Roles diferentes de las neuronas GnRH  en el control del eje reproductivo

En esencia, el eje neuroendocrino de la reproducción está compuesto por tres componentes principales, los cuales actúan de manera coordinada para controlar el inicio de la pubertad y posteriormente para mantener la fertilidad.  La secreción pulsátil de hormona liberadora de gonadotropina (GnRH) por el hipotálamo estimula en la hipófisis anterior la liberación de  hormona luteinizante (LH) y hormona estimulante del folículo (FSH). A su vez, las dos gonadotropinas actúan sobre las gónadas para estimular la maduración de los gametos y la síntesis de los esteroides sexuales.  El eje incluye también importantes asas de retroalimentación. Por ejemplo, el esteroide ovárico estradiol usualmente ejerce una acción de retroalimentación negativa sobre la liberación de GnRH, pero alrededor del tiempo de la ovulación, el estradiol ejerce una acción de retroalimentación positiva que causa la producción de un pico de LH, el cual actúa como disparador de la ovulación. Tradicionalmente, la explicación de estos efectos radicalmente diferentes del estradiol  es que las neuronas GnRH responden de manera diferente a los bajos y a los altos niveles  del esteroide –negativamente cuando los niveles de estradiol  son bajos y positivamente cuando los niveles son altos. Se parte de  la presunción que las neuronas GnRH son relativamente homogéneas, a pesar de su patrón de distribución difusa, y que, individualmente, las neuronas GnRH tienen la capacidad para responder negativamente y positivamente a los niveles de estradiol.  Hallazgos recientes, especialmente en primates, sugieren que esa presunción es incorrecta. No sólo se han observado poblaciones de neuronas GnRH morfológicamente distintas sino también  que esas poblaciones de neuronas  expresan diferentes formas moleculares de  la GnRH. Más aún, las poblaciones de neuronas GnRH  respondieron de manera diferente al estradiol, lo que sugiere que las acciones de retroalimentación negativa y positiva son mediadas por diferentes poblaciones de neuronas GnRH.

En los humanos, las neuronas GnRH exhiben tres tipos morfológicamente distintos: (1) neuronas pequeñas, ovales o fusiformes, localizadas primariamente en el hipotálamo mediobasal, el área preóptica ventral y la zona periventricular; (2) neuronas pequeñas, ovales, localizadas en el septum, región preóptica dorsal  y esparcidas desde el núcleo del lecho de la estría terminal a la amígdala; (3) neuronas grandes, redondas, esparcidas en el cerebro anterior, la amígdala, el pallidum ventral y el putamen.  Las neuronas tipo 1 y 3  tienen propiedades bioquímicas diferentes: difieren en su capacidad para  expresar receptores de glutamato y estrógenos. Por otra parte, no está claro si las neuronas tipo 2 y 3 tienen algún papel fisiológico en el control de la síntesis de gonadotropinas.

Actualmente está claro que los humanos  expresan una segunda forma de GnRH. La GnRH II es también efectiva para estimular la liberación de gonadotropinas (actúa sobre el mismo receptor de la GnRH I), pero las neuronas que  la producen  son completamente distintas de las que producen la GnRH I. Aunque las dos moléculas son codificadas en cromosomas diferentes, la GnRH II muestra 70% de similitud con la GnRH I a nivel de aminoácidos. Por otro lado, las dos GnRH tienen patrones de distribución  diferentes: la expresión de GnRH I sigue un patrón difuso en el hipotálamo mientras que la GnRH II está concentrada en núcleos específicos del hipotálamo: paraventricular, supraóptico, supraquiasmático e  hipotálamo mediobasal.  

Aunque tanto la GnRH I como la GnRH II pueden estimular la liberación de gonadotropinas in vitro e in vivo, las neuronas que las producen muestran marcadas diferencias en sus respuestas al estradiol.  En primer lugar, el gen GnRH II, a diferencia del gen GnRH I,  contiene elementos de respuesta de estrógenos y las neuronas GnRH II expresan receptores de estrógenos (ERβ). En segundo lugar, la expresión del gen GnRH II aumenta en el hipotálamo mediobasal después de la exposición a estradiol, mientras que la expresión del gen GnRH I disminuye. Esta observación es consistente con la hipótesis que establece que las distintas poblaciones de neuronas GnRH responden diferencialmente al estradiol, esto es,  las neuronas GnRH II son las mediadoras primarias  de la acción de retroalimentación positiva del estradiol, mientras que las neuronas GnRH I  son las mediadoras primarias de la acción de retroalimentación negativa. Es consistente también con los hallazgos  de los estudios que demuestran que la expresión del gen GnRH I es elevada cuando los niveles de estradiol son muy bajos.

Por otra parte, los estudios sobre   el ciclo menstrual de macacus Rhesus reportan que  la expresión del gen GnRH I no muestra cambios significativos a lo largo del ciclo, mientras que el gen GnRH II muestra un marcado incremento durante la fase folicular tardía, precisamente cuando los niveles de estradiol son elevados y se produce el pico preovulatorio de LH. Sobre la base de la relación positiva entre  el estradiol y la expresión del gen GnRH II y la íntima relación temporal entre la elevada expresión del gen GnRH II y el pico de LH de la fase folicular tardía, se ha propuesto que las neuronas GnRH II juegan un papel causal dominante en el pico preovulatorio de LH, mientras que las neuronas GnRH I median la retroalimentación negativa del estradiol  sobre la liberación tónica de gonadotropinas. De acuerdo con esta hipótesis, el ciclo menstrual es manejado por la acción coordinada de dos poblaciones separadas de neuronas GnRH – una población (GnRH I) responde al estradiol de una manera negativa y está involucrada en la estimulación del ovario durante la fase folicular del ciclo, mientras que la otra población (GnRH II) responde al estradiol  de una manera positiva y estimula a la hipófisis anterior a  producir el pico preovulatorio de LH. En conclusión, el rol primario de la acción  de las neuronas GnRH I sobre la hipófisis está dirigido al mantenimiento y modulación  de la liberación tónica pulsátil de gnadotropinas, mientras que el rol primario de las neuronas GnRH II está dirigido hacia la generación del pico preovulatorio de LH.

Fuente: Urbanski HF (2012). Differential roles of GnRH I and GnRH II neurons in the control of the primate reproductive axis.  Frontiers in Endocrinology 3: Article 20.

Receptores de los esteroides ováricos en la glándula mamaria

Los esteroides ováricos, estrógenos y progesterona, tienen un papel importante   en el desarrollo postnatal de la glándula mamaria. Los estrógenos y la progesterona pueden interactuar con receptores de membrana, pero sus funciones biológicas más conocidas  son mediadas por su unión al receptor de estrógenos (RE) y al receptor de progesterona (RP), respectivamente, para activar factores de transcripción dependientes de ligando. RE y RP son miembros de la superfamilia de receptores hormonales nucleares, los cuales contienen dominios funcionalmente distintos pero estructuralmente conservados que incluyen un dominio de unión al ADN, un dominio de unión al ligando próximo al COOH terminal, un dominio NH₂ terminal variable relacionado con la activación/represión transcripcional y los dominios de activación transcripcional AF-1 y AF-2. Específicamente, el AF-1 es un activador transcripcional independiente de ligando en el dominio NH₂ y el  AF-2 es un activador dependiente de ligando localizado en el dominio de unión al ligando y regula la transcripción por asociación con coreguladorestranscripcionales. Hay dos REs (REα y REβ) codificados por distintos genes en cromosomas diferentes y dos isoformas  de RP (RPA y RPB) transcriptos a partir  de promotores diferentes en el mismo gen.

El epitelio mamario contiene células basales, especialmente mioepiteliales, y células luminales.  Los REs y los RPs son expresados en aproximadamente 30% de las células luminales, pero no son expresados en las células basales.  En ausencia de ligando, los receptores hormonales forman complejos con proteínas de shock térmico.  Cuando se unen a la hormona, los receptores se disocian  de las proteínas de shock térmico, se dimerizan y se asocian con el ADN. Los receptores pueden unirse a secuencia específicas del  ADN directamente o indirectamente, interactuando físicamente con otros factores de transcripción como AP-1, SP-1, STAT3 o NF-κB. Los REs y RPs reclutan co-activadores y/o corepresores para producir los cambios transcripcionales.  La regulación de la expresión de genes por estrógenos y progesterona es mediada por la interacción directa de sus receptores nucleares con proteínas co-reguladoras  y componentes del complejo de iniciación de la transcripción ARN polimerasa II. Funcionalmente, las moléculas coreguladoras pueden ser divididas en coactivadoras y coreguladoras. Las moléculas coactivadoras incluyen  miembros de la familia SRC/p160, proteínas ligasas deubiquitina, p300/CBP y proteínas relacionadas, las cuales  poseen actividad enzimática para modificar las histonas y relajar la cromatina promoviendo la transcripción.  Específicamente, las proteínas SRC y p300/CBP tienen actividad acetiltransferasa de histona, mientras que la proteína asociada con E6 tiene actividad ligasa de ubiquitina.  Las moléculas corepreesoras, como N-CoR y SMRT, forman complejos con las desacetilasas de histonas y estabilizan la cromatina. Los corepresores presentan alta afinidad por las desacetilasas de histonas, lo cual aumenta la represión de los genes blanco de los esteroides ováricos.

Además de los mecanismos genómicos, los esteroides ováricos activan eventos de señalización no genómicos  que involucran la interacción con receptores de factores de crecimiento  y receptores acoplados a proteína G en el citoplasma y la generación de segundos mensajeros que disparandiversas rutas de transducción. Los receptores de los esteroides ováricosson capaces de activar varias rutas de señalización intracelulares. El REα puede activar Src-kinasas y disparar  las rutas de señalización del receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR), la proteína kinasa activada por mitogeno (MAPK) y la fosfatidilinositol-3 quinasa (PI3K).El PR puede disparar las rutas de señalización MAPK y Akt. Al mismo tiempo, otras rutas de señalización intracelular interfieren con  la señalización de RE y RPfosforilándolos  en múltiples sitios y modulando su función. En particular, la fosforilación es importante para la actividad transcripcional del REα. El REα esfosforiladoen el residuo Ser-188 por la MAPK después de la activación del EGFR por el EGF o  por los estrógenos. Otros sitios de fosforilación, como Ser-305 y Thr-331, afectan las interacciones RE-coactivador. La fosforilación de Thr-331 es requerida también para la localización nuclear del REα y su activación transcripcional.  Sin embargo, no sólo los residuos serina y treoninason fosforilados en el REα, también el residuo tirosina 537, que es un sustrato para la familia de kinasassrc, es requerido para la conformación óptima del REα.  Por otro lado, la evidencia acumulada señala que una misma ruta de señalización  puede activar los receptores  hormonales por varios mecanismos. Por ejemplo, la proteína kimasa A  puede fosforilar directamente y por tanto activar al REα, o puede a través del AMPc activar la transcripción mediada por REα. Adicionalmente, la PKA fosforila a la argininametiltransferasa-1 permitiéndole interactuar con el REα. Esta interación, a su vez, es necesaria  para la activación del REα mediada por AMPc. En el caso del RP, los sitios de fosforilación mejor caracterizados son Ser 294, Ser 345 y Ser 400. La foforilación de Ser 294 es importante para la translocación nuclear, la transactivación  dependiente de ligando y la vida media del receptor.  Las progestinas pueden activar al receptor del EGF, lo cual resulta en la activación de cSrc y la regulación negativa de la MAPK. Esta activación a su vez permite la fosforilación del residuo Ser 345 del RP  y la activación de la transcripción. La fosforilación del residuo Ser 294 del RP ha sido implicada en la activación independiente de ligando de Src. La fosforilación  del residuo Ser 400 modula la actividad transcripcional independiente de ligando del  RP.

Los estrógenos y la progesterona juegan roles prominentes durante el desarrollo postnatal de la glándula mamaria, los estrógenos disparan la expansión del sistema ductal rudimentario durante la pubertad vía REα epitelial, mientras que el RP epitelial es requerido durante los ciclos menstruales y el embarazo  para la ramificación lateral. La señal REα es activada cuando los estrógenos son secretados  por los ovarios en la pubertad.  La anfirregulina (AREG), ligando del EGFR,  es el único ligando del EGFR inducido por los estrógenos  en la glándula mamaria puberal y es un mediador paracrino  de la proliferación celular inducida por los estrógenos  que maneja la elongación ductal.  La AREG es una proteína anclada en la membrana de la célula epitelial  que necesita ser clivada por la metaloproteinasa ADAM17 (enzima convertidora de TNFα) para  ejercer su acción en la glándula mamaria.La evidencia acumulada señala que el EGFR no es importante en el epitelio mamario pero si es requerido en el estroma mamario. La AREG actúa vía EGFR sobre las células del estroma, las cuales responden liberando factores de crecimiento fibroblástico (FGFs) y factor de crecimiento similar a insulina-1 (IGF-1) que actúan de manera retrógrada e inducen la proliferación de las células epitelialesluminales. Los estrógenos inducen también otras proteínas como la LCN2, la Hbp17 y la SLP1, pero sus funciones biológicas no son conocidas. En presencia de estrógenos la progesterona induce la ramificación lateral dela glándula mamaria adulta. La célula epitelialluminal responde a la progesterona liberando varios factores: Wnt4, RANKL (receptor activator of NF-κBligand) y calcitonina, los cuales actúan sobre las células vecinas (mioepiteliales) e inducen su proliferación.  En resumen, la activación de RE y RP en la glándula mamaria involucra asas de señalización paracrinas, con un fuerte compromiso del estroma en el caso de la señal RE y de las células mioepiteliales  en el caso de la proliferación celular manejada por RP.

Fuente: Tanos T (2012). ER and PR signaling nodes during mammary gland development. Breast Cancer Research 14: 210-221.

La gonadotropina coriónica humana y sus variantes

La gonadotropina coriónica humana (hGC) es una molécula extrema por varias razones. En primer lugar, es la proteína más ácida de los humanos, algunas variantes de la hGC tienen hasta 15 residuos de ácido siálico por molécula. Por otra parte, algunas variantes de la hGC  son las más glucosiladaas  de las glucoproteínas. Por ejemplo, la hGC contiene 30% de azúcar, la hGC hiperglucosilada  contiene 39%  de azúcar y la  subunidad β libre de la hGC hiperglucosilada contiene 42% de azúcar por peso molecular. Adicionalmente, la hGC es una de las moléculas circulantes  con  mayor vida media, 36 horas en la circulación sanguínea. En segundo lugar, hay 5 variantes únicas  de la hGC, cada una con secuencias idénticas de aminoácidos (una subunidad α y una subunidad β), producidas por diferentes células y con funciones diferentes. La subunidad α de la hGC comprende 92 aminoácidos y 2 oligosacáridos y la subunidad β comprende 145 aminoácidos y 6 oligosacáridos.  Las 5 variantes hGC son: hGC, hGC sulfatada, hGC hiperglucosilada, la subunidad β libre de la hGC y la subunidad β libre de la hGC hiperglucosilada.  En tercer lugar, la hGC y sus variantes son proteínas con un amplio rango de funciones biológicas. Este rango va desde las acciones de la  hGC hiperglucosilada en  la invasión y la implantación del trofoblasto  de la placenta en el miometrio del útero  hasta las acciones de la  hGC y la hGC hiperglucosilada  en  la placentación hemocorial.  Además, la hGC interviene en el crecimiento uterino así como  en otras funciones claves durante el embarazo. La hGC es producida por las células del sincitiotrofoblasto  y la hGC hiperglucosilada por las células de la raíz del citotrofoblasto de la placenta. La hGC sulfatada es producida por la hipófisis de la mujer y controla la esteroidogénesis  durante el ciclo menstrual y la ovulación del oocito. La ruta hGC hiperglucosilada/subunidad β libre de la hGC es actualmente el punto central de la biología del cáncer en lo que respecta  a crecimiento,  invasión y  malignidad.  La subunidad β de la hGC también se encuentra en la molécula del factor de crecimiento transformante β (TGFβ). La evidencia acumulada indica que  hormona hGC producida durante el embarazo y la variante hGC sulfatada producida por la hipófisis actúan  sobre un receptor hGC/hormona luteinizante (LH) para producir una respuesta. En cambio,  la hGC hiperglucosilada y la  subunidad β libre de la hGC tienen acciones autocrinas  y funcionan antagonizando al receptor del TGFβ en las células que las producen. Los niveles de hGC varían ampliamente entre las embarazadas.  En general,  la concentración  sanguínea de hGC aumenta a partir de la implantación (3ª semana de gestación), alcanzando un pico en la décima semana. Los niveles sanguíneos de hGC aumentan exponencialmente durante las primeras 7 semanas de gestación. La concentración de hGC total disminuye lentamente a partir de la décima semana hasta la semana 40 de gestación. La concentración de hGC es 30% del pico en la semana 15 y 18% del pico en la semana 20 y se mantiene en ese valor hasta el término del embarazo.

La hGC, durante el embarazo, además de mantener la producción de progesterona por el cuerpo lúteo por 3-4 semanas,   maneja la placentación hemocorial, un  método eficiente por el cual la madre transfiere nutrientes al feto.  Está bien establecido que la hGC hiperglucosilada maneja el crecimiento del citotrofoblasto y la invasión del trofoblasto en el miometrio y la hGC promueve la fusión de las células  del citotrofoblasto periférico a las células del sincitiotrofoblasto. La hGC hiperglucosilada es la principal forma de hGC producida en las primeras semanas de embarazo con 87% de hGC total en la tercera semana y 51% durante la cuarta semana, la proporción disminuye rápidamente a partir de este punto. La alta concentración de hGC hiperglucosilada al inicio del embarazo podría ser la señal que maneja la implantación profunda de la placenta. La deficiencia de hGC hiperglucosilada (menos de 50%) es causa de fallas en el embarazo.  La hGC y la hGC hiperglucosilada facilitan la implantación de la placenta en el útero y la formación  del trofoblasto velloso.  El blastocisto implantado  forma columnas de  células de citotrofoblasto que se extienden  bajo la influencia de la hGC hiperglucosilada. Mientras tanto, la hGC promueve  la diferenciación de células periféricas para activar células del sincitiotrofoblasto  cercanas a la circulación sanguínea.  La hGC también promueve el desarrollo y crecimiento de las arterias espirales uterinas. La angiogénesis fuerza la protusión  de las arterias hasta alcanzar el trofoblasto velloso invasor.  Adicionalmente, la hGC  promueve la formación de la circulación umbilical en el tejido velloso y la formación del cordón umbilical. El trofoblasto velloso, la sangre de las arterias espirales maternas y la circulación umbilical fetal constituyen la placentación hemocorial, la cual es activa a partir de la décima semana de gestación.  La sangre materna llena las cámaras deciduales, los nutrientes (oxígeno, glucosa, aminoácidos, etc.) pasan a través  de las células del sincitiotrofoblasto de las vellosidades placentarias  y son absorbidos rápidamente por la circulación umbilical.

La hGC es importante en la prevención del rechazo  materno del tejido feto-placentario durante el embarazo. Varios grupos de investigadores han demostrado  la expresión del receptor hGC/LH en el miometrio del útero. La hGC promueve un factor inhibidor anti-macrófago o un factor  inhibidor de la migración de macrófagos, se trata de una citoquina  que modula la respuesta inmune durante el embarazo. Esto reduce la actividad fagocítica de los macrófagos en la interface placenta-útero y previene la destrucción  del tejido feto-placentario, extraño para los macrófagos maternos.  Por otra parte, el crecimiento uterino, en línea con  el crecimiento fetal, es controlado por la hGC. La hGC relaja las contracciones del miometrio durante el embarazo. La hGC actúa  sobre un canal iónico activado por Ca²⁺ para relajar el miometrio y prevenir las contracciones. Los niveles de hGC caen durante las semanas finales del embarazo y se ha sugerido que esta caída puede ser la causa del incremento de las contracciones uterinas en las semanas previas al parto. Por otra parte, estudios recientes señalan que el receptor hGC/LH ha sido identificado en el cerebro de la mujer adulta. Este receptor está ´presente en varias áreas  del cerebro como hipocampo, hipotálamo y tallo cerebral. El hallazgo de un receptor de hGC  en estas partes del cerebro puede explicar porque ocurren la hiperemesis gravídica, las  nauseas o los vómitos durante el embarazo normal.

El blastocisto preimplantación secreta hGC en el espacio uterino, la cual es tomada por receptores hGC/LH en la superficie de la decidua. La  respuesta, es la preparación de la decidua para la implantación. Estas comunicaciones no vasculares por la hGC son críticas para un embarazo satisfactorio. Estudios recientes han demostrado la importancia de la señal preimplantación de la hGC. Esta señal hGC  causa directamente inmunotolerancia y angiogénesis en la interface  materno-fetal. La hGC también incrementa el número de células killer naturales que juegan un papel clave en el embarazo.

El receptor hGC/LC ha sido identificado en órganos fetales como hígado, riñón, pulmón, bazo e intestino. El receptor, sin embargo, está  completamente ausente en esos mismos órganos en el adulto, al parecer desaparece en el nacimiento.  Se ha sugerido que la hGC puede promover el crecimiento y la diferenciación en el feto. El feto humano produce su propia hGC en hígado y riñón y las concentraciones en la circulación fetal son menores que las concentraciones maternas, lo que sugiere que la secreción placentaria solamente es dirigida hacia la circulación materna.

La hGC sulfatada es producida por la hipófisis en paralelo con la LH pero en menor cantidad (aproximadamente 1/50 de la LH circulante). Sin embargo, la hGC sulfatada es 50 veces más potente que la LH y puede tener un efecto comparable  al de la LH en la producción de androstenediona durante la fase folicular del ciclo menstrual, la promoción de la ovulación,  la formación del cuerpo lúteo y la producción de progesterona en la fase luteal del ciclo menstrual.  En la menopausia, los niveles de hGC sulfatada aumentan (pasan de 1-3 mIU/ml a 2-39 mIU/ml) conjuntamente con los niveles de LH y HSH.

Múltiples estudios han demostrado que la subunidad β libre de la hGC y su producto de degradación urinario son marcadores tumorales de una alta proporción de canceres. La subunidad β libre de la hGC bloquea la apoptosis de las células cancerosas  y aumenta el crecimiento y malignidad, algo que previamente había sido demostrado con la variante hGC hiperglucosilada. Las células cancerosas secretan la hGC hiperglucosilada o la subunidad β libre, las cuales de una manera autocrina se unen al receptor de TGFβ y lo antagonizan promoviendo el crecimiento celular y bloqueando la apoptosis. Como resultado del antagonismo las células producen y secretan colagenasas y metaloproteinasas.  Hay dos clases de canceres relacionados con las variantes de hGC. El tipo1 es un cáncer de células productoras de hCG hiperglucosiladas desde el inicio de la malignidad. La hGC hiperglucosilada modula completamente  el crecimiento, las metástasis y el grado del cáncer. En este tipo de cáncer  se incluyen el coriocarcinoma y los canceres de células germinales de ovario y testículo. El segundo tipo de canceres incluye  cáncer de pulmón, cáncer de mama, leucemia y linfomas, los cuales en su estadio avanzado son capaces de producir la subunidad β libre de la hGC que toma el control del avance del cáncer.  Algunos investigadores proponen que la hGC hiperglucosilada maneja la implantación de la placenta de una manera similar a su acción sobre la célula cancerosa. La implantación de la placenta pasa a través de la decidua uterina, el estroma uterino y el tejido conectivo en el miometrio. La placenta normalmente se implanta en 1/3 de profundidad del miometrio  (aproximadamente 40%  de la profundidad del útero) y en este proceso utiliza las colagenasas y metaloproteinasas inducidas por la hGC hiperglucosilada en las células del citotrofoblasto.  La hGC hiperglucosilada también estimula el crecimiento de la placenta promoviendo autocrinamente el crecimiento de las células del citotrofoblasto.

Fuente: Cole LA (2012). hCG, the wonder of today^,science. Reproductive Biology and Endocrinology 10:1-24.

Crecimiento y atresia folicular en el ovario

El desarrollo del folículo ovárico es un proceso regulado por factores endocrinos, paracrinos y autocrinos que actúan coordinadamente. Sin embargo, la gran mayoría de folículos (más de 99%)  fallan en alcanzar el estadio preovulatorio porque sufren un proceso degenerativo llamado atresia. Los mecanismos que regulan el crecimiento y la atresia  folicular incluyen la regulación sistémica por las gonadotropinas  y la regulación intra-ovárica por esteroides gonadales, factores de crecimiento, citoquinas y proteínas intracelulares.  Las células granulosas del folículo en particular producen moléculas que son cruciales para  la regulación precisa del  crecimiento y la atresia folicular.

En el ovario, la foliculogénesis comienza con la formación de los folículos primordiales (oocitos rodeados por una capa de células granulosas aplanadas) que ocurre antes  o inmediatamente después  del nacimiento.  Después de la pubertad, en cada ciclo menstrual y a lo largo de la vida reproductiva de la mujer, una cohorte de folículos primordiales comienzan a crecer en procura de alcanzar la ovulación. Los folículos primordiales son activados para que se conviertan en folículos primarios (aquellos con una capa de células granulosas cuboidales) y posteriormente en folículos secundarios (aquellos con células granulosas estratificadas pero sin un antro). Después de la formación del folículo secundario,  comienzan a emerger las células tecales que forman una capa alrededor de las capas granulosas.  Con la maduración de las células tecales y la formación una red vascular en la capa de células tecales  se forman los folículos antrales  que  eventualmente podrían alcanzar la ovulación. De  manera que un folículo antral está  compuesto por tres compartimientos: un oocito y dos clases de células somáticas,  las células granulosas y las células tecales.  Las células granulosas comprenden la granulosa del cúmulus y la granulosa mural y las células tecales se dividen en la teca interna y la teca externa. Aunque la atresia puede ocurrir en cualquier estadio de la foliculogénesis, la mayoría de los folículos se vuelven atrésicos durante el estadio antral.  

El desarrollo del folículo preantral, a diferencia del folículo antral,  no requiere estrictamente  de la estimulación por las gonadotropinas hipofisiarias. Las gonadotropinas hipofisiarias, hormona estimulante del folículo  (FSH) y hormona luteinizante (LH), cuya secreción  es estimulada por la hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH) derivada del hipotálamo, proporcionan los mecanismos primarios que controlan la selección y dominancia folicular a través  de asas de retroalimentación  en el eje hipotálamo-hipófisis-ovario.  La FSH es la principal hormona que controla el crecimiento folicular provocando la secreción de estradiol e inhibina  en el folículo dominante. Las células granulosas producen inhibina, mientras las células tecales producen andrógenos  que son usados por las células granulosas para sintetizar estradiol. El estradiol y la inhibina actúan sobre el sistema hipotálamo-hipófisis y disminuyen la secreción de FSH para suprimir   el crecimiento de los folículos subordinados. El folículo dominante adquiere receptores de LH en las células granulosas y transfiere a esta hormona la dependencia  del desarrollo posterior del folículo, lo cual finalmente conduce a la ovulación inducida por un pico de la secreción hipofisiaria  de LH.

Los factores secretados por las células granulosas, estradiol y factor de crecimiento similar a insulina-I (IGF-I) son esenciales para el crecimiento y desarrollo folicular. Si estos factores que promueven la supervivencia son depletados, las células granulosas no sólo pierden  sus funciones sino que también mueren. Las células granulosas son la principal fuente de estradiol y también son uno de los blancos del estradiol, ellas expresan receptores de estrógenos (ERα y ERβ). El estradiol tiene varias acciones sobre las células granulosas: promueven la foliculogénesis, incrementan la expresión de receptores de gonadotropinas e inhiben la apoptosis celular.  Las células granulosas también expresan IGF-I y su receptor (IGF-IR). EL IGF-I promueve un incremento de la respuesta  del folículo dominante a la FSH en el tiempo de la selección de folículos, lo cual constituye el principal mecanismo del IGF-I para asegurar la supervivencia folicular. Otra función del IGF-I en las células granulosas consiste en incrementar la secreción de estradiol. Adicionalmente, el IGF-I promueve la proliferación  y suprime la apoptosis  de las células granulosas. El estradiol y la FSH promueven la síntesis de IGF-I, lo que indica que cada uno de estos tres factores esenciales para el crecimiento folicular, estimulan la expresión de los otros dos y amplifican su efecto pro-supervivencia folicular.

 En los folículos sanos, la capa de células granulosas está alineada  a lo largo de la lámina basal y no se observan células apoptóticas. Las células apoptóticas comienzan aparecer y a incrementar gradualmente su número en los folículos atrésicos tempranos. Finalmente, la mayoría  de células granulosas se vuelven apoptóticas con una severa disrupción de la capa de células granulosa, y estos folículos serán eliminados. Morfológicamente, la apoptosis, en los estadios iniciales de la atresia, es inducida en las células granulosas localizadas en la superficie interna de la capa granulosa, pero no en las células del cúmulus, el oocito o las capas tecales, interna y externa,  lo que sugiere un rol de la apoptosis de la célula granulosa en  el inicio de la atresia folicular. La deprivación de factores que promueven la supervivencia o la estimulación por ligandos mortales es la principal causa de la apoptosis de células granulosas. Estas dos estimulaciones apoptóticas inducen diferentes rutas de señalización intracelular que culminan con  las características comunes de la apoptosis, esto es, la activación de la caspasa-3 (CASP3) y la posterior fragmentación del ADN.

En un folículo sano, la FSH secretada por la hipófisis es esencial para la supervivencia de la célula granulosa. El IGF-I, el estradiol, la interleucina-1β, (IL-1β), la interleucina-6 (IL-6), el factor de crecimiento epidérmico (EGF) y el factor de crecimiento fibroblástico básico (bFGF)  son expresados por la célula granulosa  y actúan como factores pro-supervivencia celular de una manera paracrina/autocrina. El IGF-I, la FSH y los factores de crecimiento activan la ruta intracelular PI3K/Akt y ejercen su eficacia anti-apoptosis, en gran parte, fosforilando las  proteínas FOXO (forkhead box O), lo cual las retiene en el citoplasma. El estradiol inhibe la transcripción  de los genes pro-apoptosis p53 y Bax. Los complejos mortales ligando-receptor (FASLG-FAS (CD95) y TRAIL-DcR1) son expresados en la membrana celular. Una molécula intracelular, cFLIP (celular FLICE-inhibitory protein) inhibe  la señal mortal  FASLG-FAS. La  señal TRAIL (TNF-α related apoptosis-inducing ligand) es inhibida  por su receptor DcR1.  Adicionalmente, las proteínas BCL2 (B cell lymphoma/leukemia 2) y BCLX (B cell lymphoma/leukemia X) inhiben la apoptosis mediada por mitocondrias a través de la inhibición de la liberación de citocromo C.

En un folículo atrésico,  las señales de supervivencia celular (FSH, IGF-I, estradiol, IL-6)  disminuyen. Por tanto, el factor de transcripción FOXO es desfosforilado  y transferido al núcleo, donde transactiva los factores pro-apoptosis, FASLG y BCL2LII. Los complejos mortales ligando-receptor (FASLG-FAS y TRAIL-DR4) expresados en la membrana celular, aumentan. La posterior activación de la señal intracelular FADD (FAS associated death domain), CASP8 y CASP3 induce la fragmentación del ADN. La CASP8 también estimula la apoptosis mitocondrial a través de la inducción de las proteínas pro-apoptosis BID (BCL2 interacting domain), BAX, BCL2LII, BAK (BCL2 homologous antagonist/killer), en la membrana mitocondrial. Estas proteínas inician la liberación de citocromo C. Después de la liberación de citocromo C de la mitocondria, el factor activador de apoptosis 1 (APAF1) y la CASP9 median la señal  apoptótica  que conduce a  la activación  de la CASP3.

Fuente: Matsuda F et al. (2012) Follicular growth and atresia in mammalian ovaries: Regulation by survival and death of granulosa cells.  Journal of Reproduction and Development 58: 44-50.

Testosterona: una hormona metabólica

La testosterona es una hormona que juega un papel clave en el metabolismo de carbohidratos, lípidos y proteínas. Es bien conocido que la testosterona influye grandemente en la composición de la grasa corporal y la masa muscular en los varones y que su deficiencia  está asociada  con un incremento  de la masa grasa (en particular adiposidad central),  reducida sensibilidad a la insulina,  tolerancia a la glucosa alterada, niveles sanguíneos de triglicéridos y colesterol elevados y niveles sanguíneos de HDL-colesterol bajos. Todos estos factores, presentes  en el síndrome metabólico y en la diabetes  tipo 2, contribuyen al riesgo cardiovascular. Los estudios clínicos  demuestran que la terapia de reemplazo de testosterona en hombres con deficiencia de andrógenos mejora la resistencia a la insulina así como el control glucémico y también reduce la masa grasa, el colesterol y los triglicéridos.

La causalidad de la relación entre una concentración baja de testosterona  y el incremento de la grasa corporal  fue propuesta inicialmente en la hipótesis del ciclo hipogonadismo-obesidad. La testosterona es convertida en 17β estradiol (E₂) por la actividad enzimática de la aromatasa en el tejido adiposo. Entonces, con una mayor expresión de  aromatasa en los adipocitos se produce la consiguiente reducción de testosterona circulante.  La deficiencia de testosterona promueve un incremento en el número de adipocitos, a través de la estimulación de la “stem cell” pluripotencial,   y de los depósitos de grasa, a través del incremento en la actividad de la lipoproteina lipasa, lo cual lleva gradualmente  a una mayor disminución en los niveles de testosterona. Adicionalmente, la retroalimentación negativa que la testosterona normalmente ejerce sobre el eje hipotálamo-hipófisis ocurre a través de su aromatización a E₂, centralmente  en el tejido adiposo periférico. Por tanto, el exceso de actividad aromatasa por el incremento en el número de adipocitos en hombres obesos resulta en la supresión  de la secreción de testosterona mediada por gonadotropinas favoreciendo el progreso del hipogonadismo. La hipótesis hipogonadismo-obesidad-adipocitoquinas extiende la hipótesis anterior y explica porque el cuerpo no puede responder a los niveles bajos de testosterona con la producción compensatoria de andrógenos  a través de la secreción aumentada de gonadotropinas. El E₂ y las adipocitoquinas  inflamatorias, factor de necrosis tumoral α (TNFα) e interleucina 6 (IL6), inhiben la producción hipotalámica de GnRH y por consiguiente la liberación de LH y FSH por la hipófisis, causando un estado de hipogonadismo hipogonadotrófico. La leptina , una hormona derivada del tejido adiposo con un rol bien conocido en la regulación del peso corporal y la ingesta de alimentos, en condiciones normales, también induce la liberación  de LH a través de la estimulación de las neuronas GnRH hipotalámicas. Las neuronas GnRH, sin embargo, exhiben pocos receptores de leptina. Las kisspeptinas son péptidos secretados por neuronas específicas en el hipotálamo y pueden proporcionar el vínculo funcional entre la leptina y la regulación gonadal  pues tienen un papel central en la modulación de la secreción de GnRH y la subsiguiente  liberación de LH. Las neuronas GnRH poseen  el receptor de kisspeptina y las neuronas kisspeptina expresan el receptor de leptina. En humanos obesos, los adipocitos producen cantidades elevadas de leptina y el eje hipotálamo-hipófisis se vuelve resistente a la leptina. Adicionalmente, los receptores de E₂ están presentes en las neuronas kisspeptina y hay evidencia de que la resistencia a la leptina, la  inflamación y los estrógenos inhiben  la liberación neuronal de kisspeptinas.  La leptina también   inhibe directamente la acción estimuladora  de las gonadotropinas  sobre las células de Leydig del testículo para disminuir la producción de testosterona. Por tanto, los niveles elevados de leptina en la obesidad pueden disminuir el estatus de andrógenos.

La deficiencia de testosterona está asociada con una disminución de la masa muscular, y la masa muscular está inversamente asociada con la resistencia a la insulina y la pre-diabetes. 70% de la sensibilidad a la insulina en el cuerpo tiene lugar en el músculo, y los niveles bajos  de testosterona  pueden favorecer la resistencia a la insulina a través de efectos metabólicos en el músculo.  La administración de testosterona induce un incremento considerable en el contenido de glucógeno muscular en ratas machos castrados. El tratamiento con testosterona aumentó la expresión y la translocación de GLUT4  en células musculares aisladas de humano. Adicionalmente, la testosterona incrementó la fosforilación de la Akt y la proteína quinasa C, etapas claves en la ruta de señalización  del receptor de insulina para la regulación de la translocación de GLUT4. Estos efectos fueron bloqueados por un inhibidor de la dihidrotestosterona, lo que sugiere que la conversión local de testosterona en dihidrotestosterona puede ser importante para la captación de glucosa en el músculo. La testosterona también incrementa la actividad de la hexoquinasa y la fosfofructoquinasa, enzimas claves de la glucólisis.  El tejido muscular también tiene un rol en el metabolismo de los lípidos. La grasa es oxidada en el hígado y tejidos extra-hepáticos como el músculo esquelético y este componente del metabolismo de los lípidos puede ser regulado por la testosterona. La deficiencia de testosterona inducida por la supresión de esteroides gonadales en sujetos jóvenes sanos resultó en una disminución significativa de la tasa de oxidación de lípidos y cambios paralelos en el gasto de energía en reposo con el consiguiente incremento de la adiposidad. La disminución de la oxidación de lípidos acoplada con la elevación crónica de ácidos grasos  está asociada con un incremento de la acumulación miocelular de lípidos, particularmente  de diacilglicerol y/o ceramida en los miocitos.  La testosterona,  aumentando la oxidación de lípidos  en el músculo, mejorando los niveles circulantes de lípidos y  sensibilizando los miocitos a la señal  de la insulina y al metabolismo de la glucosa, puede proteger contra las consecuencias perjudiciales del metabolismo alterado de los lípidos en la diabetes tipo 2, la obesidad y el síndrome metabólico.

El hígado tiene un papel prominente en el mantenimiento de la homeostasis de la glucosa y los lípidos a través de la función de múltiples  rutas metabólicas. Sin embargo, los datos experimentales indican que, además  de la insulina, otras hormonas influyen en el control hepático de la glucosa. En este sentido, se ha demostrado que la testosterona incrementa la expresión del receptor de insulina.  Por otra parte, el hígado está expuesto a altas concentraciones de los productos del metabolismo de los adipocitos (ácidos grasos libres y adipocitoquinas) que pueden inducir desordenes metabólicos por perturbaciones del metabolismo hepático. Los ácidos grasos libres disminuyen la  extracción hepática de insulina e incrementan la gluconeogénesis y la resistencia a la insulina en el hígado. Estos efectos, en última instancia, producen hiperinsulinemia, resistencia a la insulina sistémica y esteatosis hepática.  Una reducción en el metabolismo de los adipocitos por la testosterona podría reducir la producción de ácidos grasos  y, por tanto, la resistencia a la insulina. Estudios recientes sugieren que la testosterona puede conferir algunos de sus efectos beneficiosos sobre el metabolismo hepático de los lípidos vía conversión a E₂ y la posterior activación de receptores α de estrógenos.

El tejido adiposo  juega un importante papel en la homeostasis de la glucosa y la sensibilidad a la insulina a través de la regulación del metabolismo de lípidos y glucosa. La lipólisis en el tejido adiposo es regulada por los andrógenos y puede ser un mecanismo por el cual la testosterona afecta el almacenamiento de grasas y la obesidad. La testosterona puede incrementar  la lipólisis a través del aumento del número de receptores β-adrenérgicos. Adicionalmente, los andrógenos afectan la expresión de varias enzimas claves involucradas en la lipogénesis. Por otra parte, la testosterona inhibe la captación de lípidos afectando  la expresión de la lipoproteina lipasa en el adipocito. En la superficie extracelular de los adipocitos, la lipoproteína lipasa hidroliza las lipoproteínas circulantes ricas en triglicéridos  a ácidos grasos que son tomados por los adipocitos  para esterificarlos y almacenarlos como triglicéridos. La actividad anormal de esta enzima contribuye  a la patogénesis de la obesidad.  La influencia beneficiosa de la testosterona sobre la adipogénesis ha sido demostrada también investigando los efectos directos de la testosterona sobre las “stem cells”. El tratamiento de las “stem cells” pluripotenciales aisladas de ratón   con testosterona  estimuló el desarrollo  de células del linaje miocitos más que el de adipocitos. Por el contrario, la deficiencia de testosterona promovió el desarrollo adipocitos sobre los miocitos.  En resumen, la testosterona puede tener efectos beneficiosos sobre la prevención de la patogénesis de la obesidad  porque inhibe la adipogénesis, disminuye la captación y almacenamiento de triglicéridos, influye en  la función de la lipoproteína lipasa y puede reducir la masa grasa así como incrementar la masa muscular. Esto puede, a su vez, tener un efecto directo sobre los ácidos grasos circulantes, la secreción de adipocitoquinas y la resistencia a la insulina.

Fuente: Kelly DM y Jones H (2013). Testosterone: a metabolic hormone in health and disease. Journal of Endocrinology 217: R25-R45. 

Neurobiología de la pubertad: mecanismos noveles

La pubertad es un fenómeno clave en la maduración sexual y somática. El inicio de la pubertad es el resultado final de las interacciones entre los determinantes genéticos y un gran número de reguladores que incluyen  factores endógenos  y señales ambientales. Estas interacciones comienzan en estadios muy tempranos de la diferenciación sexual del cerebro, por lo que la pubertad puede ser considerada como el punto final de un proceso de maduración continuo signado por las interacciones dinámicas de los genes y el ambiente durante el desarrollo prenatal y postnatal. Desde un punto de vista neurobiológico, el inicio de la pubertad se manifiesta a través del incremento en la actividad neurosecretora de las neuronas GnRH en el cerebro, lo cual, a su vez, aumenta la actividad del eje gonadotrópico que conduce a la completa maduración gonadal. La secreción episódica de hormona liberadora de gonadotropinas (GnRH), necesaria para la liberación hipofisiaria de gonadotropinas y, por tanto, para la función gonadal, es el resultado del  interjuego   entre la naturaleza oscilatoria intrínseca de las neuronas GnRH y las señales aferentes excitatorias e inhibitorias  que se integran en el llamado pulso generador de GnRH.

Entre los diferentes reguladores trans-sinápticos  de las neuronas GnRH, las kisspeptinas (Kp) han recibido mucha atención en los últimos años. Las Kp (Kp-54, Kp-10) constituyen una familia de péptidos relacionados estructuralmente, codificados por el gen Kiss 1, que actúan a través del receptor GPR54 (también llamado Kiss1R), acoplado a proteína G. El patrón de distribución anatómica  de las neuronas Kiss1 en el hipotálamo  ha sido bien caracterizado en roedores, donde se han identificado  dos poblaciones prominentes   de neuronas, una en el núcleo arcuato y otra en el área periventricular rostral  del tercer ventrículo (RP3V).  En otros mamíferos, incluyendo primates, las neuronas Kiss1 son abundantes  en el núcleo arcuato, pero la población del RP3V no ha sido confirmada plenamente.  A pesar de la capacidad común para producir Kp, las neuronas del núcleo arcuato y del RP3V responden de manera diferente  a los reguladores y aparentemente juegan papeles diferentes en el control de los diversos aspectos de la reproducción, pero la naturaleza de tales acciones  y sus eventuales mecanismos reguladores no han sido dilucidados.   

Una de las facetas más interesantes del sistema Kiss1 es su potencial implicación en el control de la pubertad. Esto ha sido  sugerido por el hallazgo de ausencia de  pubertad en humanos y ratones con inactivación genética del receptor  GPR54 y apoyado por el reporte reciente  de impuberismo en humanos con mutaciones del gen Kiss1.  El patrón de activación de las neuronas Kiss1 durante la pubertad  ha sido documentado sobre la base de los siguientes hallazgos; i) un incremento del tono Kp endógeno, suficiente per se para activar completamente el eje GnRH/gonadotropinas;  ii) una elevación en la sensibilidad de los efectos estimuladores de las Kp en términos  de las respuestas GnRH/LH; iii) un aumento de la eficiencia de la señal GPR54 y resistencia a la desensibilización por estimulación Kp continua;  y iv) un incremento en el número de neuronas Kp y sus proyecciones hacia las neuronas GnRH.

Otra faceta del sistema Kiss1 que ha despertado considerable interés  ha sido la identificación  de señales reguladoras  y patrones interactivos de Kp. Los estudios sobre este punto han hecho posible la identificación de neurotransmisores  que son coexpresados con las Kp en poblaciones neuronales  específicas. Por ejemplo, la expresión de neuroquinina B (NKB) ha sido demostrada en las neuronas Kiss1 de numerosas especies. La relevancia de esa coexpresión  y de las acciones NKB (TAC3 en humanos) en  el cerebro reproductivo ha sido reforzada por los datos de estudios en humanos  que demuestran  que las mutaciones en el gen que codifica a la NKB  o a su receptor NKBR  (TAC3R en humanos)  están asociadas con impuberismo.  Para agregar más complejidad, la dinorfina-A (Dyn) también ha sido identificada en las neuronas que expresan Kiss1/NKB. La colocalización  Kiss1/NKB/Dyn  es una característica específica de la población de neuronas Kiss1 del núcleo arcuato. El término neuronas KNDy usado para referirse a esas neuronas enfatiza la colocalización de los tres neuropéptidos.  Las neuronas KNDy son elementos clave en la generación  de los pulsos de GnRH. Las Kp podrían operar como la señal responsable  de la activación directa  de las neuronas GnRH. A su vez, la NKB puede actuar sobre las neuronas KNDy  para estimular la liberación de Kp y, por consiguiente, inducir la secreción de GnRH de una manera indirecta. Esta posibilidad es apoyada, al menos parcialmente, por un importante número de evidencias experimentales. El tercer miembro del trío KNDy, la dinorfina, ha sido reconocido por mucho tiempo como inhibidor  de la secreción de gonadotropinas a través de su capacidad para reprimir la liberación de Kp en las neuronas GnRH. Entonces,  el balance y las acciones recíprocas de KNB y Dyn  podría ser un determinante de la secreción dinámica de Kp y por consiguiente  de la generación de la secreción pulsátil de GnRH y LH.

Por otra parte, la cantidad de los depósitos de energía  (grasa) y el estatus metabólico del organismo son reguladores clave del inicio de la pubertad. Esto es especialmente evidente en la hembra,  pues las reservas de energía son necesarias para el establecimiento de la pubertad y la fertilidad, específicamente el embarazo y la lactancia están acoplados a un marcado “drenaje”  metabólico. Sin embargo, este fenómeno también tiene lugar en el varón y  situaciones  de exceso de energía sostenido, como la obesidad, pueden estar asociadas con alteraciones de la pubertad. En este contexto, la evidencia experimental acumulada durante los últimos 15 años  ha documentado el papel esencial de la leptina en el control metabólico de la pubertad y la fertilidad. En diferentes especies, incluyendo humanos, se ha demostrado que la leptina más que un disparador opera como un factor permisivo para el desarrollo de la pubertad si se han alcanzado suficientes reservas energéticas en el cuerpo. Con relación a los sitios y los mecanismos de acción  de la leptina, la situación es menos clara. Por un lado, se asume que la leptina es capaz de modular el sistema neuronal GnRH. Por otro lado, esta acción parece ser indirecta, vía aferentes intermediarios, dado que las neuronas GnRH carecen de receptores funcionales de leptina.  El reconocimiento de tal modo indirecto de acción de la leptina sobre las neuronas GnRH  ha dado lugar a las preguntas sobre cuáles son los blancos primarios  y las rutas de los efectos de la leptina en el cerebro reproductivo. En este sentido, los potenciales modos de acción incluyen: (1) acciones directas de la leptina sobre las neuronas Kiss1, las cuales a su vez se proyectan a las neuronas GnRH; (2) acciones indirectas de la leptina sobre neuronas aferentes que se proyectan sobre las neuronas Kiss1; y/o (3) acciones de la leptina sobre núcleos hipotalámicos (o extra-hipotalámicos) que carecen de neuronas Kiss, como el núcleo premamilar ventral.  

En la cada vez más grande lista de potenciales modulares puberales, recientemente se ha incorporado al péptido nesfatina-1. Considerando que la obesidad frecuentemente está asociada con resistencia a la leptina y teniendo en cuenta la íntima asociación entre los mecanismos reguladores centrales del balance energético y la pubertad, y la posibilidad de rutas independientes de la leptina que modulen el inicio de la pubertad se ha explorado la hipótesis de que la nesfatina-1 puede jugar un rol en el control central  de la pubertad. Los estudios preclínicos han apoyado esta hipótesis.  La nesfatina-1 es un producto peptídico del gen NUCB-2, con efectos anoréxicos independientes de la señal de la leptina y con expresión en áreas hipotalámicas relacionadas con el control de la ingesta de alimentos: núcleo arcuato, núcleo periventricular,  e hipotálamo lateral. La expresión hipotalámica de NUCB-2/nesfatina-1 aumenta durante la transición puberal y las condiciones de balance energético negativo conocidas por perturbar la pubertad disminuyen los niveles del péptido en el hipotálamo.  La relevancia de la señal nesfatina-1 en el inicio de la pubertad es apoyada  por el análisis funcional de los efectos de su activación  o inactivación. En este sentido, la inyección central de dosis bajas  de nesfatina-1 produce incrementos moderados pero significativos  en los niveles circulantes de LH en ratas hembras peripuberales. Si además de su papel en la pubertad, la nesfatina-1está involucrada en el control del eje gonadotrópico en el adulto es algo que aún no ha sido definido.

Dada la intrincada naturaleza de la pubertad como un evento complejo sensible  a numerosos reguladores es viable pensar no sólo en el control transcripcional de las múltiples rutas sino también en elementos reguladores adicionales  como la epigenética y los microARN.  Estudios recientes han identificado una asociación de la edad de la menarquia con variabilidad en 6q21, en o cerca del gen Lin28B. Este hallazgo ha sido reforzado por el hecho de que el Lin28B está relacionado con el desarrollo mamario y la talla adulta. El Lin28B y su relacionado Lin28A son proteínas unidas a ARN  cuya principal función conocida  es bloquear el procesamiento de los microARN de la familia let7, a través de la inhibición de la maduración de los precursores let7. Además de los microARN, la evidencia preliminar sugiere que la regulación de los componentes clave  de las rutas centrales que gobiernan el inicio de la pubertad puede involucrar también mecanismos epigenéticos. Entre los diferentes mecanismos de control epigenético de la expresión de genes, los más relevantes y mejor caracterizados son la metilación de ADN  y la modificación de histonas. Las modificaciones epigenéticas pueden contribuir al control de los cambios transitorios y dinámicos  de las rutas neuroendocrinas que gobiernan el inicio de la pubertad. Esta posibilidad ha sido explorada recientemente y los datos reportan  cambios profundos en  los patrones de metilación del ADN en el hipotálamo durante la pubertad. Adicionalmente, el bloqueo farmacológico de la desacetilación de histonas en ratas hembras juveniles retarda  el tiempo de la pubertad.  Sobre la base de estos resultados se ha propuesto  que, en condiciones fisiológicas, los cambios epigenéticos podrían operar en el hipotálamo para inhibir la expresión de genes represores de la pubertad. En este contexto, y considerando su perfil biológico, es posible  que el gen Kiss1 esté bajo regulación  epigenética.

Fuente: Tena-Sempere M. (2012). Deciphering puberty: novel partners, novel mechanisms. European Journal of Endocrinology 167: 733-747.

El GLP-1 y el apetito

El péptido glucagonoide 1 (GLP-1) deriva del gen que codifica al proglucagón, el cual en el tracto gastrointestinal y en el cerebro es modificado post-translacionalmente  y clivado  en las formas biológicamente activas, GLP-1 (7-36) amida, la principal forma circulante en los humanos,  y GLP-1 (7-37). La hormona tiene un papel prominente  en la homeostasis de la glucosa, la motilidad gastrointestinal y el apetito.

El GLP-1 es secretado por las células L del intestino en respuesta a los nutrientes intraluminales, pero su secreción también puede ocurrir antes de  ingerir la comida. Con respecto a los nutrientes, en los humanos se pueden observar  dos picos de  secreción de GLP-. El primer pico aparece a los 15 minutos de iniciada la ingesta de la comida cuando aún los nutrientes no tienen acceso a las células L. Esta rápida elevación en los niveles de GLP-1involucra un asa neuroendocrina donde los nutrientes en el estómago o el intestino proximal estimulan la liberación  de hormonas como el péptido insulinotrópico dependiente de glucosa (GIP) y el péptido liberador de gastrina que actúan a través de rutas vagales  para estimular a las células L  para que secreten GLP-1. El sistema nervioso entérico también puede contribuir a este primer pico  de GLP-1.  El segundo pico ocurre más tarde, es más grande, y se piensa que deriva del contacto directo de los nutrientes con las células L. Entonces, los nutrientes en el tracto gastrointestinal pueden estimular la secreción de GLP-1 directamente  e indirectamente a través de mecanismos hormonales y neurales.

El GLP-1 es también expresado  por neuronas del núcleo del tracto solitario del tallo cerebral y es liberado  de los terminales nerviosos en una variedad  de áreas cerebrales  que incluye núcleos del hipotálamo, el hipocampo y la corteza cerebral. El GLP-1 central es un enlace importante en la mediación de la anorexia producida por numerosos factores. Sin embargo, en algunos núcleos cerebrales donde la unión del GLP-1es alta hay pocas fibras nerviosas GLP-1, un hallazgo que sugiere  que el  GLP-1 periférico también interviene en la activación de los receptores centrales.   EL GLP-1 del tallo cerebral puede mediar los efectos anoréxicos  de los lipopolisacáridos, el cloruro de litio, la colecistoquinina, la leptina y la oxitocina.

Las acciones del GLP-1 son mediadas por un  receptor (GLP-1R)  acoplado a proteína G  que es expresado en la periferia (nervios entéricos, nervio vago, páncreas, estómago, intestino y tejido adiposo) y en el cerebro (tallo cerebral, hipotálamo, hipocampo y núcleos corticales). No se sabe con exactitud  si el GLP-1 periférico  actúa localmente para alterar la motilidad gastrointestinal y el apetito, o si el GLP-1  puede activar directamente al  GLP-1R cerebral para modular estas funciones/conductas.  El GLP-1 liberado de la célula L  difunde en la lámina propia y entra en los vasos  linfáticos o en los capilares. En los capilares, el GLP-1 es rápidamente degradado por la dipeptidil peptidasa IV (DPP-IV), una enzima que se localiza en las paredes capilares. Es posible, sin embargo, que el GLP-1 pueda actuar sobre el GLP-1R de las aferentes vagales en la lámina propia, o de los nervios entéricos en la pared intestinal, antes de entrar en los capilares. También puede ser posible  que con un mayor incremento  de GLP-1 se  sature la DPP-IV disponible y entonces entre más GLP-1 a la circulación general. Si el GLP-1 sobrevive a la degradación por parte de la DPP-IV es posible que pueda activar al GIP-1R central, porque el GLP-1 circulante atraviesa la barrera hemato-encefálica por difusión simple en los órganos circunventriculares.  Es razonable pensar que el GLP-1 periférico pueda activar los receptores centrales porque son muy pocas las fibras nerviosas GLP-1 presentes en los núcleos cerebrales  relacionados con la alimentación, como ocurre en el núcleo arcuato del hipotálamo.

Un mecanismo por el cual el GLP-1 puede alterar el apetito es a través  de cambios en la función gastrointestinal. El GLP-1 disminuye el vaciamiento gástrico y la motilidad intestinal y contribuye a la “pausa ileal”, un mecanismo de retroalimentación inhibitoria que funciona para optimizar la digestión y absorción de los nutrientes. El GLP-1 afecta las funciones motoras del tracto gastrointestinal a través del sistema nervioso central y periférico. Las rutas neurales mediadas por el vago participan en la atenuación inducida por el GLP-1 de la motilidad y el vaciamiento del estómago, en modelos animales, y de la motilidad intestinal,  en humanos. Las interacciones con el GLP-1 cerebral también pueden contribuir a estos cambios pues la inyección intracerebroventricular  de GLP-1 inhibe el vaciamiento gástrico  a través de rutas no colinérgicas y no  adrenérgicas en ratas. Una tercera, y más directa, ruta de los cambios en la función motora inducidos por el GLP-1 puede ocurrir a través  de la activación del GLP-1R de las neuronas entéricas de la pared intestinal. Más específicamente, el GLP-1 inhibe la actividad evocada en el músculo circular del intestino modulando presinápticamente la descarga parasimpática colinérgica. Por el contario, el GLP-1 no afecta la actividad espontánea del músculo circular ni la actividad espontánea o provocada del músculo longitudinal. En conjunto, estos resultados sugieren que el GLP-1 puede modular los impulsos neurales en la capa de músculo circular, pero no en la capa de músculo longitudinal y es consistente con la noción de que la contracción de la capa de músculo circular es dominante en el peristaltismo. Estos resultados también demuestran que el GLP-1 sólo puede inhibir la acción neural evocada, pero no la espontánea, sobre la motilidad intestinal. En contraste con el efecto inhibitorio sobre el estómago y el intestino delgado, el GLP-1 incrementa el transito colónico,  y este efecto puede ser mediado por un mecanismo de acción central. Dado que la estimulación colinérgica aumenta la actividad motora del colon en humanos,  el GLP-1 puede actuar en el núcleo motor dorsal del vago para mediar  cambios en la inervación parasimpática y alterar las contracciones motoras en el colon.

En el núcleo arcuato del hipotálamo, las acciones del GLP-1 son mediadas a través de los componentes anorexigénicos (neuronas POMC). Los mecanismos centrales son importantes en las acciones del GLP-1, periférico o  central. Aun si consideramos que  GLP-1 periférico actúa localmente  sobre las neuronas entéricas o vagales, las respuestas neurales u hormonales deben activar circuitos cerebrales para afectar la ingesta de alimentos. Por ejemplo, las lesiones de las proyecciones  del tallo cerebral al hipotálamo reducen la supresión del apetito mediada por el GLP-1 periférico  en ratas. Por otra parte, inyecciones centrales de GLP-1 inhiben la ingesta de alimentos y este efecto central no requiere la presencia de comida en el estómago o la inhibición del vaciamiento gástrico. El tallo cerebral caudal parece ser suficiente para mediar la disminución en la ingesta de alimentos mediada por el GLP-1. El núcleo del tracto solitario (NTS)  ha sido sugerido como el principal sitio de acción  del GLP-1. Esto podría significar que el GLP-1 central producido exclusivamente en el NTS puede actuar sobre el GLP-1R en el mismo núcleo. Esta asa de retroalimentación local  puede jugar roles definidos en la saciedad, pero esto es sólo parte de un proceso integrado  que también involucra a otra áreas del cerebro.  Las neuronas GLP-1 del NTS se proyectan ampliamente en el cerebro por lo que esta respuesta podría ser mediada por múltiples circuitos neurales. Por ejemplo, las neuronas GLP-1 del NTS tienen proyecciones hacia las neuronas del núcleo paraventricular con acción anorexigénica y que expresan GLP-1R como las neuronas OT (oxitocina) y CRH (hormona liberadora de corticotropina). Esto sugiere que las células del NTS que producen GLP-1  pueden actuar sobre la ingesta de alimentos a través  de las células OT. El GLP-1 también activa al eje hipotálamo-hipófisis-adrenal a través de las neuronas CRH. Entonces, la disminución de la ingesta de alimentos  por el GLP-1 puede ser mediada, al menos parcialmente, por la activación del sistema estrés.  Las neuronas GLP-1 en el NTS también se proyectan directamente al área tegmental ventral y al núcleo accumbens, estructuras involucradas en el sistema recompensa y que también expresan GLP-1R. Datos recientes sugieren un rol para el GLP-1 endógeno en estas estructuras nerviosas para la mediación de la saciedad y que este efecto puede ser debido a modificación de la señal recompensa.

En conclusión, el efecto del IGF-1 sobre la saciedad puede involucrar reflejos entero-entéricos y mecanismos de señalización  central que median cambios en el apetito y promueven la saciedad.

Fuente: Dailey MJ y Moran TH (2013). Glucagon-like peptide 1 and appetite. Trends in Endocrinology and Metabolism 24: 85-91.