Los neuroesteroides producidos localmente regulan el circuito neuronal reproductivo emergente en el cerebro embrionario de ratón
Esta imagen fluorescente muestra una sección sagital que cubre el cerebro embrionario de ratón. Las neuronas de aromatasa marcadas genéticamente (verde) están restringidas a las áreas de la amígdala cercanas al ventrículo lateral. La tinción nuclear se muestra en azul. Crédito: Wartenberg et al.
Se sabe que el inicio de la pubertad, la etapa de desarrollo en la que los adolescentes alcanzan la madurez sexual, está asociado con la actividad de una clase específica de neuronas, a saber, las neuronas de la hormona liberadora de gonadotropina (GnRH). Investigaciones anteriores de neurociencia revelaron que, si bien estas neuronas ya están activadas antes de que nazcan los humanos y otros mamíferos, permanecen inactivas hasta la pubertad. Un nuevo estudio publicado en el Journal of Neuroscience ahora proporciona información molecular sobre el mecanismo que controla la actividad del circuito neural reproductivo emergente en el cerebro del ratón.
Anteriormente se descubrió que una activación prematura de las neuronas GnRH estaba asociada con un inicio temprano de la pubertad tanto en ratones como en humanos. Si bien ahora hay innumerables estudios que examinan el papel de esta clase de neuronas en adultos, los mecanismos subyacentes a su control del desarrollo aún no se conocen bien. Además, si bien se sabe desde hace mucho tiempo que las hormonas esteroides sexuales, como el estrógeno, son importantes reguladores de los circuitos neuronales que controlan la fisiología reproductiva en el cerebro adulto, la acción de estos esteroides en el cerebro embrionario y juvenil sigue siendo esquiva.
Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Saarland en Alemania habían caracterizado previamente el circuito neuronal de las neuronas GnRH en ratones prenatales. Descubrieron que las neuronas GnRH comienzan a comunicarse con otra clase específica de neuronas que secretan kisspeptina antes del nacimiento. La kisspeptina es un compuesto conocido por activar las neuronas GnRH y desencadenar la pubertad.
«La idea de nuestro nuevo estudio surge de nuestro sorprendente hallazgo experimental de que las neuronas kisspeptina que se comunican con las neuronas GnRH en el hipotálamo embrionario ya expresan receptores de hormonas esteroides, lo que sugiere una acción hormonal sobre estas células en el útero», Ulrich Boehm , autor principal del estudio, dijo a Medical Xpress. «Por lo tanto, llegamos a la hipótesis de que los neuroesteroides se producen localmente en el cerebro embrionario para regular los circuitos neurales reproductivos emergentes».
Esta imagen fluorescente muestra una sección sagital que cubre el cerebro embrionario del ratón. Las neuronas de aromatasa marcadas genéticamente (verde) están restringidas a las áreas de la amígdala cercanas al ventrículo lateral. La tinción nuclear se muestra en azul. Crédito: Wartenberg et al.
Para probar su hipótesis, Boehm y sus colegas analizaron la expresión de aromatasa, una enzima clave involucrada en la producción de estrógeno, en embriones de ratón. Otros equipos ya habían intentado hacer esto en el pasado, pero lo encontraron desafiante, ya que no pudieron generar anticuerpos confiables que etiquetaran células que expresaran esta enzima.
«En su lugar, generamos ratones informadores que etiquetan genéticamente las neuronas que activan el promotor de la aromatasa con fluorescencia verde», explicó Boehm. «Usando este enfoque experimental, identificamos una red que comprende ~6000 neuronas de aromatasa en el cerebro embrionario. Al nacer, esta red se ha vuelto sexualmente dimórfica en un grupo de neuronas de aromatasa en el núcleo arqueado adyacente a las neuronas kisspeptina».
< Luego, los investigadores demostraron que para regular la actividad de las neuronas kisspeptina, las neuronas de la aromatasa masculina convierten la testosterona en estradiol. Crearon ratones informadores, lo que les permitió etiquetar las neuronas que activan el promotor de la aromatasa y sus proyecciones.
«La expresión aguda del ARNm de la aromatasa y otros genes clave para la síntesis de estrógenos también se analizó mediante PCR cuantitativa», dijo Boehm. «Además, en busca de la acción de los neuroesteroides paracrinos, medimos la distancia entre las neuronas de la aromatasa y las neuronas sensibles al estrógeno mediante inmunohistoquímica. Finalmente, empleamos registros electrofisiológicos (parche de células enteras) para investigar la influencia del estrógeno (producido por la aromatasa adyacente). neuronas) sobre la descarga de neuronas de kisspeptina en machos y hembras juveniles».
Los experimentos llevados a cabo por Boehm y sus colegas condujeron a varios hallazgos interesantes. En primer lugar, utilizando técnicas de imágenes de resolución de células individuales, demostraron que la expresión de la aromatasa neuronal comienza el día embrionario 13,5 en dos núcleos del prosencéfalo distintos.
«Descubrimos que la expresión de la aromatasa permanece restringida al hipotálamo y la amígdala hasta el nacimiento, dijo Boehm. «Además, no hay un dimorfismo sexual importante evidente en el número y las proyecciones de las neuronas de aromatasa en el cerebro embrionario. Al nacer, un grupo de neuronas de aromatasa en el núcleo arqueado hipotalámico adyacente a las neuronas kisspeptina se hace evidente en los hombres, pero no en las mujeres. .»
Finalmente, los investigadores también demostraron que las neuronas de aromatasa comunican señales de andrógenos gonadales (es decir, las glándulas reproductivas que producen gametos) y/o señales androgénicas derivadas del cerebro a las neuronas adyacentes sensibles al estrógeno. En general, los hallazgos que recopilaron ofrecen una nueva y valiosa información sobre el sustrato celular que subyace a la acción de la aromatasa en el cerebro en desarrollo de ratones y otros roedores. Si se encontrara que estos resultados también son aplicables a los humanos, podrían mejorar significativamente la comprensión actual de la actividad de las hormonas y las neuronas asociadas con el inicio de la pubertad antes del nacimiento y en la juventud.
«Nuestros experimentos futuros tendrá como objetivo delinear el mapa de conectividad de las neuronas de aromatasa (usando el rastreo transináptico asistido por virus) y asignar la función neuroesteroide a los núcleos individuales que expresan la aromatasa (usando imágenes funcionales y farmacogenética)», agregó Boehm.
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La investigación optogenética muestra qué neuronas activan el interruptor maestro de la fertilidad Más información: Philipp Wartenberg et al, La síntesis de neuroesteroides con dimorfismo sexual regula la actividad neuronal en el cerebro murino, The Journal of Neuroscience ( 2021). DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0885-21.2021
D. Kumar et al, Núcleo arqueado murino Kisspeptin Neurons Comunicate with GnRH Neurons In Utero, Journal of Neuroscience (2014). DOI: 10.1523/JNEUROSCI.5123-13.2014 Información de la revista: Journal of Neuroscience