FSH y atresia folicular

La foliculogénesis es un proceso que describe el destino del oocito y las células somáticas que lo rodean en el ovario. El desarrollo folicular comienza con la formación del folículo primordial que contiene al oocito primario y una capa de células granulosas planas. Los folículos primordiales serán reclutados en el pool de folículos en crecimiento donde continuará con las otras etapas de desarrollo. Las células granulosas se vuelven cuboidales cuando los folículos primordiales maduran hasta folículos primarios que, a su vez, entran en el estadio de folículos secundarios. En la formación de folículos secundarios, la capa de células granulosas externa se diferencia en células tecales que encierra a la capa granulosa interna y produce andrógenos, los cuales funcionan como sustrato para la biosíntesis de estrógenos. Cuando las células granulosas forman un antro  reciben el nombre de folículos antrales. Las células granulosas posteriormente se dividen en células del cúmulus y células murales. La pared del folículo antral está alineada con las células murales mientras la pared del oocito está en contacto con  las células del cúmulus. Menos del 1% de los folículos avanza finalmente hasta folículos maduros mientras el resto entra en un proceso llamado atresia folicular, lo cual significa degeneración del folículo.

   La atresia folicular es un evento que se presenta en todos los estadios de la foliculogénesis. Es esencial para el mantenimiento de la homeostasis ambiental ovular. El estado antral es el punto decisivo para el destino final de los folículos, la mayoría de ellos experimentan atresia en este estadio.  La principal característica  de la atresia folicular es la apoptosis de oocitos, células granulosas y células tecales. En este proceso también existe autofagia y necrosis. La parte del folículo que entra primero en atresia depende de la especie y del estadio del folículo. Por ejemplo, en el ovario porcino, la apoptosis ocurre primero en la capa granulosa seguida por las células del cúmulus y el oocito, pero en el  ovario bovino, la apoptosis ocurre primero en el oocito en folículos preantrales y en células granulosas de folículos en estadios de desarrollo más avanzados. Cuando la atresia progresa, el incremento en el número de células muertas contribuye a la disminución de volumen, la separación de células somáticas, el colapso del antro y eventualmente a la degeneración del folículo.

   La muerte del sistema ligando-receptor es el disparador más común de la apoptosis en células granulosas. En la apoptosis de células granulosas participan el sistema Fas/FasL, el factor de necrosis tumoral (TNF) con sus receptores y el ligando relacionado con TNF inductor de apoptosis (TRAIL) con sus receptores. Adicionalmente, la deficiencia de factores extracelulares de supervivencia en el ambiente  induce la ruta intrínseca de apoptosis. Esto involucra la liberación de citocromo C por las mitocondrias controlada por la familia de proteínas bcl. La familia Bcl-2 puede ser dividida en dos clases funcionales. Una clase incluye a Bax y Bak que promueven la apoptosis mientras la otra clase que incluye Bcl2 y Bcl-xl, tiene el efecto opuesto a través de la formación de heterodímeros con la primera clase. Durante la atresia en folículos de ovario de bovinos y ratas, el nivel de Bax es alto mientras el nivel de Bcl-2 no cambia significativamente. En los folículos de ovario de porcino que experimentan atresia, el nivel de expresión de Bcl-2 incrementa conjuntamente con la expresión de genes apotóticos, posiblemente para prevenir la muerte celular, aunque el balance generalmente favorece a los genes pro-apoptosis. Esto indica que en los ovarios, los factores intracelulares de supervivencia pueden jugar un rol esencial en el mantenimiento del folículo pues las rutas intrínsecas de apoptosis a menudo están relacionadas con la carencia de factores de supervivencia.

   El ambiente ovular es bastante complejo, con gonadotropinas circulantes y múltiples factores paracrinos y autocrinos. En los estadios tempranos de la foliculogénesis, los folículos pueden desarrollarse de una manera independiente de  gonadotropinas mientras los factores paracrinos derivados del ovario, como el factor de crecimiento transformante, tienen roles dominantes en este proceso. La interacción entre oocito y células granulosas es crítica para el crecimiento y la diferenciación de los folículos. Esta clase de comunicación se lleva a cabo mediante factores intra-ovario y es mutuamente beneficiosa. Aunque comúnmente se señala  que el comienzo de la foliculogénesis es  independiente de gonadotropinas, los receptores de gonadotropinas son expresados antes de la formación del antro y las gonadotropinas facilitan los estadios tempranos de la foliculogénesis. En la medida que los folículos progresan al estadio antral, las gonadotropinas, especialmente la hormona estimulante del folículo (FSH), son cruciales para la supervivencia y el crecimiento de los folículos. La comunicación entre oocito y células somáticas a través de la cooperación de múltiples factores resulta en una delicada regulación de la foliculogénesis, la esteriodogénesis y las funciones del ovario.

   La FSH, secretada por la hipófisis anterior, es una gonadotropina que pertenece a la familia de hormonas glucoproteicas (HGP). La FSH es un heterodímero con una subunidad α y una subunidad β. El receptor de FSH (FSHR) pertenece a la subfamilia de receptores acoplados a proteína G que contienen un ectodominio rico en leucina (LGR). Como otros receptores acoplados a proteína G, el FSHR tienen siete hélices transmembrana y transduce señales a través de la subunidad α de la proteína G. La FSH afecta el crecimiento  del folículo, la maduración folicular, la selección del folículo dominante y la producción de estradiol. Es considerada un factor de supervivencia importante para los folículos en el curso de la foliculogénesis. La FSH disminuye la apoptosis de células granulosas in vitro y protege a los folículos de la atresia in vivo. El espectro de la función de la FSH es muy amplio: puede inhibir la atresia en folículos en diferentes estadios de maduración, incluyendo folículos antrales, folículos preovulatorios y folículos dominantes. La inhibición de FSH por el octapéptido FRBI-8 induce atresia folicular y afecta las funciones del ovario. También, la deficiencia de FSHR contribuye a la pérdida de folículos. La FSH reduce el nivel de FasL, pero no de Fas, en las células granulosas para interferir con la apoptosis extrínseca mediada por Fas/FasL. La ruta de apoptosis intrínseca es regulada a la baja por la FSH en mayor proporción que la ruta extrínseca pues las moléculas relacionadas con la primera responden con mayor sensibilidad  a la FSH. Muchos estudios reportan que las rutas cAMP/PKA y PI3K/Akt ocupan una posición significativa en las funciones de la FSH.

   Una vez que el FSHR es activado para la formación de GTP y GDP, la subunidad Gα se disocia y activa enzimas efectoras que generan segundos mensajeros que transducen la señal intracelular. En las células granulosas, la adición de FSH incrementa 10 veces la producción de cAMP. El efecto de la FSH para suprimir la fragmentación apoptótica del ADN en las células granulosas puede ser imitado por análogos de cAMP. La PKA aparece en múltiples procesos incluyendo la diferenciación de células granulosas y la maduración del oocito. La FSH también eleva proteínas ancladas a la PKA, las cuales pueden translocar la PKA tipo IIα hacia donde es requerida para la fosforilación de sustratos.  La PKA es considerada la principal quinasa activada por la FSH y la ruta cAMP/PKA puede ejercer sus efectos interactuando con otras rutas de señalización como la PI3K/Akt.

   La fosfatidilinositol-3-quinasa (PI3K) puede ser disparada por múltiples señales extracelulares y activa  a la serina/treonina proteína quinasa Akt (PKB). Esta activación es crucial en los ovarios para la oogenésis y la foliculogénesis. La PI3K, una quinasa de membrana, convierte PIP₂ en PIP₃. La Akt y la quinasa dependiente de fosfoinositido (PDK) tienen un dominio de homología “pleckstrin” que favorece que estas proteínas sean reclutadas por el PIP3. La Akt puede ser fosforilada por la PDK y el complejo blanco de rapamicina de mamíferos  (mTORC) a nivel de Tir³⁰⁸ y Ser⁴⁷³ para que, una vez activada, pueda ejecutar sus funciones.

   La evidencia demuestra que la ruta PI3K/Akt está relacionada con la apoptosis en los ovarios. La proteína morfogénica del hueso-7 (BMP-7) atenúa la apoptosis de células granulosas a través de la ruta PI3K/PDK-1/Akt. Los inhibidores de estas tres proteínas eliminan el efecto de la BMP-7 y causan apoptosis. La ciclofosfamida es un agente quimioterapéutico en la terapia del cáncer pero puede provocar la pérdida de folículos primordiales e infertilidad. En ratones hembras tratadas con ciclofosfamida aumentan los niveles de fos-Akt y fos-mTOR, lo cual indica activación de la ruta PI3K/Akt/mTOR.  El Bad, un factor pro-apoptosis de la familia Bcl-2, es fosforilado por la Akt y pierde sus efectos sobre los folículos primordiales. Estos datos indican que la ruta PI3K/Akt  puede reducir el nivel de los factores Bcl-2 para prevenir la atresia en  los folículos.

   La Akt previene la apoptosis fosforilando factores de transcripción como FoxO que regula la expresión de múltiples factores relacionados con la apoptosis.  FoxO regula al alza la expresión de ligandos como FasL y TRAIL y proteínas BH3 que promueven la apoptosis. Cuando no es fosforilado, FoxO entra al núcleo y funciona como activador o supresor, pero una vez que es modificado con grupos fosfato, se une a proteínas 14-3-3 en el citoplasma y pierde su función original. La Akt inactiva a FoxO y elimina su rol pro-apoptosis fosforilándolo y recolocándolo en el citoplasma. En los mamíferos, la familia FoxO tiene cuatro miembros: FoxO1, FoxO3, FoxO4 y FoxO6. En ovarios de mamíferos, FoxO1 y FoxO3 tienen alta expresión y su función en la atresia folicular es regulada por la ruta PI3K/Akt. Los genes pro-apoptosis elevados por FoxO1 incluyen Bim, FasL y cascapas-3. El nivel de FoxO3 también aumenta en los folículos en atresia. Bcl2 y FasL son blancos transcripcionales de FoxO3. La FSH, a través de la ruta PI3K/Akt,  suprime la expresión de Bim_EL el cual induce apoptosis de células granulosas. La FSH regula a la baja al Bim_EL y reduce la apoptosis. Si la ruta PI3K/Akt es bloqueada, el FoxO3 es activo y se une a los promotores de Bim_EL La inhibición de la ruta PI3K/Akt contribuye a la translocación de FoxO1 del citoplasma al núcleo y neutraliza el efecto protector de la FSH.

   La  PI3K/Akt es la ruta de señalización del receptor tirosina quinasa (RKT), el cual es activado por la insulina y el factor de crecimiento similar a insulina 1 (IGF-1). Con la unión de estos ligandos, el RKT se autofosforila y abre el sitio para modificar a la proteína sustrato del receptor de insulina (IRS) agregando fosfato a su tirosina. Esta modificación crea el sitio de unión con la  PI3K y otras proteínas que contienen un dominio SH2 como el adaptador  receptor del factor de crecimiento unido a proteína 2 (GRB2). En presencia de FSH, la PKA activa la ruta PI3K/Akt. La inhibición de PKA anula la fosforilación de Akt inducida por la FSH. La IRS está en el punto de intersección de las rutas PKA y PI3K/Akt. La FSH facilita la expresión y la estabilidad post-transcripcional de la proteína IRS-2 de una manera dependiente de cAMP. La FSH puede promover la translocación de SP1 al núcleo y el SP1 se unirá al promotor de IRS-2 para elevar el nivel de IRS-2. Sin IRS-2 la ruta PI3K/Akt no puede ser inducida por la FSH. Estos resultados indican que la IRS-2 es el enlace clave entre las rutas cAMP/PKA y PI3K/Akt. El IGF es un importante paracrino en el ovario que afecta el desarrollo del folículo. El IGF y la proteína ligadora de IGF (IGFBP) influyen en la atresia folicular en muchas especies. Ellos son críticos para la función de la FSH y trabajan sinérgicamente esta gonadotropina para afectar la esteroidogénesis y el desarrollo folicular. En las células granulosas de ratón, rata y humano, el IGF-1 y los receptores de IGF-1 (IGF-1R) son esenciales para que la FSH active a la Akt. En el eje PKA/PI3K/Akt, el IGF-1 es requerido para activar la señal del IRS-1R pero no es suficiente para la activación de IRS. La desfosforilación del sitio inhibidor en la IRS por la proteína fosfatasa 1 (PP1) es requerida para su activación. La PKA puede activar a la PP1 para desfosforilar directamente sitios Ser/Tir inhibidores y esta desfosforilación puede incrementar la sensibilidad de la IRS a la fosforilación en la Tir⁹⁸⁹ por los receptores.   

   El complejo mTORC2 es requerido para la fosforilación y activación de Akt. La inhibición del mTORC2 atenúa la estimulación de la Akt e induce la apoptosis. El factor de crecimiento transformante-β (TGF-β) puede aumentar la ruta PI3K/Akt inducida por la FSH  a través de un incremento de la actividad del mTORC2. Por otra parte, el TGF-β aumenta la producción de progesterona estimulada por FSH y la expresión de receptores de hormona luteinizante (LH). La progesterona y la LH pueden promover la supervivencia de folículos preovulatorios.  En folículos preovulatorios de rata, la LH eleva el nivel de IGF-1 y suprime la apoptosis. La progesterona suprime la apoptosis en células granulosas de rata y humanos a través de receptores nucleares y de membrana. El tratamiento con TGF-β en presencia de FSH puede elevar la expresión de la proteína reguladora de la esteroidogénesis aguda (StAR), la 3β-hidroxiesteroide deshidrogenasa (3β-HSD) y la enzima clivadora de la cadena lateral del colesterol (P450scc), proteínas importantes para la producción de progesterona. Entonces, la FSH y el TGF-β pueden promover la supervivencia del folículo indirectamente a través del incremento de la concentración de progesterona y el aumento de la respuesta a la LH.

   En conclusión, la atresia folicular es un proceso degenerativo que tiene importantes funciones en el sistema reproductivo femenino.  La atresia folicular está basada en la apoptosis de células granulosas y es influenciada por múltiples factores en el ovario. La FSH y el TGF-β tienen importantes funciones en el proceso de atresia folicular. La FSH puede ser el factor más crítico para la supervivencia de los folículos. La FSH funciona a través de rutas de señalización integradas donde la PKA es el principal transductor. La FSH promueve la ruta PI3K/Akt que disminuye la apoptosis. La ruta de señalización del TGF-β interviene en múltiples funciones del ovario y es de gran importancia en la maduración del oocito. La cooperación entre la FSH y el TGF-β  puede aumentar la ruta PI3K/Akt a través del complejo mTORC2.

Fuente: Chu YL et al (2018). The role of FSH and TGF-β superfamily in follicle atresia. Aging 10: 305-321.