Papel de la lipasa sensible a hormonas en el testículo de ratón. Implicación de los lípidos y los receptores "scavenger" clase B en fertilidad
- Autores: María Emilia Casado Cerdeño
- Directores de la Tesis: Antonia Martin Hidalgo (dir. tes.), Rebeca Busto Durán (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2012
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Eduardo Arilla Ferreiro (presid.), Maria del Val Toledo Lobo (secret.), Javier Martínez-Botas Mateo (voc.), Emilio Herrera Castillón (voc.), Óscar Pastor Rojo (voc.)
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- Resumen
- español
La espermatogénesis se desarrolla en una serie de etapas de proliferación y diferenciación celular. Existe una estrecha relación entre la fertilidad, los cambios en el colesterol y el metabolismo de los lípidos que ocurren durante la espermatogénesis. La esteroidogénesis y la espermatogénesis requieren un aporte de colesterol que es esencial para el correcto desarrollo de las células germinales. Las células de Leydig requieren un aporte continuo de colesterol que actúa como precursor de la síntesis de las hormonas esteroideas, mientras que, en los túbulos seminíferos, el colesterol está implicado en la diferenciación de las células germinales a espermatozoides. En el testículo, los receptores scavenger de clase B (SR-B) median la captación selectiva de ésteres de colesterol de las HDL, las cuales son hidrolizadas a colesterol no esterificado por acción de la lipasa sensible a hormonas (HSL). La HSL es una lipasa neutra intracelular que hidroliza triacilgliceroles, diacilgliceroles, monoacilgliceroles, ésteres de colesterol y de retinol. En los ratones, la deficiencia en la HSL tiene como resultado la esterilidad masculina causada principalmente por una alteración de la espermatogénesis. En el presente trabajo hemos visto que los testículos de los ratones knockout (HSL -/-) tienen alteraciones en la espermatogénesis que van asociadas con un descenso en la cantidad de espermatozoides, un defecto en la motilidad de los mismos e infertilidad. Las alteraciones morfológicas incluyen espermátidas multinucleadas, y la disminución y formaciones anormales de las espermátidas elongadas. Además, en los túbulos seminíferos hay muchas células epiteliales que contienen numerosas vacuolas y la cantidad de células de Leydig está aumentada. En los testículos de los ratones wildtype (HSL +/+) la HSL se expresa en las espermátidas elongadas; SR-BI se expresa en las células de Leydig y en las espermátides, SR-BII se expresa en los espermatocitos y en las espermátidas pero no en las células de Leydig; y LIMPII está presente en ambos tipos celulares, Sertoli y Leydig. La ausencia de la HSL induce a un aumento de la expresión de SR-BI, SR-BII y LIMPII en el testículo de ratón, lo que permite una mayor captación de ésteres de colesterol de las HDL mediada por estos receptores, éstos se acumulan en las células epiteliales del testículo, donde la disponibilidad de colesterol libre necesario para la esteroidogénesis y la espermatogénesis está limitada. La pérdida de la HSL también induce la activación de varias rutas de señalización intracelulares mediadas por los receptores scavenger de clase B tales como ERK, AKT y SRC, rutas importantes en el proceso de diferenciación y proliferación celular durante la espermatogénesis. La HSL es una enzima clave en la movilización de ésteres de colesterol y ácidos grasos desde los depósitos intracelulares. En nuestro estudio hemos visto que la ausencia de la HSL provoca un cambio en la composición de esteroles del testículo y un aumento del colesterol total y del FF-MAS, un ligando de LXR. Los testículos contienen elevadas concentraciones de ácidos grasos poliinsaturados (AGP) que son necesarios para la espermatogénesis. Nosotros hemos estudiado la composición de ácidos grasos y los niveles de ARNm de enzimas claves del metabolismo de los ácidos grasos en los testículos de ratones HSL -/-. La carencia de la HSL produce una alteración de la composición de los ácidos grasos en el testículo pero no en plasma; observándose un descenso en los ácidos grasos esenciales ácido linoleico, n-6 AGP, y ácido linolénico, n-3 AGP, y un aumento de sus correspondientes intermediarios C22:4n-6 y C22:5n-3, sin observarse cambios en los ácidos grasos finales, docosapentaenoico y docosahexaenoico. El Mead acid que está asociado con la deficiencia de ácidos grasos esenciales que conlleva infertilidad masculina, está aumentado en los testículos de los ratones HSL -/-. Además, la expresión de SCD-1, FADS1 y FADS2 estaba aumentada, mientras que, la expresión de ELOVL2, una enzima esencial para la formación de los AGP de cadena muy larga en el testículo, experimentó un descenso. Posiblemente los cambios del metabolismo de los ácidos grasos observados en el testículo de los ratones macho HSL -/- contribuya a la infertilidad de estos animales. Los lipid raft son microdominios de membrana ricos en colesterol que constituyen una de las principales plataformas para la iniciación, propagación y mantenimiento de los mecanismos de transducción de señales, y están implicados en el tráfico de colesterol. Nuestros resultados ponen de manifiesto que la ausencia de la HSL en los testículos de los ratones altera la estructura de los microdominios de membrana lipid raft. La caveolina-1, una proteína asociada a los lipid raft, estaba desplazada hacia fracciones non-raft en las membranas de los testículos de los ratones HSL -/-. La redistribución de caveolina-1 desde los lipid rafts hacia dominios densos de membrana (no-raft) indica una alteración de los lipid rafts. Además la carencia de la HSL conlleva un aumento de la expresión de SR-BI en los microdominios de membrana plasmática tanto lipid rafts como non-raft, en el testículo. La composición de esteroles de los microdominios de membrana plasmática está alterada. Nosotros hemos hallado un descenso del desmosterol en los dominios lipid raft; mientras que, en los no-raft, el colesterol y el T-MAS están aumentados en los testículos de los ratones HSL -/-. Estos cambios confirman las alteraciones de los microdominios de membrana plasmática, lipid raft y no-raft en los testículos de los ratones carentes de HSL.
- English
Spermatogenesis occurs in a series of proliferation and differentiation stages. There is a tight relationship between fertility and changes in cholesterol and lipids metabolism during spermatogenesis. Cholesterol is required for steroidogenesis and spermatogenesis, and is essential for germ cell development and fertility. Leydig cells require a continuous supply of cholesterol as a precursor for the synthesis of steroid hormones, while in the seminiferous tubules, cholesterol is involved in the proliferation and differentiation of germ cells to spermatozoa. In testis, scavenger receptor class B (SR-B) mediates selective uptake of cholesterol esters from HDL, which are hydrolyzed to unesterified cholesterol by hormone sensitive lipase (HSL). HSL is an intracellular neutral lipase that hydrolyzes triacylglycerols, diacylglycerols, monoacylglycerols, cholesteryl esters and retinyl esters. In mice, HSL deficiency results in male sterility caused by a major defect in spermatogenesis. In the present study we found that HSL knockout (HSL -/-) mice testis presented altered spermatogenesis associated with decreased sperm counts, sperm motility and infertility.
Defects included multinucleation of spermatides, abnormal shapes and reduced elongating spermatids. Many epithelial cells in the seminiferous tubules were vacuolated and the amount of Leydig cells was increased. In Wildtype (HSL +/+) testis, HSL is expressed in elongating spermatides; SR-BI in Leydig cells and spermatides; SR-BII is expressed in spermatocytes and spermatides but not in Leydig; and LIMPII is present in both Sertoli and Leydig cells. The lack of HSL induced augmented expression of SR-BI, SR-BII and LIMPII in mice testis, this allows an increased uptake of cholesterol esters from HDL mediated by these receptors, and prevents their hydrolysis to free cholesterol, which facilitates the accumulation of cholesterol esters in the epithelial cells of the testis and limits the availability of free cholesterol required for steroidogenesis and spermatogenesis in the mice testis. The lack of HSL also induces an activation of several intracellular signaling pathways mediated by class B scavenger receptor such as ERK, AKT and SRC, important in the processes of differentiation and cell proliferation during spermatogenesis. HSL is a key enzyme in the mobilization of cholesterol esters and fatty acids from intracellular stores. In our study we found that the lack of HSL results in a change in the composition of sterols in the testis, an increase of total cholesterol and FF-MAS, a LXR (liver X receptor) ligands. The testes contain high concentrations of polyunsaturated fatty acids (PUFAs) and specific PUFA are essential for spermatogenesis. We determined the fatty acid composition and the mRNA levels of key enzymes involved in fatty acid metabolism in testis of HSL -/- mice. HSL deficiency altered fatty acid composition in the testis but not in plasma; a decrease in the essential n-6 PUFA linoleic acid and the n-3 PUFA linolenic acid, and an increase in the corresponding synthesis intermediates C22:4n-6 and C22:5n-3 without changes in docosapentaenoic or docosahexaenoic acids. Mead acid, which has been associated with an essential fatty acid deficit leading to male infertility, was increased in the testis from HSL -/- mice. Moreover, the expression of SCD-1, FADS1, and FADS2 was increased while expression of ELOVL2, an essential enzyme for the formation of very-long PUFAs in testis, was decreased. It is suggested that the changes in fatty acid metabolism observed in testes from HSL -/- male mice contribute the infertility of these animals.
Lipid raft are cholesterol-rich membrane domains and constitute major platforms for initiation, propagation and maintenance of signal transduction events, and are involved in cholesterol traffic. Ours results show that the absence of HSL in the testes of mice alters the structure of plasma membrane microdomains, lipid raft. Caveolin-1, a lipid raft associated protein, was shifted to non-raft fractions in membranes from HSL -/- testis. This redistribution of caveolin-1 from lipid rafts to denser membrane domains (non-raft) indicated a disruption of lipid rafts. Moreover, SR-BI and SR-BII are anchored to plasma membrane lipid rafts. The lack of HSL results in an increase of expression SR-BI in plasma membrane domains, lipid raft and non-raft in testis. The sterols membrane domains composition also is altered: desmosterol content decreases in the lipid raft domain, while in non-raft, cholesterol and T-MAS increase in testis of HSL -/-. These changes confirm the alteration of plasma membrane domains, lipid raft and non-raft.
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