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Regulación R l ió de d lla secreción ió de Gonadotrofinas. GnRH 2014 Dra. María Silvia Bianchi Lab. de Neuroendocrinología IByME-CONICET GONADOTROFINAS LH 28K FSH 33K Glicoproteínas p diméricas (() ) secretadas por p los ggonadotropos p (basófilos). Constituyen el 15% de las células adenohipofisarias Ambas están compuestas p ppor dos subunidades gglicoproteicas p distintas, unidas no covalentemente: : subunidad común (LH, FSH, TSH, CG) (cr 6) : confiere especificidad - FSH (cr 11) - LH (cr 19) - CG (cr 19) Ambas subunidades están codificadas por genes únicos ubicados en cromosomas distintos en la gran mayoría de los casos estudiados. Gonadotropos: población heterogénea • liberan FSH • liberan LH • liberan ambas • inactivos FUNCIÓN DE LAS GONADOTROFINAS LH: función principalmente endocrina (promueve esteroidogénesis) Secreción S ió basal, b l constitutiva. i i Secreción S ió principal i i l pulsátil l á il es regulada l d por GnRH G RH Hembras: células tecales en el folículo en desarrollo : Testosterona y P4 células de granulosa preovulatorias (con R-LH): E2 - induce la ovulación - formación de cuerpo lúteo células luteales (originadas de la teca, granulosa y estroma): P4 Machos: células de Leydig: T FSH: función principalmente gametogénica Secreción principalmente constitutiva (sínt.=secr.) Hembras: células de la granulosa: crecimiento y maduración de folículos ováricos - E2 - P4 - P450 aromatasa Machos: células de Sertoli: - crecimiento testicular - estimula espermatogénesis - síntesis de la proteína ligadora de andrógenos SECRECIÓN PULSÁTIL DE LH La regulación de la secreción de LH y FSH es altamente compleja, involucrando variaciones pulsátiles diurnas, cíclicas o propias del estadio de desarrollo o de vida del animal secreción. También es distinta según el sexo. EJE HIPOTÁLAMO-HIPOFISO -GONADAL Estímulos externos: •Luz u •Temperatura •Olfato •Presencia del sexo opuesto CEREBRO Estímulos internos: HIPOTALAMO •Niveles hormonales •Peso corporal •Emociones •Stress GnRH GLANDULA HIPOFISIS Vasos hipofisarios portales _ FSH _ + Péptidos Pé id gonadales: d l •Activina •Inhibina •Folistatina Función endocrina Función gametogénica LH Feedback positivo y negativo NIVELES DE REGULACIÓN DE LA FUNCIÓN SEXUAL Estrógenos Progesterona Testosterona Dehidrotestosterona Caracteres sexuales secundarios NIVELES DE REGULACIÓN DE LA FUNCIÓN SEXUAL SNC: mediante secreción hipotalámica del GnRH (1 pulso GnRH = 1 pulso de LH) Adenohipófisis (AHf): mediante secreción de FSH y LH Gónadas: mediante secreción de las hormonas esteroideas: - E2, P4 - T, DHT hormonas proteicas: - inhibina - activina - folistatina En mamíferos, la maduración sexual y las funciones reproductivas normales requieren la integración y correcta coordinación de las hormonas a nivel hipotalámico, hipotalámico hipofisario y gonadal. La interacción de estos tres niveles de regulación y secreción hormonal da origen a los ciclos estrales en la rata y a los menstruales en la mujer. mujer La reproducción en mamíferos tanto hembras como machos depende críticamente de la neurosecreción apropiada de GnRH ROL DEL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL GENERADOR DE PULSOS DE GnRH Y PULSATILIDAD DE LAS GONADOTROFINAS mGnRH Gonadotropin Releasing Hormone H m Hormona Lib Liberadora d d G de Gonadotrofinas d t fi Pyro. Glu1-His2-Trp3-Ser4-Tyr5-Gly6-Leu7-Arg8-Prl9-Gly10. amida Decapéptido aislado a comienzos de los ´70 a partir de hipotálamo de porcinos y ovinos. ÁREA HIPOTALÁMICA ANTERIOR • LHRH= GnRH NVM •Estructura idéntica en humanos, primates, rata y ratón. • Sintetizado en hipotálamo y liberado de manera pulsátil en la eminencia media a la circulación portal por un mecanismo dependiente de Ca++. • Actúa sobre gonadotropos hipofisarios induciendo síntesis y secreción de LH y FSH. ARTERIA HIPOFISARIA SUPERIOR EMINENCIA MEDIA TRONCO ENCEFÁLICO ASAS PORTALES HIPOFISARIAS • Sintetisado Si t ti d a partir ti de d un péptido é tid precursor más á largo l : pre-pro-GnRH (92 aa) 5’.Sec.señal-GnRH(10aa)-sec procesam. proteolítico y amidación-GAP.3’ ARTERIA HIPOFISARIA INFERIOR VARIANTES DE GnRH • Se han identificaron 25 isoformas de GnRH en diversos vertebrados y protocordados, denominadas comúnmente de acuerdo al nombre de la especie en la cuál han sido originalmente descriptas. • GnRH de mamífero (mGnRH) ó GnRH-I (forma hipotalámica) • chicken GnRH ó cGnRH-II es la forma más ubicua en vertebrados • Son péptidos altamente conservados en cuanto a su longitud (10 aa)) y a sus extremos NH3NH3 y COOH-terminales. COOH i l Son S los l que se unen al receptor (horquilla). •La mayoría de los vertebrados poseen por lo menos 2 variantes de GnRH, incluido el ser humano: mGnRH (GnRH-I), cGnRH-II (GnRH-II) y sGnRH? • La variante cGnRH-II es la forma más ubicua en vertebrados • La similitud en la organización de los genes que codifican para las distintas variantes de GnRH sugiere la evolución a partir de un gen ancestral común • Aún no se sabe con certeza que función cumplirían estas otras variantes. Se ha propuesto que GnRH-II, jugaría un rol en el comportamiento sexual EFECTOS DEL GnRH • Estimula síntesis y liberación de gonadotrofinas •Neuromodulación: Cambiar patrones de disparo de varias neuronas (GnRH presente en terminales nerviosas presinápticas). RcGnRH ampliamente distribuidos en cerebro de rata: - VMN del HT - núcleo arcuato - bulbo olfatorio - núcleo olfatorio - septum t - amigdala - hipocampo • Posiblemente mediación de estímulos olfatorios • Regulación de la función ovárica y testicular (RcGnRH en gónadas: ovario-humanos, ovario y testículo-rata) • Inmunoestimulación (R-GnRH Sistema Inmune ) • Secreción placentaria • Regulación del comportamiento sexual (GnRH-II: inyección intraventricular en la rata promueve conducta de lordosis y apareo) NEURONAS GnRH Se originan del epitelio de la placoda olfatoria y migran guiadas por fibras olfatorias desde la nariz a través del septum nasal hacia el área septal preóptica e HT (SNC). (SNC) No forman núcleos bien definidos: red abierta de 1.000 a 3.000 neuronas. Primates: 2 tipos de neuronas GnRH morfológicamente diferentes - Hipotálamo Anterior y otras regiones extrahipotalámicas: cuerpos neuronales con contorno citoplasmático liso Regulación comportamiento reproductivo. - Hipotálamo Medio Basal (sus axones terminan en EM): cuerpos neuronales con contorno citoplasmático espinoso R l ió secreción Regulación ió de d FSH y LH Receptores de estradiol: ER ER? (controvertido) GPR130? (Efectos directos o indirectos? Efecto del E2 sería sólo a través de los ER Secreción: - los gránulos se secretan por mecanismo dependiente de Ca2+ - secreción pulsátil - Neuronas GnRH aisladas tienen secreción pulsátil. Conexiones dendrodendríticas entre neuronas GnRH. Posible rol en la sincronización de estas neuronas y/o en la autoinhibición del disparo neuronal. Poseen R-GnRH PULSATITILIDAD NEURONAS GnRH La secreción episódica del decapéptido es una propiedad intrínseca de la neurona GnRH y depende de mecanismos de señalización intracelulares que conducen hacia ráfagas de liberación de GnRH coordinadas RECEPTORES DE GnRH TIPO I: (clásicos Rc hipofisarios) (327 aa) TIPO II:(379 aa) • Todos los RGnRH de mamíferos a excepción del RGnRH tipo II de primates • Todos los receptores de vertebrados no mamíferos y el RGnRH tipo II de primates •Sin extremo C-terminal intracelular Internalización pobre y desensibilización lenta •III loop intracelular corto •Con extremo c-terminal intracelular Internalización y desensibilización: rápida •39% homología con el de TIPO I •Se acopla a proteína Gq/11, Gs, Gi •Se acopla a proteína Gq/11 •Localización ubicua •Localización L li ió más á ubicua bi • Alta afinidad por mGnRH (10-15 veces más que para cGnRH-II) •Alta afinidad por cGnRH-II (400 veces más que mGnRH) NO FUNCIONAL EN HUMANOS !!!! • Número variable en gonadotropo: antes del pico de LH y en la castración. luego del pico de LH, exposición a andrógenos, en la preñez y lactancia Estimulado por: activina, estradiol, GnRH (respuesta bifásica) • Inhibido por: progesterona, inhibina RESPUESTA BIFÁSICA DE LOS RECEPTORES EN GONADOTROPOS • Concentraciones bajas o fisiológicas de GnRH en pulso : estimulan síntesis de Rc GnRH. UP REGULATION no asociado a un aumento en la sensibilidad: máx. á liberación lib ió de d LH con 20 % Rc R ocupados. d Receptores sobrantes podrían ser válidos en otras funciones de los gonadotropos en respuesta a GnRH: - liberación de FSH - biosíntesis de gonadotrofinas - síntesis del Rc Concentraciones constantemente altas de GnRH: DOWN REGULATION por internalización física del receptor ocupado por el agonista, acompañado por un desacople al sistema de transducción de señales. DESENSIBILIZACIÓN : pérdida de la capacidad de respuesta de la AHF a GnRH GnRH-I: desensibilización en los caminos de señalización. El número de receptores de GnRH podría jugar un rol en la señalización diferencial y mediar diferentes efectos celulares en respuesta a GnRH. VÍAS DE TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES DEL R-GNRH •Secreción de gonadotrofinas •Fosforilación de proteínas •Expresión génica → síntesis de proteínas Activación de las cascadas de MAPK: ERK 1/2, cJNK, MAPK p38 y BMK1/ERK5 mediante un mecanismo PKC, Ca++ y tirosin Kinasa dependiente UN CENTRO HIPOTALÁMICO: NÚCLEO ARCUATO EN PRIMATES (monos Rhesus) Un único centro de GnRH hipotalámico comprometido en la regulación del ciclo: el Núcleo arcuato (NA) del HTMB Después del aislamiento quirúrgico total del HTMB pueden mantener picos pulsátiles e inducidos por estrógenos tó d gonadotrofinas. de d t fi • Pulsatilidad de las neuronas GnRH • Cambios en la frecuencia y/o amplitud de liberación de GnRH involucrados en la formación del pico y el mantenimiento de la ciclicidad. El patrón de secreción de GnRH sugiere la existencia de una red neuronal que permita sincronizar a estas neuronas. GENERADOR DE PULSOS Un grupo de neuronas que dispara periódica y sincronizadamente, una descarga de potenciales de acción de alta frecuencia, lo que resulta en la neurosecreción de un pulso d GnRH de G RH a los l vasos portales. t l Moduladores indirectos Moduladores directos Receptores metabotrópicos AMPc IP3 Receptores ionotrópicos Na+ Cl- Oscilador endógeno (Neurona de GnRH) R-GnRH Control autocrino La secreción pulsátil de GnRH característica de las neuronas hipotalámicas depende de la interacción autócrina entre GnRH y sus receptores presentes en las neuronas GnRH señal qque induce acople p eléctrico entre neuronas (sincronización) GnRH (liberación pulsátil) FUNCIÓN DEL GENERADOR DE PULSOS La red neuronal que conforma el generador de pulsos regularía: La coordinación de las neuronas GnRH - contenido de GnRH liberable La amplitud del pulso que depende de - dinámica di á i del d l proceso de d secreción ió - grado de sincronización entre neuronas La L frecuencia f i del d l pulso l que depende d d de d - frecuencia de generación del potencial de descarga (generador de pulso) MODULADORES DEL GENERADOR DE PULSOS • Esteroides gonadales: E2: estimulatorio o inhibitorio según sus niveles P4: inhibitorio (en presencia de E2) + T: inhibitorio P4 + • Neurotransmisores •Inhibitorios: Opioides DA (lactancia) GABA E2 + E2 + E2 OP NPY •Estimulatorios: Histamina aa excitatorios NPY, VIP (directo e indirecto) NA A (mono) NA, (mono), mujer controvertido •Inhibitorios/Estimulatorios: Serotonina • GnRH: control autocrino y paracrino • LH: inhibitorio ( transporte reverso) • Neuropéptidos RFamida: (C-terminal :Arg-Phe amida) E2 GLU + GnIH- Kisspeptina (yin y yang) inhibitorio - estimulatorio + - - GABA GnRH + + P4 + E 2 DA + + E2 OP + EM NA SER + +E2 HA +- E2 GABA - E2 + Kisspeptinas •en tumores, hipotálamo, placenta, ovario (cél granulosa). • Receptor: GPR54 (Gq/11). • 2003: pacientes con mutaciones en GPR54, hipogonadismo-hipogonadotrópico (estado prepuberal perpetuo) • Estimula secreción de GnRH. •Neuronas Kiss-1 en los núcleos Arc y AVPV en roedores, en primates: Arc y APO. •Neuronas Kiss poseen ER, ER PR y AR •Median efectos de esteroides sexuales: -T y E2 (niveles bajos) inhiben expresión de Kiss-1 en Arc (feed-back-, (feed back regularían pulsatilidad) -E2 (niveles altos) estimula expresión de Kiss-1 en AVPV (feed-back+, contribuiría al pico preovulatorio). Diagram showing positive and negative feedback inputs into the hypothalamic-pituitary-gonadal (HPG) axis through KiSS-1neurons in the anteroventral periventricular nucleus (AVPV) and arcuate nucleus (Arc) within the hypothalamus of rodents (grey box), which are projecting to co-localise with GnRH neurons in the preoptic area and median eminence. In sheep and primates, only the Arc is involved. ER, estrogen receptor; PR, progesterone receptor; AR, androgen receptor. Coordinación entre el estado metabólico y el reproductivo Estado metabólico Detectores de reserva perisféricos (leptina, insulina, grelina) y centrales (orexinas, NPY) -Leptina Leptina (indirecto) e insulina (directo) activan expresión de GnRH) - Kiss-1 disminuye en el ayuno - Ratones ob/ob (sin leptina) → menor expresión ió de d Kiss-1 Ki 1 -Leptina ↑ Kiss-1 y GPR54 mRNA participación en la coordinación entre el estado metabólico y el reproductivo . •Kiss está estrechamente regulado por señales internas y externas : -Esteroides ste o des go gonadales: ada es: ssincronizar c o a eel cciclo co ovárico -Melatonina: sincronizar la reproducción estacional con buenas condiciones ambientales. -Leptina: L ti censar la l existencia i t i de d almacenes l d de energía adecuados para sobrellevar las demandas del eje HHG, la preñez y lactancia. Regulador y mediador clave de la biología reproductiva en mamíferos, responsable de modular el pico de LH, la ovulación y la liberación diaria de GnRH. Kisspeptin neurons may act as central processors for relaying signals from the periphery to GnRH neurons. Metabolic and environmental factors regulate reproductive function, which ensures that reproduction proceeds only when metabolic and environmental conditions are favorable. Kisspeptin stimulates GnRH secretion, and Kiss1 mRNA is both negatively and positively regulated by sex steroids (see g 1 and text for details). ) The expression p of Kiss1 mayy be Fig. induced by leptin, whose plasma levels reflect the state of metabolic reserves. Kisspeptin neurons may also receive input from the hypothalamic-pituitary-adrenal axis and from environmental cues such as photoperiod via the suprachiasmatic nucleus of the hypothalamus (SCN). GnIH: Hormona Inhibitoria de Gonadotrofinas • Descripto en aves (codorniz): 12 aa • Homólogo en primates, primates humanos, h manos roedores: roedores RFRP‐3 RFRP 3 Inhibe síntesis y secreción gonadotrofinas a nivel hipofisario Inhibe la secreción de LH estimulada por GnRH • GnIH-R: G IH R GPCR, GPCR colocaliza l li con LH y FSH en hipófisis hi ófi i está presente en neuronas GnRH •aumenta en fotoperíodos cortos, alta melatonina The proposed mechanisms of action of GnIH on gonadotropin synthesis and release and the action of melatonin on GnIH expression. GnIH is a newly discovered hypothalamic neuropeptide that inhibits gonadotropin release in the quail brain (Tsutsui et al., 2000). Cell bodies of GnIH neurons are localized in the paraventricular nucleus (PVN). Terminals of GnIH neurons are localized in the median eminence (ME) and GnRH neurons in the preoptic area (POA). GnIH receptor (GnIH-R) is expressed in gonadotropes in the pituitary and GnRH neurons in the POA. POA Thus, Thus GnIH acts directly on gonadotropes in the pituitary via GnIH receptor to inhibit gonadotropin release and synthesis. GnIH may also act on GnRH neurons in the POA to inhibit GnRH release. Melatonin originating from the pineal g p gland and eyes y induces GnIH expression p in GnIH neurons. Melatonin receptor (Mel1c) is expressed in GnIH neurons. Thus, melatonin acts directly on GnIH neurons via melatonin receptor (Mel1c) to induce GnIH expression. Tsutsui, Progress in Neurobiology 88 (2009) 76–88 Estrés Las funciones reproductivas en mamíferos pueden ser suprimidas por varias condiciones de stress a través de la activación del sistema de stress central y periférico. Esto podría dar mayor prioridad a la supervivencia individual que al mantenimiento de la especie. El stress activa el eje HHA. Varios de sus componentes inhiben la secreción de GnRH/gonadotrofinas a nivel hipofisario y/o hipotalámico: ? - - • CRH: inhibe secreción GnRH ((efecto directo y via opiodes endógenos) • Glucocorticoides: ↓ respuesta hipofisaria a GnRH •ACTH •AVP ↓respuesta hipofisaria a GnRH ↓ liberación de GnRH Stress causes activation of the HPA axis and suppression of the HPG axis. Stress-induced suppression of GnRH release is mediated by PGs in the brain. Glucocorticoids released from the adrenal cortex play a protective role in maintaining the HPG activity during stress by suppressing cyclooxygenase-2 (COX2) activity and, thus, PG synthesis. Células gliares y endoteliales hipotalámicas: Sitios de acción y mecanismo involucrados en la regulación de la secreción de GnRH •Secretan PGE2 y factores de crecimiento (TGFs, bFBF, IGF-1) que controlan la actividad de las neuronas GnRH. GnRH •Regulan la conectividad sináptica sobre las neuronas GnRH y en áreas hipotalámicas que proyectan hacia neuronas GnRH. (ej: en NA) – plasticidad sináptica•Controlan el acceso de las terminales GnRH hacia la vasculatura portal en la EM •Liberan factores qque afectan a las neuronas GnRH o modulan la actividad sináptica de otras neuronas hipotalámicas involucradas en el control de las células GnRH . Summary of the sites of action and the mechanisms involved in the regulation of GnRH secretion by astroglia. 1) Astrocytes secrete PGE2 and growth factors [TGFs, basic fibroblast growth factor (bFGF), IGF-I] that act on GnRH neurons. 2) Astrocytes regulate synaptic connectivity onGnRHneurons and in hypothalamic areas projecting to GnRH neurons, such as the hypothalamic arcuate nucleus Tanycytes control the access of GnRH terminals to portal vasculature in the median eminence and release factors that affect GnRH neurons or modulate synaptic plasticity of hypothalamic neurons involved in the control of GnRH cells. prostaglandinas, regulando el No de sinapsis y los • Células gliares: factores de crecimiento, niveles de NT (glutamina sintetasa) ROL DEL OVARIO FEEDBACK DE LOS ESTEROIDES Y PÉPTIDOS GONADALES SOBRE LA SECRECIÓN DE GONADOTROFINAS ESTRÓGENO Principal p componente p ovárico involucrado en la regulación g de LH → niveles de LH similares en fase folicular (secreción de P4 mín.) y en la fase lútea (secreción de P4 máx.) Feedback Negativo (niveles basales) asa es) HF HT HF Feedback Positivo (niveles altos y sostenidos)) HT - inhibe síntesis y secreción de LH - inhibe síntesis y secreción de GnRH ( amplitud de pulso de GnRH) Indirectamente? - descarga de NT inhibitorios - sensibilidad a GnRH (reclutam. (reclutam de gonadotropos activos) - síntesis de LH - receptores P4 - receptores p GnRH - Síntesis y secreción de GnRH (indirectamente?) - descarga de neurotransmisores estimulatorios (E, NE y SEROT) - inhibe neuronas inhibitorias (DA, Opiáceas) RETROALIMENTACION NEGATIVA DE E2 A NIVEL HIPOFISARIO BLOQUEANTE -ADRENÉRGICO ADRENÉRGICO MONAS RHESUS OVX MONAS RHESUS OVX + LESIÓN EN HTMB E2 RETROALIMENTACION NEGATIVA Y POSITIVA DE E2 A NIVEL HIPOFISARIO MONAS RHESUS OVX + LESIÓN EN HTMB •Feedback negativo: reducen la respuesta de la hipófisis a GnRH •Feedback positivo: mayor respuesta secretoria a un pulso de GnRH (↑ síntesis de LH, ↑ R-GnRH) PROGESTERONA Ef t inhibitorio Efecto i hibit i (a altas concentraciones) HT HF Efecto facilitatorio HT - inhibe S! de LH y FSH vía opiáceos (principalmente en fase lútea frecuencia y amplitud de los pulsos de GnRH) - sobre el pico preovulatorio de LH sólo bajo previo efecto de E2 pues éste el No de receptores de P4 - aumenta los niveles de mRNA de FSH -sobre liberación de GnRH, también junto E2, disminuyendo la actividad opioide - Disminuiría la degradación de GnRH así potenciaría el efecto del E2 Los efectos dependen del medio predominante general de esteroides gonadales El aumento de P4 preovulatorio necesario para que el pico de las gonadotrofinas se de en su totalidad: rata + anti prog. previo pico gonadotrofinas pico de gonadotrofinas de menor amplitud PEPTIDOS GONADALES Regulan selectivamente la síntesis y secreción de FSH INHIBINA- ACTIVINA Estructura dimérica: Subunidades codificadas por genes controlados independientemente Cambios en la secreción gonadal de inhibina generalmente paralelo a cambios en mRNA : - niveles favorece dimerización - niveles i l favorece f di dimerización i ió . mRNA subunidad : células de la granulosa (principalmente), tecales y luteales Hembras: - FSH y E2 Co mRNA y secreción de inhibina - E2 respuesta de inhibina a FSH. FSH es el estimulador primario para la expresión del gen de la subunidad y la secreción de inhibina por células de la granulosa. mRNA subunidad : Hembras: - FSH y E2 la expresión de mRNA B regulación coordinada y B FOLISTATINA Flia de proteínas monoméricas glicosiladas con actividad supresora de FSH. Gónadas: síntesis probablemente regulada por gonadotrofinas. Hipófisis: GnRH aumenta su expresión FUNCIÓN INHIBINA Hipófisis: - Suprime síntesis y contenido de FSH (origen - liberación basal y estimulada por GnRH de FSH. FSH gonadal) - receptores de GnRH sin alterar la secreción hipotalámica de GnRH - Bloquea up regulation del RGnRH por GnRH • Ovario: - síntesis de andrógenos ACTIVINA • Hipófisis: - vida ½ mRNA FSH y secreción de FSH. (origen - número de gonadotropos que secretan FSH hipofisario) - la secreción de FSH inducida por GnRH. - secreción de FSH en Hf desensibilizadas a GnRH • Ovario: - actividad aromatasa inducida por FSH - R-FSH - R-LH FOLISTATINA (origen hipofisario) Unión rápida e irreversible a activina bloqueando su efecto compite sus receptores (más efectiva que la inhibina). inhibina) NIVELES DE GnSAF EN LÍQUIDO FOLICULAR Y EN SUERO DURANTE EL CICLO GnSAF: - Factor atenuante del pico de gonadotrofinas - reduce d la l respuesta de d LH all GnRH G RH - síntesis estimulada por FSH No hay correlación entre bioactividad de GnSAF y las concentraciones de inhibina A,, inhibina B, E2 y P4 en el fluido folicular Síntesis de GnSAF relacionada con el tamaño folicular La principal función de GnSAF sería regular negativamente la secreción pulsátil de LH en la I mitad de la fase folicular jugaría un rol crítico en la regulación de la foliculogénesis y la secreción de E2 REGULACIÓN AUTOCRINA / PARACRINA Posibles interacciones paracrinas y autocrinas Muchas de estas interacciones son dependientes de E2 Gonadotropos: - expresan mRNA subus y B. - S! activina B e inhibina Activina: efecto autócrino/ parácrino estimulatorio sobre la S! y secreción de FSH, necesaria para mantener los niveles basales de mRNA FSH in vitro. Folistatina: mRNA FS en la tarde de proestro FS puede regular la secreción de FSH durante el pico de gonadotrofinas. Activina: aumenta la síntesis de FS en la AHf, efecto que podría servir como un feedback corto para limitar la acción de activina. Síntesis de GnRH en gonadotropo. Probable rol autócrino en el mantenimiento de la liberación basal de LH GnRH HIPOFISARIO GnRH HIPOFISARIO Agonista A i t GnRH G RH Agonista + Antagonista GnRH Secreción basal Antagonista GnRH Secreción inducida por Agonista Probable rol autócrino en el mantenimiento de la liberación basal de LH INPUTS Y OUTPUTS DEL GONADOTROPO Inputs y Outputs del gonadotropo GnSAF GnIH (-) Kisspeptina (?) COMPORTAMIENTO DIFERENCIAL DE LAS GONADOTROFINAS LH y FSH no se comportan t dde iiguall manera en di distintas ti t situaciones: it i Ciclo vital Pico preovulatorio Fase folicular tardía ♂♂ Post gonadectomía Distinta respuesta a estímulos farmacológicos ♀♀ FRECUENCIA Y AMPLITUD DE PULSOS DE GnRH alteran la relación FSH/LH secretada FRECUENCIA frecuencia amplitud FSH AMPLITUD frecuencia amplitud LH FACTORES QUE ALTERAN LA RELACIÓN EN LA SECRECIÓN DE FSH/LH EN EL GONADOTROPO Aumento en la relación FSH/LH Aumento en la relación LH/FSH • Baja frecuencia de GnRH • Alta frecuencia de GnRH • Bajo número de R-GnRH • Alto número de R-GnRH • Baja inhibina • Ovariectomía • Alta activina • Castración • Bajos niveles de folistatina • Presencia P i de d Progesterona P t REGULACION A NIVEL HIPOFISARIO EN EL MACHO GnRH Testosterona (ppalmente cel. de Leydig, sensibles a LH) A altos niveles Mantiene la secreción basal basal, pulsátil de LH y FSH (pulsos c/ 90-120 min.) - mRNA RNA FSH y LH . Feedback F db k negativo ti sobre b n. GnRH hipotalámica por un en el tono opioide. - vida ½ mRNA FSH actuando directamente a nivel de l HF preserva función la f ió secretora de d FSH y lla maduración de las gametas. Mecanismo dual: testosterona reduce LH sin disminuir simultáneamente los niveles de FSH a valores l que pudieran di i impedir di la l gametogénesis i → mantenimiento i i d la de l secreción i de d FSH durante períodos de estímulos de GnRH reducidos preservando maduración de gametas. Inhibina B es la principal en el macho, inhibe la secreción Péptidos gonadales de FSH, tanto basal como estimulada por GnRH. (ppalmente cel. cel de Sértoli, Sértoli Activinas y folistatinas, folistatinas se producen en el testículo, testículo es sensibles a FSH) dudoso el aporte desde gónadas a la regulación de FSH, pero también se producen en hipófisis. Las gonadotrofinas son reguladas por: RESUMEN esteroides gonadales: E2, P4, T y DHT péptidos gonadales: inhibina, activina y folistatina neurotransmisores que actúan a nivel de las neuronas GnRH (ppalmente) e Hf LH (transporte retrógrado desde AHf hacia HT, n.GnRH tienen R-LH). regulación intraglandular (autócrina / parácrina) Receptores de E2 en neuronas GnRH : controvertido. Los efectos feedback positivo o negativo del E2 sobre la liberación de GnRH son directos sobre estas neuronas o son indirectos. Las neuronas GnRH reciben imputs p de distintas neuronas, los cuales ppueden ser: - Estimulatorios: serotoninérgicos ( niveles de E2) noradrenérgicos glutamatérgicos peptidérgicos tidé i (NPY Galanina)→ (NPY, G l i ) Kisspeptina - Inhibitorios: GABAérgicos opiáceos endógenos serotoninérgicos g (( niveles de E2) dopaminérgicos. peptidérgicos → GnIH, CRH p maduras)) tienen Rc de Células de la gglía (90 % cel. encéfalo)) del HT ((astrocitos y ependimales estrógenos, andrógenos, P4 y de LH. Modularían actividad de nGnRH vía liberación de factores de crecimiento (TGF , TGF1 y 2: ↑expresión de GnRH) y prostaglandinas. Todos estos imputs en conjunto controlan el pico de GnRH. CICLO MENSTRUAL Ciclo reproductivo: grupo de eventos recurrentes que culminan con la habilidad para la reproducción: ovulación, fertilización, preñez, parto y lactancia. El ciclo menstrual puede dividirse en 4 fases funcionales sobre la base de la estructura, la morfología y la producción de los esteroides sexuales por el ovario: 1- Fase folicular (temprana, intermedia y tardía) 2- Fase ovulatoria (transición folicular-luteínica) 3 Fase 3F e luteínica l teí i (temprana, (te i te edi y tardía) intermedia t dí ) 4- Fase menstrual (transición luteínico-folicular) Fase proliferativa Fase secretora PATRONES HORMONALES • EN LA MUJER • EN MONA REGULACION A NIVEL DEL SNC HIPOTALAMO MEDIO BASAL COMO CENTRO ESENCIAL Monas sin castrar REGULACIÓN PULSO A PULSO RATA ACTIVIDAD ELÉCTRICA É DEL HIPOTÁLAMO Y SU RELACIÓN CON LOS PULSOS DE LH MONO MUA: U actividad electrofisiológica g de múltiples p unidades Mide la frecuencia de la actividad del generador de pulso de GnRH. 1 pulso GnRH = 1 pulso de LH Descarga eléctrica del HT ↓ Descarga de GnRH ↓ Descarga de LH FRECUENCIA DEL GENERADOR DE PULSO DURANTE EL CICLO • Fase folicular: 1pulso/ hora (mujer menopáusica mona OVX) menopáusica, • Durante pico preov. LH: aumenta la amplitud de cada pulso (¿la frecuencia?) • Fase lútea: pulsos de amplitud variable y menor frecuencia (niveles medios de LH semejantes a de fase folicular) DESCARGA PREOVULATORIA DE GnRH IMPORTANCIA DE LA FRECUENCIA DE PULSOS DE GnRH ●: 1 puso/hora ○: 1 pulso/ 2 horas ●: 95% ovulación ○: 70% ovulación Un enlentecimiento del generador de pulsos pulsos, tiene efectos importantes en el desarrollo folicular y la ovulación El GnRH aunque q esencial,, jjuega g un rol permisivo más que controlador del ciclo ya que: • el desarrollo folicular • pico i preovulatorio l t i • formación y función del cuerpo lúteo • la luteólisis no necesitan de cambios en la frecuencia o amplitud de los pulsos de GnRH IMPORTANCIA DE LA FRECUENCIA DE PULSOS DE GnRH La secreción pulsátil de GnRH es esencial para mantener los niveles de LH REGULACIÓN A NIVEL HIPOFISARIO VARIACION DE LH DURANTE EL CICLO •Fase Folicular: ≈ un pulso cada 60 min. de pequeña amplitud •Período preovulatorio: aumenta mucho la amplitud del puso (la frecuencia no varía) •Fase lútea: pulsos poco frecuentes VARIACIONES EN LA SENSIBILIDAD A GnRH DURANTE EL CICLO SELF-PRIMING: Capacidad del GnRH de aumentar la respuesta de la AHf a su propio estímulo. - mecanismo de acción del GnRH: actúa a nivel de S! y liberación de las gonadotrofinas Autopotenciación - up regulation de R-GnRH (GnRH induce la S! de su Rc. Son máx. en el momento preov.) Ciclicidad nivel hipofisario - cooperatividad positiva del receptor - potenciado por E2: activa gonadotropos (reclutamiento) y R-GnRH AHf sensibilidad hipofisaria EFECTO DE AUTOPOTENCIACION DEL GnRH (SELF-PRIMING) VARIACIONES EN LA RESPUESTA A GnRH EN LA PITUITARIA DURANTE EL CICLO (AUTOPOTENCIACIÓN) Capacidad funcional y sensibilidad ibilid d d de lla hipófisis frente a GnRH CASCADA DE EVENTOS INVOLUCRADOS EN EL PICO PREOVULATORIO DE LH El efecto de self-priming p g es indispensable p para p pico p preovulatorio p de LH Tiene dos acciones: 1) Aumenta capacidad de respuesta AHf a GnRH 2) Coordina aumento exponencial en capacidad de respuesta con liberación elevada de GnRH ambos b eventos t alcanzan l un pico i simultáneamente, i ltá t asegurando d la l liberación lib ió masiva i de d LH necesaria i para la ovulación. El aumento en la capacidad de respuesta de la AHf a GnRH generado por estrógeno y el efecto de self priming del GnRH es central para el pico preovulatorio de LH, ya que la cantidad de GnRH liberada durante el pulso es muy pequeña por si misma para inducir el pico preovulatorio de LH. Ruptura de los folículos ováricos (ovulación): fin de esta cascada con forma de feedback positiva REGULACION A NIVEL HIPOFISARIO GnRH E2 P4 PEPTIDOS GONADALES Fase folicular: - frecuencia normal (1 pulso/60-90min) mantiene niveles basales de gonadotrofinas. Preovulatorio: - induce aumento de sus propios receptores (up regulation) - aumenta la respuesta a un pulso de GnRH (autopotenciación) - aumenta síntesis y secreción de LH y FSH p de GnRH ((down-regulation) g ) Fase lútea: - caen los receptores - frecuencia baja (1 pulso/3-4 horas) de mayor amplitud niveles de LH semejantes a fase folicular (FSH, más bajo del ciclo) Feedback negativo: - mantiene niveles basales de LH y FSH Feedback positivo : - de síntesis y secreción de LH y FSH (niveles altos ≈ 200 pg/ml - de respuesta al GnRH y sostenidos ≈ 36 hs.) - de número de receptores de GnRH - Reclutam. de células secretoras de LH y FSH - Potencia la retroalimentación positiva del E2 en el pico preovulatorio al aumentar la vida media del GnRH. - Disminuye el número de receptores de GnRH Inhibina: - disminuye di i síntesis i y secreción i de d FSH (síntesis ( i ovárica i → e hipofisaria?) hi fi i ) - disminuye receptores de GnRH Activina: - síntesis hipofisaria, estimula síntesis y secreción de FSH - aumenta número de células que secretan FSH - aumenta vida media del mRNA FSH - aumenta receptores GnRH Folistatina: - síntesis hipofisaria - unión irreversible a activina, impidiendo su unión a receptores REGULACION A NIVEL OVARICO Estadíos de desarrollo de los folículos ováricos •Folículo primordial: - reserva de folíc. quiescentes - ovocito diploide primario - única capa c. precursoras de c. de la granulosa aplanadas •Folículo primario: - ovocito primario, capa única de c. granulosa l cuboideas b id •Folículo preantral (secundario): - ovocito primario con varias capas de c. granulosa cuboideas - c. de la teca ((derivadas del estroma)) rodean memb. basal folicular •Folículo antral temprano (terciario): - cavidad antral - teca externa: tej conectivo y c. músc. liso - teca t interna: i t vascularización l i ió (acompaña ( ñ y favorece diferenciac. de la teca en tej esteroidogénico) - granulosa: avascular hasta luego de la ovulac. •Folículo Folículo antral maduro •Folículo preovulatorio (De Graff): - c. granulosa agrandadas •Cuerpo lúteo: - órgano endócrino transitorio - Función: producir P4 → prepara endometrio para la implantación y mantenimiento de la preñez temprana con inclusiones lipídicas - c. teca con vacuolas - mayor vascularización REGULACIÓN A NIVEL OVÁRICO I Inicio desarrollo folicular: - es un proceso continuo hasta la etapa preantal, independiente de la influencia de gonadotrofinas gonadotrofinas. Estímulo no claro. claro - Posterior diferenciación celular y desarrollo folicular dependientes de gonadotrofinas y de esteroides ováricos. Folículo preantral: - dependiente de la secreción de FSH quien induce la aromatización de andrógenos en granulosa ↑ síntesis de E2. R-FSH: granulosa y R-LH: teca → teoría 2 células / 2 gonadotrofinas. . Tienen P450ssc •LH: - estimula actvidad P450c17 (17-hidroxilasa y C17-20-liasa) •FSH: - estimula actividad P450 arom (aromatasa) - induce proliferación en c. granulosa (potenciado E2) - estimula síntesis de inhibina •FSH FSH + E2: ↑contenido de R R-FSH FSH en el folículo ya que: - induce ↑ R-FSH en granulosa - estimula proliferación de la granulosa Creación de ambiente estrogénico esencial para el desarrollo folicular Teoría dos células – dos gonadotrofinas Tienen P450ssc REGULACIÓN A NIVEL OVÁRICO II Folículo antral: - FSH + E2: formación antro (fluido folicular da a cada folículo un microambiente) - Vascularización del folículo - Folículos secretan E2 e inhibina caen los niveles de FSH por los altos niveles de E2 e inhibina, sólo los folículos con más R-FSH e irrigados continúan creciendo y produciendo E2 (el resto va a atresia) - Balance E2 y andrógenos determina sobreviva: - ↓ Co andrógenos: inducen aromatasa - ↑ Co andrógenos: atresia folicular (apoptosis) - Selección de folículo/s dominante/s (mujer= día 7). - Altos niveles de E2 en la fase folicular tardía inducen retroalimentación li ió positiva i i y comienzan i a aumentar LH y FSH aumenta aún más el E2. - FSH + E2: inducen proliferación de granulosa y aparición de R-LH en ellas. ll REGULACIÓN A NIVEL OVÁRICO III Folículo preovulatorio: -↑ niveles de E2 desencadenan picos de gonadotrofinas (post 24h) LH: induce luteinización de granulosa y teca ↑ síntesis de P4 es - Aumento de P4 facilita la retroalimentación positiva del E2 sobre LH y es importante para que se produzca el pico de FSH. - ↑ niveles de LH→ internalización transitoria de R-LH Ovulación: - 24 h post pico de E2 y 12 h luego pico de gonadotrofinas: ovulación (sólo folículos maduros con concentración adecuada de R-LH). ● Pico i de d LH induce: i d -reinicio i i i de d la l meiosis i i del d l ovocito i -induce luteinización de la granulosa (cambios morfológicos y bioquímicos) -síntesis de prostaglandinas (PG: esenciales para la ruptura de pared folicular). ● P4: aumenta la actividad de enzimas proteolíticas. ● Pico de FSH ayuda a la liberación del óvulo: * induce i d ell proceso de d liberación lib ió del d l ovocito i en ell fluido fl id antrall * ↑ pasaje de plasminógeno a plasmina que induce ruptura de la pared folicular * también ↑ R-LH en granulosa →asegura síntesis adecuada de P4 en fase lútea REGULACIÓN A NIVEL OVÁRICO IV Cuerpo lúteo: se forma a partir de las células de granulosa, granulosa de la teca interna y algunas del estroma ovárico. - Se produce una gran vascularización: vasos sanguíneos tecales invaden la granulosa formación de nuevo vasos asegurar que los productos de secreción granulosa, del cuerpo lúteo lleguen a circulación general. - Principal función cuerpo lúteo: secretar P4. El aumento de P4 depende de: * un ↑ No R-LH que luego regulan S! de P4 buen desarrollo folicular previo * la concentración de LDL que aporta el colesterol buena vascularización * los niveles de LH (secreción continua y tónica). Este aumento de P4 inhibe al generador de pulsos. Luteólisis: - Disminuye la respuesta a LH. - Decae la capacidad esteroidogénica de los células luteales. - Aumenta p prostaglandinas g luteolíticas. - El cuerpo lúteo se convierte en cuerpo albicans o blanco Caen los niveles de E2 y P4, se desarresta al GnRH, se reinicia el ciclo y sobreviene la menstruación. Los esteroides gonadales, además de actuar a nivel ovárico, central e hipofisario, tienen como función f ió promover ell crecimiento i i d l endometrio, del d i preparándolo á d l para un posible ibl embarazo. Así : estrógenos : favorecen proliferación del epitelio P4: favorece vo ece la sec secreción ec ó gglandular du Si el óvulo: - es fecundado → comienza el ciclo de la preñez - no es fecundado → sobreviene la menstruación Los esteroides también modifican el epitelio vaginal •análisis de Papanicolau hormonal: determina la etapa del ciclo en que se encuentra una mujer según la composición celular que se observa en el extendido Fase proliferativa: aumento de eosinofilia aumento de picnosis Fase secretoria: disminución de eoisinofilia disminución de picnosis aumento de células exfoliadas basófilas, leucocitos CICLO MENSTRUAL • Fase Folicular: destinada a la génesis de un folículo preovulatorio que comienza en la fase lutea tardía del ciclo anterior y termina durante la transición luteínicofolicular. Luteólisis: rápida caída de inhibina A, E2 y P4 permite it una elevación l ió en la l secreción ió de d FSH 2 días dí antes de la menstruación que, junto a la normalización de la frecuencia de LH, inicia el reclutamiento de los folículos antrales durante los primeros 4-5 días de la fase folicular → selección de un folículo (asociada a una alta capacidad de síntesis y secreción de andrógenos, E2, P4 e inhibina B) día 5-7 → maduración folículo dominante día 8-12 y ovulación días 13 13-15. 15. Aumento progresivo de E2 e inhibina B. Fase folicular intermedia a tardía: caída de FSH con tendencia creciente progresiva de LH. • Fase Ovulatoria (transición folicular-luteínica): incremento de E2 paralelo al de P4 y inhibina 2-3 días antes del pico de LH. P4: proceso de luteinización de cel de granulosa (adquieren R-LH y así capacidad de sintetisar P4). Pico de LH: rápida disminución de E2 circulante; brazo descendente del pico coincide con una 2º elevación rápida de P4. Ovulación: 35-44 hs post pico de LH. CICLO MENSTRUAL • Fase Lútea: dominio de la P4. Luteinización cel teca-granulosa: teca granulosa: capac. capac creciente de S! grandes cant de P4 y en menor grado de E2. Niveles de P4 y E2 a la mitad de esta fase: ventana de 3 días donde puede ocurrir implantación. FSH alcanza los j del ciclo ((inhibición sinérgica g niveles más bajos de inhibina A, P4 y E2) impidiendo la foliculogénesis durante esta fase. Si no hay implantación luteólisis: rápida disminución de las hormonas ováricas. • Fase Menstrual: Secuencia de cambios que comprenden la terminación de la fase lútea y un desplazamiento a pulsos de LH de alta frecuencia y baja amplitud (supresión de opioides hipotalámicos) con una elevación de la FSH (reclutamiento). hipotalámicos), (reclutamiento) El endometrio se descama a través de un proceso de remodelaje orquestado (metaloproteinasas de matriz, sustancias vasoactivas y contracciones uterinas). USOS CLÍNICOS DEL GnRH Y SUS ANÁLOGOS Infertilidad: Criptorquidia: Retraso puberal: estimula gamertogénesis y hormonogénesis estimula descenso de testículos acelera la pubertad Contracepción: p inhibición de ovulación y espermatogénesis p g Enfermedades Hormonodependientes: hipertrofia prostática benigna cáncer de próstata, mama endometriosis, fibromas síndrome premenstrual, PCOS hirsutismo, acné pubertad precoz porfiria aguda intermitente Infertilidad: g inhibición de ggonadotrofinas endógenas en protocolos de fertilización asistida Administración pulsátil de GnRH ( (estimulación) ) Agonistas y antagonistas de GnRH (inhibición) MUCHAS GRACIAS BIBLIOGRAFÍA: •Endocrinología g de la Reproducción. p Fisiología, g , fisiopatología p g y manejo clínico. IV edición Yen, Jaffe y Barbieri Editorial Panamericana. 2001 • Neuroendocrinology in Physioilogy and Medicine. P. Michael Conn and Marc E. Freeman (Eds.) Humana Press Inc. 2000. • Endocrinology. Basic and Clinical Principles. P. Michael Conn and Shlomo Melmed Humana Press Inc. 1997. • Physiology of Reproduction Second Edition Ernst Knobil and Jimmyy D. Neill ((Eds)) Raven Press 1994. • Basic and Clinical Endocrinology Thi d Edition Third Editi Francis D. Greenspan (Ed.) Appleton & Lange 1991 CICLO ESTRAL EN LA RATA Diferencias con el ciclo de la mujer: 1. Presentan un segundo pico de FSH → reclutamiento de una cohorte folicular para crecer y desarrollarse en el próximo ciclo. 2 2. Pico i de d P4 en las l ratas, probablemente b bl d origen de i folicular → potenciar efecto del E2 en la inducción del pico de LH, inducir pico de FSH y eel co comportamiento po e o lordótico. o dó co. 3. Pico preovulatorio de PRL en la rata → facilita comportamiento lordótico mediado por P4, ppromover luteinización ((FSH induce R-PRL en granulosa), efectos luteotróficos (↑ secreción de P4), participa en la finalización del pico de E2 (inhibe P450 arom) 4. Ratas: 2 centros de neuronas GnRH. Rol más controlador que permisivo. 5. Inputs de neurotransmisores: NA es muy importante en la rata, no demostrado en la mujer. 6. En la rata: morfina y barbitúricos inhiben feedback positivo del E2 Abundancia de células nucleadas inducidas por la proliferación del epitelio inducido por estrógenos Abundancia de células escamosas inducidas por la acción conjunta de estrógenos y P4 Abundancia de leucocitos inducidos por una alta concentración de P4