesis y la plasticidad sináptica. La AG puede aumentar la plasticidad sináptica en el hipocampo a través de mecanismos pre-sinápticos (aumentando los impulsos excitadores presinápticos) y post-sinápticos (elevando la excitabilidad  de las neuronas post-sinápticas).  Por otro lado, diversos estudios  han demostrado que la ghrelina estimula la supervivencia neural en diversos modelos experimentales de isquemia, injuria cerebral traumática, esclerosis lateral amiotrófica, epilepsia, enfermedad de Alzheimer y enfermedad de Parkinson. Las acciones de la ghrelina en la neuroproteción son mediadas por la inhibición de moléculas proapoptóticas asociadas con rutas mitocondriales  y la activación  de moléculas protectoras endógenas. El sistema ghrelina también ha sido implicado  en la regulación dela fisiología cardiovascular con acciones en diferentes niveles (vascular, endotelial y/o cardiaco). Específicamente, la AG incrementa el gasto cardiaco, la contractilidad cardiaca y la vasodilatación; en tanto que disminuye la presión arterial y la resistencia periférica  e inhibe la apoptosis en células endoteliales y cardiomiocitos.  Es de destacar el hecho que los cardiomiocitos y las células endoteliales son capaces de producir ghrelina, lo que sugiere que este péptido podría ejercer acciones paracrinas/autocrinas para regular la función cardiaca.  Muchos  estudios reportan que el sistema ghrelina está ampliamente distribuido en células y tejidos del sistema inmune como linfocitos T, linfocitos B, neutrófilos, bazo  y ganglios linfáticos. En este contexto, el sistema ghrelina regula la fisiología del sistema inmune, entre otras acciones, estimulando  el desarrollo  y maduración  del timo, así como también la producción y secreción de citoquinas proinflamatorias (TNFα, IL6, IL1β) en humanos y animales.

En conclusión, la ghrelina es el componente más notorio  de un complejo sistema que comprende numerosos péptidos alternativos (obestatina, ghrelina no acilada, In1-ghrelina, etc.), receptores conocidos (GHSR) y desconocidos, así como enzimas modificadoras (GOAT), que interactúan entre sí y con otros sistemas reguladores para modular procesos fisiológicos

Fuente: Gahete MD et al (2014).  Ghrelin gene products, receptors, and GOAT enzyme: biological and pathophysiological insight.  Journal of Endocrinology 220: R1-R24.

Control endocrino del calcio durante la lactancia

La lactancia representa demandas sustanciales en la homeostasis y el balance del calcio. Durante la lactancia las glándulas mamarias exportan grandes cantidades de calcio y fosfato en la leche. Estos minerales conjuntamente con  proteínas forman el osteoide y son esenciales para el crecimiento óseo del niño. Para una mujer, el amamantamiento de un niño requiere que diariamente aporte de 300 a 400 mg de calcio en la leche  y la pérdida  de 5-10% de la masa ósea durante un período de lactancia de 6 meses. Comparativamente, la pérdida total de calcio de la mujer durante 6 meses de lactancia es 4 veces mayor  que la pérdida durante el embarazo. El mantenimiento de un estado  de alto flujo de minerales óseos durante la lactancia incrementa el tamaño efectivo del “pool”  de mineral metabólicamente activo  disponible en las mamas. Esta expansión del “pool” de calcio minimiza las fluctuaciones de calcio circulante cuando aumentan las demandas. Por otra parte, todos los recursos fisiológicos necesarios para la homeostasis y el balance del calcio  en condiciones de no lactancia  también están disponibles durante la lactancia. Esto incluye a los principales órganos reguladores del calcio (hueso, intestino, riñón, sangre) y a las hormonas calciotrópicas: hormona paratiroidea (PTH), calcitonina (CT) y la forma hormonalmente activa de la vitamina D (1,25OH₂vitamina D o calcitriol).  Sin embargo, estos sistemas sólo responden directamente a las variaciones en el calcio libre  (Ca²⁺) plasmático y su respuesta al flujo masivo de calcio entre la madre y el niño es relativamente pobre. En este sentido, se han descrito cuatro mecanismos específicos para responder a la demanda especial de calcio durante la lactancia. Aunque hay diferencias importantes entre las especies, en general estos mecanismos son: (i) el péptido relacionado con la hormona paratiroidea (PTHrP), que interviene en  la conservación y extracción de calcio óseo; (ii) la prolactina y la hormona de crecimiento, como soporte hormonal de la absorción intestinal de calcio; (iii) los bajos niveles de estrógenos que incrementan la resorción ósea y otros mecanismos de pérdida ósea; y (iv) la eficiente exportación de calcio en la leche. Durante la lactancia, la PRL y el PTHrP reorganizan la homeostasis y el control del balance de calcio colocando a la glándula mamaria  en el centro de la homeostasis del calcio. Adicionalmente, estudios recientes incluyen a la serotonina (5-hidroxitriptamina, 5-HT) como un enlace esencial entre la glándula mamaria y el hueso.

La capacidad de la mujer para movilizar grandes cantidades de mineral en apoyo al crecimiento óseo del niño, sin consecuencias patológicas, es una de las adaptaciones más fascinantes en la evolución de los mamíferos.  Una característica única de la movilización ósea durante la lactancia es que la resorción y la formación de hueso están normalmente acopladas, a pesar de la rápida pérdida de hueso. La pérdida de hueso es “reparada” rápidamente  después del destete y no produce  ninguna consecuencia ósea negativa a largo plazo. Al respecto, se han propuesto dos posibles explicaciones: una explicación señala que los osteoblastos proliferan  pero hacen una pausa antes de completar la diferenciación  y la otra explicación  es que el osteoide  es secretado pero no es mineralizado. En cualquier caso, lo importante es que el acoplamiento fisiológico entre osteoblastos y osteoclastos durante la lactancia permite a la mujer movilizar minerales en la leche pero al mismo tiempo mantener la salud ósea.  Los niveles de CT en la mujer son elevados durante el embarazo y al inicio de la lactancia, pero retornan a los niveles  normales  después de las primeras 6 semanas de lactancia. La CT puede ser secretada, además de las células C de la glándula tiroides,  por la placenta  y las glándulas mamarias, lo cual es importante para preservar el esqueleto materno cuando las demandas de calcio aumentan. Los niveles de PTH generalmente son bajos en las mujeres durante la lactancia. El Ca²⁺ circulante es normal o ligeramente elevado comparado con  los niveles de mujeres en condiciones de no lactancia. Este nivel de Ca²⁺ presumiblemente suprime la secreción de PTH por las células principales de las glándulas paratiroides. El aporte de calcio a las glándulas mamarias, a pesar de los niveles bajos de PTH,  aparentemente depende de los efectos combinados de la PRL y el PTHrP. Entonces, la adaptación del metabolismo del calcio durante la lactancia involucra los ajustes de las hormonas calciotrópicas y de los estrógenos más los efectos únicos de la PRL y el PTHrP.   Estas señales movilizadoras de Ca²⁺ hacen que el  calcio fluya en la leche en respuesta al flujo transcelular de Ca²⁺ inducido por el receptor sensor de calcio (CaSR) y mediado principalmente por la Ca²⁺ATPasa 2 de la membrana plasmática (PM CA2).

La glándula mamaria opera como un órgano endocrino regulador del calcio que secreta PTHrP durante la lactancia. El PTHrP es sintetizado y secretado en grandes cantidades por la glándula mamaria lactante de varias especies (incluyendo humanos), actúa como hormona endocrina  y también como factor  de crecimiento local. La secuencia N-terminal del PTHrP, similar a la de la PTH,  se une al receptor PTHR1 e induce la diferenciación de los osteoblastos  y la expresión  de factores activadores de los osteoclastos (particularmente el RANKL, receptor-activator of NFκB-ligand) que disparan la resorción ósea.  Aunque el PTHrP, como la PTH, activa al PTHR1  y lleva a cabo muchas de las acciones celulares de la PTH, generalmente es secretado como un regulador local  de crecimiento y desarrollo.  Normalmente, el PTHrP actúa como hormona endocrina solamente durante la lactancia, cuando es secretado en grandes cantidades en la circulación y en la leche. Los potenciales roles del PTHrP de la leche en el crecimiento  y desarrollo del neonato no son bien conocidos.

La síntesis de 5-HT  en las células epiteliales de la glándula mamaria  incrementa durante la lactancia y depende de la distención alveolar. Una función de la 5-HT mamaria es regular las uniones estrechas a través  del receptor tipo 7 (5-HT7). Una segunda función, mediada por el receptor 5-HT2B, es inducir las señales reguladoras de hueso, incluyendo al PTHrP y al Runx2 (transcription factor runt-related transcription factor 2), una proteína esencial para la diferenciación de los osteoblastos. A través de la regulación de PTHrP, la 5-HT integra las necesidades del neonato en un sistema regulador de calcio durante la lactancia que incluye al  binomio madre-niño. Este sistema unificado es esencial para compaginar la homeostasis materna del calcio con los requerimientos del neonato.

El calcio es transportado en la leche a través de una ruta dependiente del aparato de Golgi. El fosfato de calcio se une a la caseína fosforilada y este complejo molecular es secretado por exocitosis. La Ca²⁺-ATPasa del retículo sarcoplasmático-endoplasmático (SERCA) y la ruta secretoria Ca²⁺-ATPasa que transportan el calcio en el  retículo endoplasmático y en el aparato de Golgi, respectivamente aumentan durante la lactancia. Sin embargo, esta ruta de secreción de calcio unido a proteína corresponde a menos del 50% del calcio transportado en la leche. Hay otros mecanismos de movilización de calcio, uno de ellos involucra a la PMCA2. La PMCA2, una  proteína exportadora de calcio de la membrana apical, es el transportador que más aumenta durante la lactancia. La actividad de la PMCA2 es regulada por el CaSR, el cual es expresado en las células epiteliales de la glándula mamaria en la transición del embarazo a la lactancia.  El CaSR regula la actividad de la bomba, pero no la transcripción ni la localización en la membrana. El CaSR, vía inositol trifosfato (IP₃) estimula la PMCA2.  La activación de la PMCA2 también puede ocurrir cuando se  estimula el flujo de calcio a través  del retículo endoplasmático vía receptor de IP₃. El CaSR también suprime  la secreción de PTHrP, constituyendo un asa de retroalimentación homeostática en el epitelio mamario.  Entonces, durante la lactancia, el CaSR y la PMCA2  permiten a la glándula mamaria “sensar” al calcio y ajustar la secreción de PTHrP y calcio en respuesta a los cambios en la concentración extracelular de Ca²⁺.

Por otra parte, estudios recientes sugieren que el osteocito es mucho más importante para el recambio óseo en adultos de lo que generalmente se piensa. Los osteocitos son las células óseas más numerosas, se diferencian a partir de los osteoblastos y se localizan entrampados en la matriz ósea donde se conectan entre sí y con otros tipos de células mediante extensos procesos dendríticos y una compleja red canalicular. Durante la lactancia, los osteocitos incrementan significativamente los niveles de ARNm para genes “específicos de osteoclastos”, incluyendo aquellos que codifican la fosfatasa ácida resistente a tartrato (TRAP), la catepsina K, la anhidrasa carbónica y varios transportadores de protones. La expresión de estos genes en los osteocitos depende del receptor PTHR1. Algunos autores sugieren que durante la lactancia la mujer absorbe hueso  convirtiendo los osteocitos en un estado fisiológico similar a osteoclastos. La evidencia acumulada indica que el osteocito es la principal célula blanco  de PTH/PTHrP que media la resorción ósea inducida por el RANKL en adultos.

En resumen, durante la lactancia, el calcio disponible en la leche es facilitado por la expresión y  activación de varios transportadores con la PMCA2 en un rol principal.  La disponibilidad de calcio  está integrada con la homeostasis sistémica de calcio a través de la acción  del CaSR. Las células del epitelio  mamario intervienen en la movilización  del calcio secretando PTHrP.  Por otra parte, la 5-HT constituye una señal local  esencial para la expresión y secreción del PTHrP. El receptor 5HT2B acoplado a la proteína Gq/11 media la inducción   de PTHrP por la 5-HT.

Fuente: Horseman ND y Hernández LL (2014).  New concepts of breast cell communication to bone. Trends in Endocrinology and Metabolism 26: 34-41.

Roles de la relaxina en la función ovárica y el embarazo

El término relaxina es usado para referirse al péptido H2-relaxina de los humanos (relaxina-1 en roedores) y diferenciarlo de la neurohormona ancestral relaxina-3 y sus homólogos y de la H1-relaxina (producida por la placenta) presente en humanos y chimpancés. La relaxina es el principal miembro de una familia de péptidos, estructuralmente relacionados con la insulina y los IGFs, producidos en el ovario de la mayoría de especies mamíferas.  Su nombre obedece a la acción relajante que ejerce sobre la sínfisis púbica en el embarazo. Como sugiere esta función, la relaxina es producida en el cuerpo lúteo durante el embarazo y ha sido identificada en esta estructura  en casi todos los mamíferos. En humanos y otros primates, el cuerpo lúteo deriva principalmente de las células granulosas del folículo ovárico, con poca contribución de las células tecales, y la producción de relaxina comienza pocos días después de la ovulación.  En el embarazo, el cuerpo lúteo persiste y la producción y secreción de relaxina continúa mientras el cuerpo lúteo se mantenga funcionando. La relaxina del cuerpo lúteo es la mayor contribución a los niveles circulantes de la hormona en las hembras de los mamíferos, al menos durante la fase luteal del ciclo y en el embarazo.  En humanos, la expresión de relaxina también puede ser detectada en las células de la teca interna de los folículos antrales antes del pico de LH. Esta relaxina no contribuye con los niveles circulantes de la hormona, pero es la principal contribución de la relaxina detectada en el líquido folicular. Entonces, en el ovario, hay dos fuentes diferentes de relaxina: las células de la teca interna de los folículos y el cuerpo lúteo. 

En el ovario, la relaxina producida por las células tecales del folículo puede actuar de una manera autocrina/paracrina para influir en la función de las células granulosas y del cúmulus. La relaxina puede estar involucrada en la maduración y calidad del oocito. Se desconoce si esta acción  autocrina/paracrina de la relaxina también ocurre en el cuerpo lúteo. La relaxina actúa primariamente sobre un receptor acoplado a proteína G llamado RXFP1 aunque también puede activar al receptor RXFP2 (el cual es específico para el INSL3), pero sólo en altas concentraciones y en algunas especies como los humanos. La relaxina interactúa con el RXFP1para activar la adenil ciclasa y producir una elevación de los niveles intracelulares de AMPc. La relaxina puede también, en algunas circunstancias, activar la PI3-kinasa de una manera dependiente de la proteína  G_i/o. En el ovario, el receptor RXFP1 ha sido identificado en las células granulosas y del cúmulus de folículos antrales (cerdos), en el cuerpo lúteo  (monos y gatos) y en las células granulosas de folículos primordiales, primarios y secundarios (humanos). En ratas, el tratamiento con relaxina promueve la ovulación lo que sugiere un rol adicional de la relaxina  en la inducción proteolítica de la ruptura de la pared del folículo.

En primates y particularmente en humanos, la relaxina circulante tiende a alcanzar un pico en el primer trimestre del embarazo. Se ha demostrado que la exposición a la relaxina  del oocito y del complejo oocito-cumulus favorece el desarrollo a blastocisto. El blastocisto expresaa el receptor RXFP1 pero se desconoce si la relaxina actúa directamente sobre el embrión y/o el trofoblasto durante la implantación. Por otro lado, el útero es un blanco de la relaxina que expresa el receptor RXFP1 en las células epiteliales, las células del estroma endometrial y el miometrio. En el inicio del embarazo las hormonas ováricas –progesterona y estradiol- inducen la proliferación y diferenciación del estroma endometrial  en el proceso conocido como decidualización. Esta decidualización es esencial para  crear un útero receptivo en el que pueda implantarse el blastocisto y generalmente  tarda  6 a 10 días. Estudios in vivo en monos han demostrado que la  relaxina es capaz  de inducir un engrosamiento del endometrio y de aumentar la vascularización. Asimismo, se ha demostrado que existe una buena asociación entre los niveles circulantes de relaxina  y la disminución de abortos espontáneos en mujeres. En el miometrio de rata y cerdo, la relaxina actúa  directamente sobre las células de músculo liso para inducir la quiescencia uterina a través del bloqueo de las contracciones inducidas por la oxitocina. Se considera que al inhibir la contracción miometrial, la relaxina puede  tener un efecto positivo en la implantación  del blastocisto. Estudios recientes sugieren que la relaxina induce en el endometrio citoquinas proinflamatorias como CXCL1 y CXCL10, lo cual es importante para la apropiada implantación y placentación.

El embarazo representa una disrupción fisiológica del control de líquidos y osmolaridad en el cuerpo. En esta situación son reajustados la secreción de vasopresina, el volumen latido cardíaco, la vasodilatación y la “compliance” arterial. La relaxina puede actuar directamente sobre las células de músculo liso y las células endoteliales de las arterias. En estos vasos,   la relaxina provoca una respuesta lenta que  involucra la producción de metaloproteinasas y la generación de endotelina, la cual puede activar la producción de GMPc y NO. Adicionalmente, hay una repuesta rápida que involucra el acoplamiento entre receptores RXFP1, la PI3 kinasa y la activación de la enzima eNOS.

El INSL3 (insulin-like peptide 3) es un péptido estructuralmente relacionado con la relaxina y por esta razón originalmente fue llamado factor similar a relaxina (RIF). El INSL3 es más conocido como un producto de las células de Leydig del testículo con un importante papel en el descenso testicular, pero también es producido, aunque en cantidad más baja, por las células tecales internas de los folículos antrales  y también por el cuerpo lúteo. Los folículos antrales son la fuente principal, si no exclusiva, del INSL3 circulante en las mujeres no embarazadas. Debido a esto los niveles circulantes de INSL3 dependen grandemente del número de esos folículos en el ovario. Entonces, el INSL3 circulante es significativamente elevado en mujeres con ovarios poliquísticos y bajo en mujeres con una  reserva ovárica disminuida o en etapa de peri –o post- menopausia.  Estudios inmunohistoquímicos han demostrado que el INSL3 tiene un papel anti-apoptosis/pro-supervivencia en los folículos antrales.  El INSL3 interactúa con un GPCR clase A llamado RXFP2 que es expresado en oocitos y células tecales internas.  En los folículos antrales, el INSL3 es producido por las células tecales internas antes del pico de LH y después de la producción de hormona anti-mülleriana por estos folículos. Funcionalmente, el INSL3 está involucrado  en un sistema autocrino/paracrino  de retroalimentación de asa corta que regula la producción de andrógenos (particularmente androstenediona) por las células tecales. El INSL3, vía RXFP2, estimula la producción de androstenediona, la cual es transferida a las células granulosas para su conversión en estrógenos. En el folículo antral, las proteínas morfogenéticas del hueso (BMP) generadas en el antro por las células granulosas y/o el oocito suprimen la expresión de INSL3 en las células tecales y esto ayuda a regular la producción de andrógenos en el folículo. Es importante tener en cuenta que la producción de andrógenos es una etapa limitante  de la esteroidogénesis ovárica durante la fase folicular del ciclo menstrual, pues los estrógenos solamente pueden ser producidos por la acción de la enzima aromatasa sobre los andrógenos en las células granulosas. Aunque la atención sobre las  funciones del INSL3 en las hembras está enfocada en la fisiología del ovario, sus concentraciones circulantes son suficientemente altas para activar receptores RXFP2  en otros órganos.  En este contexto, es importante señalar el hallazgo reciente sobre la acción del INSL3 en el recambio y metabolismo óseo. En las mujeres en edad reproductiva, el INSL3 conjuntamente con el estradiol contribuye al mantenimiento  de la salud ósea.

Muy poco se sabe acerca del rol del INSL3 en la implantación del embrión o sobre el endometrio y el miometrio en cualquier estadio de la vida reproductiva. Aparentemente, las células miometriales humanas no responden al INSL3 aunque poseen el receptor RXFP2.  Sin embargo, es bien conocido que el feto masculino es un mayor productor de INSL3. El INSL3 es producido por las células de Leydig del testículo embrionario inmediatamente después de la determinación sexual dependiente de SRY. En humanos, este INSL3 puede ser detectado en el líquido amniótico entre las semanas  12 y 18 de gestación (no es detectable en líquido amniótico de fetos femeninos) coincidiendo con la primera fase  del descenso testicular. Un estudio reciente demuestra  que el INSL3 de origen fetal puede cruzar la placenta para entrar en la circulación materna, lo cual implica que, al menos en la primera mitad del embarazo, el INSL3 fetal potencialmente es capaz  de influir en la fisiología materna y/o placentaria.

Fuente: Anand-Ivell  R y Ivell R (2014). Regulation of the reproductive cycle and early pregnancy by relaxin family peptides. Molecular and Cellular Endocrinology 382: 472-479. 

Control neuroendocrino de la secreción de GnRH por las kisspeptinas

El gen KISS1 codifica un producto precursor de 145 aminoácidos que posteriormente es clivado en un péptido  de 54 aminoácidos, llamado originalmente metastina por su capacidad de reducir el potencial metastásico del melanoma, y actualmente conocido con el nombre de  kisspeptina 54 (Kp54). El clivaje adicional de la Kp54 da lugar a la producción de péptidos más cortos, llamados Kp16, Kp14, Kp13 y Kp10 según la cantidad de aminoácidos. Todos estos péptidos han sido detectados en el cerebro y son considerados neuropéptidos endógenos. Inicialmente se consideraba que los productos del gen KISS1 no eran secretados y por consiguiente sólo actuaban intracelularmente. Sin embargo, estudios posteriores revelaron una secuencia secretoria y plantearon la posibilidad de la interacción con un receptor de membrana. Este receptor fue identificado en el año 2001 y es conocido como KISS1R (también conocido como GPR54, AXOR12 o HH8). El KISS1R es miembro  de la familia  de receptores acoplados a proteína G (GPCR) y ha sido incluido en la clase A, subfamilia A5,  de los GPCR.

En los mamíferos se han identificado dos poblaciones principales de neuronas hipotalámicas que expresan Kp. La población más prominente está localizada en  el núcleo arcuato, donde la Kp es coexpresada con dinorfina y neurokinina B. La segunda población de neuronas Kp tiene una distribución neuroanatómica más variable dependiendo de la especie.  En los roedores está localizada en la región periventricular rostral (incluye al núcleo anteroventral periventricular, AVPV) del hipotálamo y es sexualmente dimórfica, con mayor cantidad de neuronas en las hembras que en los machos.  Por el contrario, en los primates está población de neuronas está localizada principalmente en el área preóptica.  Ambas poblaciones hacen contactos sinápticos  directos con las neuronas GnRH y/o sus terminales en la eminencia media.  La acción de la Kp sobre las neuronas GnRH favorece la secreción de la GnRH, la cual provoca en la hipófisis un marcado incremento de la liberación de hormona luteinizante (LH) y, en menor extensión, de hormona estimulante del folículo (FSH).

El primer efecto observado con la Kp fue una reducción de la invasividad celular. Este efecto fue asociado con una reducción de la actividad  de la metaloproteinasa de matriz (MMP) 9. Las MMP son enzimas expresadas en varios tumores humanos que participan  en la invasividad del tumor a través  de la degradación de la matriz extracelular. La acción Kp sobre las MMP tiene lugar a través de un mecanismo que involucra la inhibición de la translocación del NFκB  al núcleo. Estudios posteriores sugieren que la Kp podría a su vez  ser un sustrato para las MMP las cuales  cortarían el enlace Gli⁷-Leu⁸ en la región C-terminal de la Kp10.  Experimentos con animales demostraron que la aplicación de Kp54 o sus derivados más cortos, especialmente Kp10, a células transfectadas con el KISS1R induce la movilización de  Ca²⁺ lo que indica que el KISS1R podría estar acoplado  a una proteína G_q/11. Este acoplamiento fue confirmado con la observación de que la estimulación del KISS1R  induce la formación de IP₃ a través de un mecanismo dependiente de la fosfolipasa C (PLC). Estudios adicionales demostraron que, además de la movilización de Ca²⁺, hay otros eventos intracelulares asociados con la activación del KISS1R. En particular, la fosforilación de MAPK y la activación de β-arrestinas. La estimulación de la ruta MAPK puede ocurrir por diferentes vías: estimulación ERK1/2, estimulación de la kinasa de adhesión focal, fosforilación de la kinasa p38 y activación PI₃K/Akt.  Por otra parte, los datos de estudios in vivo sugieren que la respuesta Kp  disminuye después de la estimulación continua. Esta disminución de la respuesta Kp implica algún grado  de desensibilización y/o internalización del receptor.  En este sentido, las β-arrestinas son conocidas por su papel en la desensibilización de los GPCRs y hay evidencia de que la Kp10 induce el reclutamiento de β-arrestinas hacia la membrana. El KISS1R y las β-arrestinas se colocalizan en vesículas internalizadas lo que sugiere que las β-arrestinas participan en la internalización del KISS1R.

Estudios electrofisiológicos en roedores demostraron que la Kp tiene una acción directa sobre las neuronas GnRH caracterizada por una potente despolarización. Un componente involucrado en la despolarización inducida por la Kp es el cierre de los canales de la corriente hacia dentro rectificante de K⁺ (K_ir). La inhibición de esta corriente  de K⁺ resulta en una acción despolarizante. La naturaleza precisa de los canales de K⁺ involucrados en la generación de esta corriente es desconocida. Otra potencial acción Kp para modular la conductancia de K⁺ es a través del control de la actividad del receptor GABA_B. Los receptores GABA_B son GPCRs y su activación produce hiperpolarización neuronal a través del incremento de la conductancia de K⁺ en la membrana. La Kp inhibe la corriente hacia fuera de K⁺ y la hiperpolarización de la membrana asociada a través de la combinación de incremento de Ca²⁺ intracelular e hidrólisis  de PIP₂. Estos dos eventos están íntimamente relacionados  porque la estimulación de la Gq induce la activación de la PLC, provocando la hidrólisis de PIP₂ y la generación de DAG  e IP₃. El IP₃ a su vez dispara la liberación de Ca²⁺ de los depósitos intracelulares y con ello aumenta la concentración intracelular de Ca²⁺.  Un segundo componente involucrado en la despolarización de las neuronas GnRH por la Kp  es la apertura de canales de cationes no selectivos. Esta apertura es concomitante con la inhibición de los canales de K⁺ y podría contribuir a la despolarización de la membrana incrementando la concentración intracelular de Ca²⁺.  La naturaleza de estos canales no selectivos ha sido investigada y los datos indican que múltiples miembros de la familia de canales TRPC (transient receptor potential channel) están involucrados en la respuesta a la acción de la Kp. El cierre de la corriente K_ir y la apertura de los canales TRPC inducen la despolarización suficiente para abrir los canales de Ca²⁺ activados por voltaje en la membrana y estimular la liberación de Ca²⁺ de los depósitos intracelulares a través de la activación de los receptores de rianodina localizados en el retículo endoplasmático.  En suma: el incremento de la concentración intracelular de Ca²⁺ es un componente esencial en la respuesta de las neuronas GnRH a la estimulación Kp.

Recientemente se ha demostrado que la Kp también actúa como un  agonista sobre  otros dos receptores, concretamente, el GPR147 (también llamado NPFF1) y el GPR74 (también llamado NPFF2), los cuales actúan como receptores  de miembros de la familia de péptidos RFamida. Es particularmente de interés el GPR147, un GPCR cuya estimulación provoca una disminución de AMPc con un efecto inhibitorio general sobre la actividad celular. KISS1R y GPR147 coexisten en al menos una subpoblación  de neuronas GnRH.

En las ratas hembras,  el pico preovulatorio GnRH/LH es un fenómeno interactivo entre los altos niveles circulantes de estradiol y una señal neural. El reloj circadiano localizado en el núcleo supraquiamático del hipotálamo recibe señales fóticas y coordina temporalmente la liberación de arginina vasopresina (AVP)  en las neuronas Kp localizadas en el AVPV. En el AVPV, la estimulación combinada de AVP y estradiol libera Kp que actúa sobre las neuronas GnRH que a su vez dispara el pico preovulatorio de liberación de LH en la hipófisis. Por otra parte, aunque existen diferencias significativas entre las especies con respecto a su rol exacto, el neuropéptido RFRP3, producido por neuronas localizadas en el hipotálamo dorsomedial y el hipotálamo ventromedial, podría ser un modulador negativo del eje gonadotrópico y potencialmente contrabalancear el efecto estimulador de la Kp. El RFRP3, un neuropéptido RFamida,  es capaz de reducir la activación de las neuronas GnRH durante el pico preovulatorio de GnRH en ratas. Sin embargo, estudios recientes indican que en algunas especies el número relativo y la actividad de las neuronas que expresan RFRP3 es menor en el momento del pico de GnRH. Estos hallazgos sugieren que la coordinación temporal entre el incremento de impulsos Kp estimuladores y la disminución concomitante de impulsos RFRP3 inhibidores podría tener un papel en el pico preovulatorio de GnRH. 

La mayoría de las especies exhiben ciclos anuales recurrentes que son primariamente manejados por el fotoperíodo. Esto permite que algunas especies como hamsters y ovejas exhiban tiempos precisos de reproducción y que el nacimiento de las crías ocurra cuando las condiciones ambientales son más favorables para su  supervivencia. Los mecanismos neuroendocrinos que median el control estacional de la  secreción hipofisiaria de gonadotropinas   requieren de la hormona melatonina producida por la glándula pineal y, debido a un control directo por el núcleo supraquiasmático, la duración de la secreción de melatonina es proporcional a la duración de la noche. Dado que el secretagogo endógeno de GnRH más potente es la Kp, es plausible pensar que la Kp podría estar implicada en la reproducción estacional. La evidencia acumulada indica que los niveles de Kp en el núcleo arcuato de hamsters machos son: (i) mayores en los animales –sexualmente activos- con fotoperíodo largo que en los animales con fotoperíodo corto pero (ii) similares en los animales con fotoperíodos largo y corto refractarios, lo cual demuestra una reactivación espontánea del eje reproductivo  en los casos de exposición a fotoperíodos cortos, (iii) la pinealectomía previene la disminución de los niveles de Kp inducida por fotoparíodos cortos y (iv) la infusión de Kp en los animales con fotoperíodo corto es suficiente para reactivar el eje gonadal. Estudios recientes revelan que los niveles de Kp en el núcleo arcuato disminuyen  en los fotoperíodos cortos en ambos sexos.

Ahora bien, ¿cómo conectamos los cambios en la secreción de melatonina con los cambios en la expresión de Kp en el núcleo arcuato? El núcleo arcuato en sí no es blanco  de la melatonina pues no expresa el receptor de melatonina MT1 de alta afinidad, que es crucial para la respuesta estacional. La única estructura con alta expresión del receptor MT1 en los mamíferos estudiados es la pars tubularis de la hipófisis. La melatonina actúa sobre la pars tubularis para “resetear” un oscilador circadiano, responsable del control estacional de la liberación de tirotropina (TSH). La duración de la señal melatonina es descodificada a través de un mecanismo presente en las células tirotrópicas de la pars tubularis. Un fotoperíodo largo activa la producción de TSH, la cual actúa a través de receptores localizados en el hipotálamo medio basal, particularmente  en los tanicitos, para inducir la transcripción del gen DIO2. El producto de este gen, la enzima desyodasa tipo 2, convierte la T4 (o tiroxina) en T3 y por tanto activa la señal de las hormonas tiroideas en el hipotálamo medio basal en los días largos. El control fotoperiódico opuesto (días cortos) es ejercido sobre la D3, una desyodasa responsable de la inactivación de T3. Dado que la población neuronal Kp en el núcleo arcuato exhibe un control de su expresión dependiente del fotoperíodo, el incremento de T3 del hipotálamo medio basal en los días largos eventualmente podría influir en los niveles Kp del núcleo arcuato que manejan la liberación de GnRH y la reproducción estacional.

Fuente: Beltramo M et al (2014). Cellular mechanisms and integrative timing of neuroendocrine control of GnRH secretion by kisspeptin.  Molecular and Cellular Endocrinology 382: 387-399.