ENDO Tema 7.- Diferenciación sexual II. Eje HPG (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 4º curso
Asignatura Endocrinologia
Año del apunte 2016
Páginas 10
Fecha de subida 25/04/2016
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Endocrinologia Arokargomez 4t Biologia/Bioquímica Tema 7.- Diferenciación sexual II. Eje HPG Distribución de las neuronas de GnRH1, 2 & 3. Regulación de la síntesis y secreción de GnRH: generador de pulsos versus pico preovulatorio. Esteroides sexuales, kisspeptina & otros factores involucrados. Pubertad: todo cambia.
Aunque raro, en algunas especies de mamíferos y en determinadas circunstancias GnRH2 es más efectiva que GnRH1. En la musaraña, GnRH2 estimula la conducta sexual después del reinicio de la alimentación tras un periodo de privación de comida: integración de las condiciones energéticas con la reproducción. En mamíferos la más importante es la GnRH1 pero hay excepciones como la musaraña, donde el tipo dos puede llegar a ser igual o más importante que el tipo 1 en función del contexto. Después de hambruna, para recuperar la función reproductora es el tipo dos es que toma las riendas y en condiciones normales el 1.
The regulation of GnRH in male is more or less constant Efectos de los andrógenos a nivel central. Hay especialización: una gonadotropina estimula una célula testicular.
Más arriba están las neuronas de GnRH donde ya no hay una línea continua sino que hay picos: hay un generador de pulsos. Si nos centráramos en el sexo masculino ocurre que el generador de pulsos ocurre más o menos siempre con igual frecuencia (un pico cada dos o tres horas aproximadamente). El sexo femenino da más juego.
Las hembras tienen un sistema parecido al caso de los machos durante buena parte del ciclo pero hay un segundo sistema de control superpuesto (generador de pico ovulatorio de GnRH o LH) que permite que la hembra ovule.
Endocrinologia Arokargomez 4t Biologia/Bioquímica Dos gráficos: experimento en hembras de oveja: se hace un contraste con picos de GnRH respecto a picos de LH en sangre periférica.
El pico LH es consecuencia de que previamente se han producido cantidades masivas de estrógenos (entrada de folículos en carrera hasta que uno gana y produce estrógenos que tiene efectos a nivel central, que ha sido previamente estimulado por las gonadotropinas, es todo un feedback sin un inicio claro).
Si se mide GnRH en la eminencia media de la oveja se ven picos a lo largo de la fase folicular muy pequeños en comparación a los picos enormes que hay cuando se quiere ovular. La liberación de LH es tan brutal antes de ovular que los picos de LH normales no se ven por problemas de escala, quedan como muy pequeños pero también hay.
The frequency of GnRH pulses changes during the sexual cycle El ciclo inicia con la menstruación. Cuando se analiza cómo cambia el generador de pulsos de las neuronas de GnRH se ve un cambio sustancial a lo largo del ciclo. Al principio hay un pico cada 90 minutos. La frecuencia aumenta a medida que nos acercamos al momento de la ovulación (1 pulso cada hora aprox). En la fase lútea se enlentece el proceso bastante espectacular (1 pulso cada 300 minutos). En función de la frecuencia cambia la regulación de las gonadotropinas.
The frequency of GnRH pulses is critical, at high frequence LH is favored over fsh: Hembra mono Rhesus ovariectomizada y sin GnRH endógeno. Se administra GnRH con diferentes frecuencias. Cuando se administra un pulso de gonadotropina por hora o 5 pulsos por hora, las gonadotropinas cambian sustancialmente.
Pasándome en la cantidad de pulsos se bloquea el sistema. Esto se debe tener muy en cuenta en tratamientos de fertilidad: hay que administrar de forma pulsátil pero en las dosis que deberían ocurrir, no de más. Tiene papel permisivo.
GnRH neurons in vitro show rythms: Los investigadores han conseguido generar neuronas inmortalizadas muy parecidas a GnRH, que dan un pico de GnRH cada 60-80 minutos. Esto recuerda a lo que se ve en la fase folicular avanzada. A la derecha hay un cultivo primario de una mezcla de células y de embrión de mono. Cada color es una célula que se mide.
Aproximadamente cada 90 minutos hay un periodo de silencio precedido por un pico máximo que destaca del ruido de fondo. Las células realmente se intentan sincronizar entre si incluso estando in vitro.
Endocrinologia Arokargomez 4t Biologia/Bioquímica GnRH está en redes laxas más que en núcleos concretos….¿cómo se coordinan? Están muy dispersas por el hipotálamo. Reciben muy pocas conexiones en comparación a otras neuronas. El tipo de input cambia de forma cíclica a lo largo del ciclo sexual de los animales. Muchas están dispuestas en tándem, una muy cerca de la otra, una de ellas apuntando a la eminencia media y otra a zonas del cerebro. En el ratón hpg (que no tiene neuronas de GnRH) con que se trasplanten 5-10 neuronas ya se restituye el control de las células gonadotropas.
¿Cómo se coordinan? Proyecciones axo-dendríticas, axo-somáticas y dendro-dendríticas, puentes celulares. En los casos en que están muy cerca hay puentes directos entre los dos somas. También pueden usar mecanismos tradicionales de las neuronas, los dichos antes. Hay fotos en que se introduce un marcador distinto a cada neurona para ver un seguimiento de que ocurre en cada una: durante un tiempo viajan una al lado de la otra para poderse comunicar.
Los estrógenos causan cambios dinámicos en la eminencia media. Se encuentran en un espacio pequeño, por ello es un buen lugar para dar regulación de estas. Los mecanismos son varios. Lugares en los que los estrógenos tienen efectos que contribuyen a la liberación de GnRH: en el tercer ventrículo hay tanicitos (células gliales especializadas), astrocitos y células endoteliales vasculares de la eminencia media que responden a los estrógenos liberando mediadores. Hay un par de miembros de la familia TGFalfa, uno de la familia TGFbeta, y determinadas prostaglandinas y el óxido nítrico también influyen. Lo importantes son los mediadores porque sabemos que intervienen en la regulación de la liberación de GnRH en la eminencia media.
Los estrógenos disminuyen el aislamiento: el terminal axónico está rodeado por proyecciones de los tanicitos. Estas neuronas sufren cambios dinámicos cíclicos, de forma que durante la mayor parte del ciclo sexual están aislados y cuando nos acercamos al pico preovulatorio de LH donde antes había un aislamiento bastante bueno ahora ya no lo es tanto. En rosa se ve el espacio pericapilar que gana acceso a los terminales axónicos, bien por extensión filopodial o por evaginación a la lámina basal. Cuando los estrógenos suben y bajan modifican el aislamiento de los terminales, lo que favorece la liberación de GnRH.
Esto que se acaba de describir en la eminencia media también ocurre en las neuronas de GnRH en el hipotálamo. Los estrógenos le facilitan las cosas a las neuronas de GnRH para que secreten o para que reciben más o menos inputs de otras neuronas por variaciones en el recubrimiento. Los estrógenos potencian la acción de las neuronas de GnRH. El cambio del recubrimiento de los somas es algo que está detrás del dimorfismo sexual: las hembras reciben muchos más inputs en las neuronas que los machos.
Endocrinologia Arokargomez 4t Biologia/Bioquímica No puede descartarse que se coordinen a través de otras neuronas. Esquema. Puede ser que los estrógenos modifiquen las neuronas influenciadoras. Lo que está en azul es estimulador y lo que está en rojo es inhibidor.
EOP: Endogenous opiod peptides Dyn: dynorphin GABA: -aminobutyric acid Kiss1: kisspeptin 1 NKB: neurokinin-B NE: norepinephrine Glu: glutamate RFRP: RF-releasing peptides; are orthologs of RF-amide superfamily: -kisspeptins -26/43RFa -gonadotropin -inhibiting hormone (GnIH) Los esteroides sexuales ejercen feedback negativo sobre las neuronas de GnRH durante la mayor parte del ciclo.
En el masculino es durante todo el ciclo pero en el femenino durante la mayor parte del ciclo sexual ocurre muy parecido a lo que ocurre en machos. Sin estradiol hay unos picos magnificados, cuando se administra estradiol hay feedback negativo. Cuando se deja de administrar el estrógeno al cabo del tiempo se vuelve a donde estábamos.
Los estrógenos hacen feedback: hay múltiples elementos de respuesta, pero no hay ERE ni ARE, a pesar de que E y A suelen inhibir el eje HPG. Lo que los esteroides sexuales hacen es modificar la liberación, no la síntesis de GnRH. Se hace una comparativa de los niveles circulantes de LH vs los niveles circulantes de GnRH después de extraer los ovarios. Sham es el control. Si se saca el ovario no hay feedback y suben los niveles de LH. En el caso de GnRH no hay significancia, la liberación es muy parecida.
Endocrinologia Arokargomez 4t Biologia/Bioquímica En el estudio se introducen knockouts para ver cuál de los receptores es más importantes.
El de tipo alfa es muy parecido al efecto de la extracción de ovarios, por tanto es el más importante. Cuando se mira el efecto de GnRH es muy poco diferente aunque algo significativo. En el caso del receptor beta hay efectos pero la significancia es mucho menor. Los estrógenos al margen de los receptores clásicos también actúan sobre receptores no clásicos que no están muy claros aun cómo funcionan.
Si sumamos todo llegamos a concluir que probablemente los estrógenos actúan en otras neuronas. El grueso del feedback negativo del estradiol debe ir a neuronas X que son las que en realidad controlan la actividad eléctrica de otras neuronas, posiblemente mediado un poquito por receptores beta. Hay receptores de estrógenos en muchísimos sitios del SNC: muchísimo por el hipotálamo, por la amígdala, por la corteza, etc. por eso los cambios cíclicos en sangre evidentemente generan efectos cíclicos que afectan a la conducta.
Si se mantiene un número por un umbral se da un efecto negativo. En humanos se necesitan entre 300 y 500 picogramos/mililitro en sangre sostenido durante más de 36 horas para poder ovular. Esta cantidad depende del folículo, que en función de su tamaño se da antes o después (o no se da) la ovulación. En un mono ovariectomizado se implanta estradiol en diferentes tiempos: cuando la concentración de estrógenos que se consigue es muy bajo o durante muy poco tiempo el feedback es negativo, hasta que se da un valor umbral y en el tiempo que permita un feedback positivo que de ovulación.
La conclusión es que todo sería más sencillo de explicar si el feedback positivo y negativo estuviera controlado por dos poblaciones neuronales distintas. En ratones ovariectomizados a los que se administran estrógenos desde fuera, el pico de LH se da por la administración exógena de estrógenos. Es importante que ovulan en un momento del día concreto.
Esto ocurre cuando se tienen receptores alfa, sin el receptor no se da el fenómeno. Esta liberándose LH porque las neuronas de GnRH se ven activadas por los estrógenos. Hay un análisis donde en marrón se ven las neuronas de GnRH y para saber si están activadas o no se busca el marcador CFOS (marca el núcleo en oscuro cuando se activa). Se ve que en el ratón WT ovariectomizado tratado con estrógeno las neuronas se activan, y en el KO no.
El centro candidato a explicar el control del eje HPG (ovulación) reside en el AVPV. Las neuronas de GnRH dependen de otras neuronas, y al buscarlas se ve que en el AVPV (región anteroventral periventricular del hipotálamo). Inyectan un marcador que por transporte retrogrado aparecerá en este núcleo, y en esta imagen se ve que el ratón WT tiene activadas neuronas en respuesta a los estrógenos pero en el KO no.
Endocrinologia Arokargomez 4t Biologia/Bioquímica Había un receptor que si se knockea eres incapaz de generar pubertad. Si no funciona hay hipogonadismo, infertilidad, y muchos problemas para la pubertad. En un ratón KO para este gen tiene hipogonadismo muy severo. Se llamó Kiss. Con esto ya tenemos una proteína producida por neuronas que proyectan a neuronas GnRH que responden a los estrógenos. Ahora falta descubrir la otra población neuronal.
Esa proteína resulto ser una proteína que ya se conocía: la proteína que es el ligando del receptor es la que se llamaba metastina, y ahora se llama kisspeptina. Tiene funciones de controlar determinadas células tumorales y su metástasis.
Different Kiss neurons control the pulse generator and the ovulatory surge of GnRH.
Se observan más partes del cerebro. Se ve que la neurona GnRH recibe inputs de dos poblaciones de kisspeptina. La proteína siempre es estimuladora del gen GnRH. En el núcleo AVPV es muy distinto a las neuronas del núcleo arqueado (las primeras son estimuladas por los estrógenos y las segundas son inhibidas por ellos).
Lo importante no es la hormona en si sino la célula que lo produce: son neuronas las dos, las dos liberan kisspeptina, pero una no tienen nada que ver con la otra: el juego de canales de cada una es muy distinto, por ello cada una sigue un patrón de desarrollo dando efectos totalmente opuestos.
A nivel mecanístico los estrógenos regulan a las neuronas del núcleo arqueado inhibiéndolas, pero no se sabe cómo. Las neuronas de kisspeptina del arqueado ahora se llaman KNDy porque liberan Kiss1, Neurokinina B y Dynorphina. Esto es sensible a los estrógenos, que van variando a lo largo del ciclo.
Mientras que en el caso de las neuronas del arqueado sabemos muy poco del efecto de los estrógenos, en la AVPV sabemos que las neuronas responden a nivel transcripcional (mecanismos epigenéticos también involucrados), mecanismos transcripcionales clásicos. Y también hay otro nivel de regulación y es que la excitabilidad de la neurona también cambia a lo largo del ciclo (varía según el tipo de canales que tiene).
El pico preovulatorio se da en un momento concreto del día: un ratón ovariectomizado al que se administran estrógenos por la mañana se da un feedback negativo.
Si se administran a la tarde se da un feedback positivo.
Presumiblemente las neuronas de kisspeptina de la AVPV (y a lo mejor también otras) reciben inputs del SCN, que les chiva en qué hora del día estamos. Los ratones ovulan por la tarde y las humanas por la mañana (depende del ciclo si es diurno o nocturno). Un ratón con el núcleo supraquiasmático lesionado es prácticamente estéril.
Endocrinologia Arokargomez 4t Biologia/Bioquímica La malnutrición bloquea el ciclo sexual. El efecto es muy obvio en hembras, pero no mucho en machos. El mecanismo es el siguiente: la liberación de FGF21 se comporta como una hormona normal y corriente. Uno de los efectos que tiene es que en este contexto bloquea el output desde el núcleo supraquiasmático hasta el AVPV.
A lo largo de los mamíferos hay una transformación donde resalta la adquisición de actividad reproductora que antes no existía, pero hay más cambios a parte. Este proceso físico que dura años o días en función de la especie, depende de un ambiente endocrino muy bien sintonizado y lo que hace es finalizar programas de diferenciación que empezaron en el útero.
El principio de la pubertad es variable y misterioso. Estos cambios conducen a que en los libros de texto hoy día se considere que el peso corporal sea una variable para medir la evolución de la pubertad. Es cierto que el peso corporal y la nutrición son importantes, pero no hay un punto mágico que hagan iniciar la pubertad, hay más variables.
Hay una tendencia popular a considerar que la pubertad es un estadio más de la maduración del eje neuroendocrino y reproductor, pero esto no es así. Todos los estamentos que tienen que ver ya están listos años antes, pero están reprimidos. Por eso se baraja la hipótesis central de la inhibición de la pubertad, de lo que se trata es de soltar el freno.
Probablemente además de dejar de pisar freno haya que activar algunas cosas también, como las hormonas Kiss. Todo tiene que ver con la liberación de pulsos de hormonas diferentes.
Ni la altura afecta a la edad de la menarquia ni viceversa, pero la grasa corporal y el peso corporal en general sí que tienen influencia.
Al final está claro que todos los factores deben conseguir que las neuronas de GnRH disparen con la frecuencia debida para dar esterilidad. Se supone que hay que controlar los mismos mecanismos que funcionaran cuando se es adulto. No es tanto cambiar la síntesis sino que los picos de GnRH sean los adecuados. De la fase prepuberal a cuando se es adulto, cuando se hace la transición por la pubertad primero se reactiva por la noche pero no durante el día, y después durante el día y noche, esto indica que está conectado con el SNC:.
Hay muchos genes que tienen que ver con el peso, la grasa, el metabolismo, etc. pero a medida que las condiciones sanitarias, económicas, etc. mejoran lo que ocurre es que la edad de la menarquia va disminuyendo muy sensiblemente a medida que pasan los años y las condiciones mejoran.
El peso más o menos crítico para la menarquia es cuando se tienen unos 46 kg de peso, pero también en función del año. Paradoja: si en la fase intrauterina has crecido poco, más fácil es conseguir la llegada de la menarquia.
Endocrinologia Arokargomez 4t Biologia/Bioquímica El entrar en guerra se acompaña con un retraso en la edad de la menarquia. También hay una relación entre el PIB y la edad de la menarquia.
Experimento hecho en monos: se simula la liberación de GnRH cuando se llega a la pubertad (frecuencia de liberación diferente). Con animales inmaduros no hay problemas con la producción endógena (lo q se administra desde fuera no es relevante). Luego se simula inyectando lo que ocurriría en pubertad, y se ve que se necesita entre 2 y 3 meses para que el sistema funcione correctamente: aunque se de liberación pulsátil correcta la hipófisis tiene que aprenderlo. La fase folicular funciona mejor pero la fase lútea cuesta más.
Se entiende que la subida de estrógenos es fundamental para los cambios regulatorios antes de ir a la pubertad. Cuando cesa el GnRH el sistema vuelve a donde estaba. Es decir, aunque se hayan lanzado los ciclos no hay una memoria de esto, por tanto lo importante es la maduración de las neuronas del sistema. Todo lo que tiene que ocurrir es porque los estrógenos están muy altos, pero si se inyectan endógenamente estrógenos por si solos no se consigue lanzar el ciclo sexual. Lo fundamental entonces es el programa de desarrollo correcto de las neuronas de GnRH.
A microscopio se ve que las neuronas de GnRH cambian fisiológica y físicamente. A los 10-15 días de vida es muy distinta que a los 60 días: hay menos dendritas, y las que quedan incrementan la densidad de espinas.
Respecto a los receptores que deben responder a glutamato después de la pubertad; hay más receptores de ampa que de nmda (antes de la pubertad es al revés). Esto es lo que ocurre en ratón, no tiene por qué ser igual en otras especies.
¿La producción de kiss1 es relevante? Se bloquea la acción de Kiss o se adelanta su producción y a ver qué pasa con la menarquia. Cuando se bloquean los receptores de Kiss la pubertad se retrasa (rojo) y si se introduce un análogo de Kiss se avanza la pubertad (azul). Son muy relevantes.
En ratón, las neuronas de Kiss efectivamente dirigen el proceso, pero hay un paso anterior que no sabemos bien cual es. Las dos imágenes dicen que las neuronas de GnRH han de ser pre activadas por un sistema independiente de las neuronas de Kiss porque hace falta que se produzca una baja cantidad de estrógenos, que es la que necesitan las neuronas de Kiss para empezar a activar el mecanismo. Lo que tiene que ocurrir es que se eleve la producción de Kiss, haya más neuronas de Kiss, se eleva la sensibilidad, se acoplan mejor a la cascada de señalización y se eleva el número de receptores de Kiss. El núcleo importante es el AVPV.
Endocrinologia Arokargomez 4t Biologia/Bioquímica En ratas: se requiere que Kiss entre en acción pero los núcleos implicados son distintos. Liga mecanismos epigenéticos con el control de la pubertad. El núcleo importante es el arqueado. Entran en juego el grupito de proteínas que suelen funcionar como proteínas transcripcionales: se incrementa la metilación del promotor de estas dos proteínas, baja su expresión, salta de genes sensibles a estos represores, uno de ellos es el gen de Kiss que para ser realmente activado necesita cambios en la cromatina, por tanto se modifica la histona H3, el freno salta y se empieza a transcribir kiss1.
El estudio reconoce sus limitaciones porque no hay nada estudiado en machos, y además no se sabe cómo se relaciona con los disruptores endocrinos que influyen en los procesos.
Con la pubertad todo cambia, incluido el SNC. Marshall & Tanner son las diferentes fases de diferenciación.
Tampoco piensan con mucha claridad, los cerebros funcionan raros. Por resonancia magnética se busca cómo funcionan los cerebros de los adolescentes en comparación con el de los adultos. Cuando el adolescente desarrolla una tarea sencilla involucra más áreas cerebrales que lo que hace un adulto, como si le estuviera costando mucho más, necesita más activación o más partes cerebrales activadas.
De los cinco a los 21 años los cerebros pierden materia gris de una forma espectacular. Probablemente estamos delante de un proceso en que se producen muchas más células de las necesarias y en función de los targets recibidos unas sobreviven y otras mueren. La pubertad es entonces otra parte del desarrollo del cerebro, así que las que se están usando sobreviven y las otras se pierden.
Si se hacen comparativas cerebrales a partir de autopsias se puede analizar la distribución de neuronas. La corteza prefrontal dorsolateral desde 0 años hasta 12 sale que tenemos neuronas que van subiendo y a partir de los 10 años se empiezan a perder.
En otro estudio se compara el volumen de materia blanca con el índice de mielinizacion, donde sí que hay más dimorfismo sexual. En mujeres está más relacionado que en hombres, puede ser porque la testosterona afecta al calibre de los axones.
Esto explica porque tantas enfermedades mentales aparecen en la adolescencia. El déficit de atención e hiperactividad, abuso de drogas, enfermedades mentales, etc. es más fácil que aparezca todo esto en procesos de reconstrucción, hay lugar para más errores.
Pruebas funcionales Se hace una prueba en que se le pide que aprieten un botón en un ordenador cuando vean una cara calmada, y si es una cara alegre no. Van pasando por ordenador una sucesión de caras. Se hace una comparativa entre niños, adolescentes y adultos.
Los adolescentes pulsan la tecla cuando hay una cara alegre mucho más que los niños o adultos.
Están predispuestos a hacer una acción motora cuando no toca. Esto es totalmente correlacionable con cómo funciona el cerebro.
El estriado ventral está mucho más activo en adolescentes, o sea que el cerebro realmente funciona de forma diferente. Tienen como una representación exagerada de cuestiones apetitivas (una cara alegre da estímulos alegres, fiesta, drogas sexo!!!) Endocrinologia Arokargomez 4t Biologia/Bioquímica Otro test es: hay una imagen con un semáforo en rojo y se pide que lleguen al semáforo lo más rápido posible. Si eres muy atrevido llegas y destrozas el coche que hay detrás, es el riesgo que tomas en cuanto a la velocidad que adquieres para llegar al semáforo. Si no tienes a los amigos mirando eres más prudente que cuando están los colegas evaluando lo guay que eres. El estriado ventral se activa más cuando están los amigos que cuando no. La mortalidad tiene un pico en la adolescencia por esta anulación del juicio y del peligro.
Inteligencia y la pubertad: el coeficiente intelectual es una medida estándar de la capacidad intelectual humana y se consideraba estable a lo largo de la vida. Entonces se estudió si el IQ puede subir o bajar cuando estas en la adolescencia, y resulta que sí. Hacen un análisis longitudinal y analizan la inteligencia verbal, la no verbal, ven una asociación con las habilidades sensomotoras, etc. se ve que la capacidad intelectual sube o baja en la adolescencia. A los que le sale un IQ muy bajo les animaría este resultado, y a la vez en una altera a los que les dio un IQ muy bajo porque se puede perder si no se sigue usando.
Circuito de que hace un mismo gen en grupos filogenéticos distintos Una especie de pez tiene un macho dominante cuando viven varios individuos juntos. El macho dominante está muy muy transformado físicamente. Si se saca el macho dominante los otros inician la guerra para ver quién es el dominante. Cuando el cerebro del otro pez entiende que el contexto ha cambiado lanza mecanismos de dominancia, lo que significa que hay procesos que cerebrales que se activan: reactiva el eje HPG y las hormonas que vienen después harán lo pertinente.
El mismo gen exactamente pero en aves: cuando un macho oye a otro macho cantar en la zona del cerebro que procesa la audición se eleva el procesamiento de egr1. La siguiente vez que se oye la canción la respuesta es muy inferior. Si el macho esta solo no es lo mismo que si hay más machos que competirán por el puesto de dominancia.
Este mismo gen (egr1) es el mismo que el NGF1-A (el que hace que cambien las crías según si la madre es una hija de puta o no).
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