Resumen de Caracterización molecular y neuroendocrina del sistema kisspeptina (kiss/gpr54) en la lubina europea (Dicentrarchus labrax L.): Interacciones con los esteroides sexuales y la melatonina durante la gametogénesis
Maria Victoria Alvarado Fernández
El conocimiento del proceso reproductor en peces teleósteos, así como su control endocrino, constituyen un aspecto esencial para la industria acuícola ya que la actividad comercial de la misma no se sostendría sin la capacidad de producir en cautividad una descendencia de calidad y con las características adecuadas para el cultivo intensivo. Sin embargo, muchas especies de interés comercial en cautividad acusan ciertas alteraciones a nivel reproductivo, esto es ciertos cambios que afectan a la síntesis y liberación de neuropéptidos y neurohormonas (i. e., melatonina) así como a los niveles y perfiles hormonales (i. e., esteroides sexuales), que provocan una limitación en la rentabilidad de los cultivos. Desde que las kisspeptinas se descubrieron en 2003, numerosos estudios en mamíferos han demostrado la implicación de estos neuropéptidos en el control de diversos procesos biológicos relacionados con la reproducción como el inicio de la pubertad y la secreción de las gonadotrofinas (la hormona luteinizante, LH; y la hormona estimuladora del folículo, FSH). En los últimos años los estudios en vertebrados no mamíferos, como los peces, han aumentado y apoyado la hipótesis de que las kisspeptinas podrían tener también un papel biológico similar al descrito en mamíferos durante el proceso reproductivo. En este sentido, la presencia de múltiples formas tanto del gen kiss como de sus receptores (gpr54) en dichos vertebrados hizo que aumentara el interés a nivel científico por desvelar el papel fisiológico y específico de cada una de las formas existentes, y su implicación en el control neuroendocrino de la reproducción. La presente tesis doctoral tuvo como objetivo general caracterizar a nivel molecular y neuroendocrino el sistema kisspeptina en la lubina europea (Dicentrarchus labrax L.), un teleósteo marino de importancia comercial y científica. Al inicio de este trabajo, se sabía que el sistema kisspeptina en esta especie poseía dos ligandos y dos receptores codificados por los genes kiss (kiss1, kiss2) y los genes gpr54 (gpr54-1b y gpr54-2b), respectivamente. Por tanto, los objetivos específicos de esta tesis se centraron en primer lugar en conocer los patrones de expresión de estos genes a lo largo de todo el proceso de desarrollo gonadal en machos y hembras de lubina, así como analizar la acción que los esteroides sexuales (testosterona T y estradiol E2) y la melatonina ejercían sobre los componentes de este sistema y otros elementos clave del eje cerebro-hipófisis-gónada (CHG).
En primer lugar, los resultados obtenidos demostraron que existe un dimorfismo sexual, a nivel transcripcional, en la expresión de los genes kiss y sus receptores a nivel hipotalámico durante el proceso de gametogénesis en la lubina europea. En hembras, los niveles de expresión de los cuatros genes que componen el sistema kisspeptina aumentaron tanto antes como durante los estadios más avanzados de la ovogénesis, y éstos decrecieron durante la atresia. Por otro lado, en machos, los genes kiss2/gpr54-2b a nivel del hipotálamo presentaban valores elevados durante las fases tempranas del desarrollo gonadal.
Mientras los genes kiss1/gpr54-1b parecían ejercer un papel esencial durante las etapas más avanzadas del desarrollo testicular. Este estudio apoyaba así el papel que las kisspeptinas tienen en el control reproductivo de vertebrados no mamíferos, incluido en peces.
A partir de los resultados obtenidos anteriormente y sabiendo que las kisspeptinas ejercían una función diferencial durante el desarrollo gonadal en la lubina, esta tesis intentó dilucidar la implicación de los genes kiss1 y kiss2 en el control neuroendocrino de la gametogénesis como mediadores de los mecanismos de retroalimentación de los esteroides sexuales en peces. Para ello, se establecieron los protocolos y los tratamientos adecuados de castración y reemplazamiento con esteroides, testosterona en machos y estradiol en hembras, en animales adultos de lubina. Los resultados obtenidos demostraron que las neuronas kiss alojadas en el área del hipotálamo medio basal eran sensibles a la acción de los esteroides sexuales. Este hecho, descrito también en mamíferos, apoyaba la idea de que esta propiedad se encuentra conservada en la mayoría de los vertebrados. Por otro lado, en machos de lubina se ha demostrado que la T es capaz de ejercer un mecanismo de retroalimentación positiva sobre los niveles de kiss1 y negativa sobre los de kiss2 a nivel del hipotálamo. En el caso de las hembras, el E2 es capaz de regular de manera negativa los niveles de kiss1 y positivamente los niveles de expresión de kiss2 en el hipotálamo. Todo ello ha permitido demostrar que los genes kiss están implicados en los mecanismos de retroalimentación por esteroides sexuales a nivel del eje hipotálamo-hipófisis en la lubina y en los teleósteos.
Por último, se pretendió conocer el papel que ejerce la melatonina sobre el sistema kisspeptina. La melatonina es una neurohormona encargada de integrar las variaciones diarias y estacionales del medio ambiente (i. e., fotoperiodo) favoreciendo así el proceso reproductivo tanto en mamíferos como en peces. Para ello, el propósito inicial fue conocer el efecto que tiene la administración prologada de melatonina sobre el desarrollo gonadal en machos. Los resultados obtenidos demostraron que la melatonina era capaz de provocar un efecto anorexigénico, afectando tanto al peso como al factor de condición de este teleósteo marino. Asimismo, afectó a su desarrollo testicular, disminuyendo el índice gonadosomático y el porcentaje de machos espermiantes de la población. Por otro lado, la melatonina provocó una alteración de los perfiles estacionales, a nivel plasmático, de las principales hormonas reproductivas (esteroides sexuales y gonadotrofinas). A nivel central, el tratamiento exógeno con melatonina reguló de manera diferencial los niveles de expresión de los componentes de los sistemas kiss/gnrh en el hipótalamo y cerebro dorsal. Este estudio demostró que la melatonina es capaz de actuar sobre el control neuroendocrino de la reproducción a través del sistema kiss/gnrh, y modular elementos claves del eje CHG que provocan alteraciones tanto en la espermatogénesis como en la maduración testicular en machos de lubina. Finalmente, se pretendió establecer la implicación del sistema kiss/gnrh en el control fotoneuroendocrino de la reproducción de esta especie durante la fase de espermiación. Para ello se analizó las variaciones circadianas tanto de los niveles de expresión de los principales componentes del sistema kiss/gnrh como de los niveles plasmáticos de las principales hormonas reproductivas en machos de lubina y se compararon con los niveles obtenidos tras la administración intraperitoneal de melatonina. Estos resultados demostraron que, a nivel plasmático, existe un patrón de variación circadiana de los niveles de esteroides y gonadotrofinas en machos de lubina durante la fase de espermiación. Por otro lado, el tratamiento con melatonina afectó a los niveles de diarios de Lh que disminuyeron en los animales tratados. A nivel hipotalámico, se observó que los niveles de expresión de kiss2, gpr54-2b y gnrh-1 tenían un patrón de ritmicidad, sugiriendo así la implicación de estos genes en la integración de la información fotoneuroendocrina a nivel central durante la fase de espermiación, y su posible participación en la regulación de la actividad circadiana de la Lh. Por otro lado, los genes kiss1 y gnrh-2 en el cerebro dorsal mostraron también un ritmo circadiano, lo que sugiere que podrían modular la información ambiental a través del órgano de la pineal y el cerebro dorsal en la lubina. En su conjunto, estas evidencias experimentales demostrarían que el sistema kisspeptina es capaz de integrar las señales ambientales, como el fotoperiodo, para sincronizar el proceso reproductor en peces.
