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El sistema kisspeptina en peces: Avances en la caracterización
molecular y fisiológica de los genes kiss/gpr54 en la lubina,
Dicentrarchus labrax.
A. Felip, F. Espigares, S. Escobar, M.V. Alvarado, S. Zanuy, M. Carrillo y A. Gómez
Instituto de Acuicultura de Torre de la Sal (IATS), Consejo Superior de Investigaciones Científicas
(CSIC), Ribera de Cabanes, 12595, Castellón. e-mail: [email protected]
Abstract
Kisspeptin and its receptor Gpr54 play an important role in mammalian reproduction. To date, up to three distinct kiss and four
gpr54 genes have been identified in vertebrates. In fish, the kiss1and/or kiss2 and their cognate kisspeptin receptors (gpr54-1b
and/or gpr54-2b) have been characterized in a number of teleosts including, Beloniformes, Cypriniformes, Mugiliforms,
Pleuronectiforms, Tetraodontiforms, Gasterosteiforms and other Perciforms such as sea bass. From them, only the medaka,
zebrafish, goldfish and sea bass have two kiss and two gpr54 genes whereas other fish possess one form of ligand and receptor.
Because these genes possess conserved structural organization, it is suggested that these genes originated from a common ancentral
form. Phylogenetic and synteny analyses support this hypothesis. Evidence exits this neuroendrocrine system plays a relevant role in
fish reproduction. Presently studies in sea bass include the characterization of this system in the brain and the ligand-receptor
interactions as well as quantitative monitoring of kiss/gpr54 gene expression patterns under different environmental/physiological
conditions.
Justificación
La identificación del sistema kisspeptina en mamíferos ha sido un hallazgo relevante en el campo de la
neuroendocrinología de vertebrados. Los componentes de este sistema, los genes Kiss y Gpr54, están
implicados en la regulación del eje gonadotropo y el control de la pubertad en mamíferos, aunque también
se les ha relacionado con otras funciones fisiológicas vitales (Tena-Sempere, 2010). Su caracterización en
peces ha supuesto el esfuerzo de varios grupos de investigación en los últimos siete años, demostrándose
la existencia del mencionado sistema en teleósteos y su implicación en la reproducción (Carrillo et al.,
2009; Zohar et al., 2010). En la actualidad se han descrito tres genes distintos que codifican para las
kisspeptinas y cuatro que codifican para los receptores Gpr54 en vertebrados. Ciertas especies como la
medaka, el pez cebra, el carpín dorado y la lubina poseen dos genes kiss (kiss1, kiss2) y dos gpr54
(gpr54-1b, gpr54-2b). Sin embargo, otras como la tilapia, el lenguado, el fletán, el jurel, la anguila o el
atún, sólo poseen el par kiss2/gpr54-2b. Estudios filogenéticos y de sintenía muestran la compleja historia
evolutiva de este sistema, cuya aparición se remonta a más de 600 millones de años. En la lubina, una
especie de interés en acuicultura, la clonación de las kisspeptinas y sus receptores ha permitido realizar
estudios sobre los patrones de expresión tisular, el análisis funcional in vivo de los péptidos kiss1 y kiss2
asi como la determinación de las interacciones ligando-receptor in vitro, contribuyendo
significativamente a la caracterización molecular de los sistemas kisspeptina en esta especie (Felip et al.,
2009, 2011). Asimismo, estudios neuroanatómicos y de expresión génica bajo distintas condiciones
experimentales, intentan dilucidar los mecanismos de control que regulan este sistema en peces.
Material y Métodos
Las secuencias de los genes kiss/gpr54 disponibles en diferentes bases de datos de vertebrados (Ensembl
Genome Browser, http://www.ensembl.org y NCBI, http://blast.ncbi.nlm.nih.gov) se han utilizado
como información de referencia para amplificar y clonar los componentes de los sistemas kisspeptina en
la lubina (Felip et al., 2009, 2011). Se han realizado análisis filogenéticos y de sintenía que han ayudado a
esclarecer la posible historia evolutiva de este sistema en vertebrados. Asimismo, los análisis del tipo RTPCR han determinado los patrones de expresión de estos genes en diferentes tejidos en machos y hembras
de lubina.
Resultados y Discusión
El número de especies de teleósteos en las que se ha identificado algun componente del sistema
kisspeptina ha incrementado considerablemente desde el 2004 (Fig. 1A). Los estudios actuales han
demostrado que pueden coexistir hasta tres genes kiss y tres gpr54 en el caso de anfibios y dos en el caso
de los genomas de peces. Aunque el par kiss2/gpr54-2b se ha encontrado comúnmente en teleósteos, los
genes kiss1 y gpr54-1b también se han encontrado en un número reducido de peces. Los análisis de
sintenia demuestran que en una misma especie, estos genes están localizados en cromosomas distintos
pero en regiones cromosómicas conservadas entre vertebrados. La expresión de estos genes en el cerebro
y en la gónada (Fig. 1B) y la capacidad de las kisspeptinas, principalmente de kiss2, para estimular la
liberación de gonadotrofinas en la lubina (Fig. 1C) sitúan a este sistema como un elemento clave de la
regulación neuroendocrina de la reproducción de peces (Carrillo et al., 2009; Felip et al., 2009, 2011;
Zohar et al., 2010).
Bazo
Riñón
Hígado
Intestino
Branquia
Gónada
Cerebro
Pituitaria
Corazón
Ojo
Piel
Músculo
C-
B
Número de especies de peces
2004-2011
(20)
20
15
(12)
kiss1
kiss2
gpr54-1b
gpr54-2b
ef1a
(6)
5
HEMBRAS
0
kiss1
kiss2
gpr54-1b
gpr54-2b
MACHOS
7
MACHOS
10
(4)
C
kiss1
kiss2
gpr54-1b
*
6
LH (ng/ml)
A
5
*
vehículo
kiss1
kiss2
4
3
2
1
0
Juveniles
Adultos
gpr54-2b
ef1a
Figura 1. Caracterización de los sistemas kisspeptina en teleósteos. (A) Número de especies de peces en
las que se han identificado las distintas formas de los genes kiss y gpr54. (B) Análisis de expresión tisular
mediante RT-PCR de los genes kiss y gpr54 en machos y hembras adultos de lubina. Uniformidad de los
RNAs evaluada con el gen ef1. C- control negativo de las PCR usando agua estéril como molde. (C)
Efecto de la administración intramuscular de los péptidos kiss1 y kiss2 de lubina sobre la secreción de la
hormona luteinizante (LH) 2h después de la inyección en machos juveniles y adultos de lubina. *P<0,05.
Bibliografía
Carrillo, M., S. Zanuy, A. Felip, M.J. Bayarri, G. Molés y A. Gómez. 2009. Hormonal and environmental
control of puberty in perciform fish. The case of sea bass. Trends in Comparative Endocrinology and
Neurobiology: Annals of the New York Academic of Sciences. 1163: 49-59.
Felip, A., S. Zanuy, R. Pineda, L. Pinilla, M. Carrillo, M. Tena-Sempere y A. Gómez. 2009. Evidences
for two distinct KiSS genes in non-placental vertebrales that codes kisspeptins with different
gonadotropin-releasing activities in fish and mammals. Molecular and Cellular Endocrinology. 312: 6171.
Felip, A., F. Espigares, S. Zanuy y A. Gómez. 2011. Isolation and characterization of two kisspeptin
receptors in a teleost fish with differential selectivity of their cognate ligands. Biology of Reproduction.
(enviado).
Tena-Sempere, M. 2010. Roles of kisspeptins in the control of hypothalamic-gonadotropic function:
Focus on sexual differentiation and puberty onset. En: Pediatric Neuroendocrinology Endocr. Dev. Basel.
S. Loche, M. Cappa, L. Ghizzoni, M. Maghnie y M.O. Savage (Eds,), Karger: vol 17, 52-62.
Zohar, Y., J.A. Muñoz-Cueto, A. Elizur y O. Kah. 2010. Neuroendocrinology of reproduction in teleost
fish. General Comparative Endocrinology. 165: 438-455.
Agradecimientos
Este trabajo fue financiado por los proyectos GV06/268 y PROMETEO/2010/003 de la Generalitat
Valenciana, LIFECYCLE (FP7222719) de la Comunidad Europea y AGL2009-11086 del MICINN.