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UNIVERSIDAD NACIONAL ATÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE CIENCIAS “Efecto de las hormonas LH, FSH y algunos factores de crecimiento (IGF y TGFbeta) en la división celular y esteroidogénesis de gónadas embrionarias de aves con 18 días de incubación” T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE B I Ó L O G A P R E S E N T A : CLAUDIA VELÁZQUEZ CERVANTES DIRECTOR DE TESIS: DR. PEDRO NICOLÁS VELÁZQUEZ 2007 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. Datos del jurado 1. Datos del alumno Apellido paterno: Velázquez Apellido materno: Cervantes Nombre(s): Claudia Teléfono: 56-23-21-97 Universidad: Universidad Nacional Autónoma de México Facultad: Facultad de Ciencias Carrera: Biología No. de cuenta: 300203468 2. Datos del tutor: Grado: D. en C. Apellido paterno: Apellido materno: Velázquez Nombre(s): Pedro Nicolás 3. Datos del sinodal 1 Grado: D. en C. Apellido paterno: Cárdenas Apellido materno: Vázquez Nombre(s): René de Jesús 4. Datos del sinodal 2 Grado: D. en C. Apellido paterno: Farías Apellido materno: Sánchez Nombre(s): José María 5. Datos del sinodal 3 Grado: M. en C. Apellido paterno: Ponce Apellido materno: Salazar Nombre(s): Rosenda Margarita 6. Datos del sinodal 4 Grado: M. en C. Apellido paterno: Tomasini Apellido materno Ortiz Nombre(s): Patricia de Guadalupe RECONOCIMIENTO: Este trabajo se realizó en el departamento de Biología Celular y Tisular de la Facultad de Medicina, U.N.A.M., bajo la dirección del Dr. Pedro Nicolás Velázquez y la asesoría de la Dra. Irma Peralta Delgado. Este trabajo de tesis fue financiado por PAPIIT IN213306-3 Dedico esta tesis: A mis padres: Quienes me han apoyado a lo largo de toda mi vida. Que me han mostrado y demostrado que aunque se presenten problemas inesperados una persona puede salir adelante luchando por sus sueños. Que me han enseñado que para obtener lo que se quiere siempre habrá dos caminos, uno fácil y otro que necesita dedicación y esfuerzo y que de uno depende que camino tomar y hasta donde quiere llegar. A mis hermanos: Toni, Nalle y Diego: Que me han brindado su comprensión y paciencia al escuchar mis problemas, apoyándome y compartiendo sus metas y experiencias. Que juntos hemos aprendido la realidad… que en esta vida hay cosas tan graciosas y divertidas, como también otras desagradables y crudas… ni modo el equilibrio a veces no es tan marcado como debería ser o se quisiera, pero al final de cuentas el vencer un obstáculo es de lo más agradable en esta vida. A mis padres y hermanos los quiero muchísimo. Agradezco: A los profesores que tuve el gusto de conocer, algunos influyeron fuertemente en mi formación académica y en ocasiones me apoyaron como un buen amigo (Julio Prieto, Rosaura Mayén, Aurora Zlotnik, Neli Diego), otros transmitieron sus conocimientos de una forma amena (C. Martorell, A. Chaos, Flor, M.A. Palomino, G. Olalde), y también existieron aquellos que me hicieron percatarme de los errores que se pueden cometer y en los cuales no me gustaría caer. A mis amigos Martha A., Carmen T. y Paulina M. que los viejos tiempos que vivimos en la prepa nunca los voy a olvidar y ahora que cada una esta tomando su camino hay mucho que compartir y contar. Sergio, el buen amigo, que después de perder su camino en la transición de la prepa a la fac un buen día nos reencontramos y estimo mucho su apoyo y amistad. Candy, Karla y Francia que aunque dejaron la fac para mudarse al IBT los momentos que compartimos nunca los voy a olvidar. Joram! Que aunque dejaste la mejor facultad, el poco tiempo que compartimos, en mi memoria está…. Quien va a olvidar ese rico pastel que quedó por meses en el Amoxcali. Itzel, Day, Tania, Daniela y Sara por los momentos compartidos frente a la cafe en los ratos libres, llenos de plática, risa y otras veces tranquilidad. Hugo que a pesar de que se ha distanciado de la fac, durante la carrera fue un buen amigo y buen contrincante en las partidas de ajedrez. Laila! Que buenos recuerdos aquellos de pajarear por los rumbos de Huautla. Miguel, por el tiempo compartido durante la carrera. Chente, por el conocimiento transmitido y tiempo compartido en la práctica de ornitología en Cuetzalan (una de las mas agradables y divertidas que será muy difícil de olvidar). A los miembros que forman parte de este jurado: D. en C. Pedro Nicolás Velázquez, D. en C. José María Farías Sánchez, D. en C. René de Jesús Cárdenas Vázquez, M en C. Rosenda Margarita Ponce Salazar, M. en C. Patricia Tomasini Ortiz por el tiempo destinado en la revisión del escrito y sus valiosos comentarios. Un pájaro quiso hacer un nido en medio del mar, un nido en medio del mar un pájaro quiso hacer, y le llegó a valer lo que dijo un cardenal… hay que pensar para hacer y no hacer para pensar I N D I C E R e s u m e n ……………………………………..……………………………………..1 I n t r o d u c c i ó n Diferenciación gonadal......................................................................................................3 Aspectos a considerar en la diferenciación gonadal de aves..........................................6 Migración de células germinales en aves…..…………………………………….........7 Anatomía gonadal en mamíferos Ovario………………………………………………………………………………........8 Testículo…...………………………………………………………………………..... 11 Características morfológicas y funcionales del ovario de aves en etapas tempranas de desarrollo gonadal….………………………………………………………………......13 Características morfológicas y funcionales del testículo de aves en etapas tempranas de desarrollo gonadal……………………………………….…………………………......16 Formación de hormonas esteroides en aves…………….……………………………...17 Factores de crecimiento…………………………………………………………….. ...19 Factores de crecimiento en la formación de hormonas esteroides………….…………20 Justificación ………………………………………………………………….………..23 Objetivo…………………………………………………………………………. ……23 Materiales y métodos ………………………………………………………………...24 Resultados Síntesis y secreción de hormonas esteroides ………………………………………...26 Proliferación celular………………………………………………………………….27 Discusión………………………………………………………………………….…...28 Conclusiones…………………………………………………………………….. …...32 Bibliografía……………………………………………………………………… ……33 R e s u m e n Se ha demostrado ampliamente que la fisiología gonadal depende de las hormonas gonadotropas (FSH y LH) una vez que se ha establecido el eje hipotálamo-hipófisis- gónada, pero también existen evidencias que demuestran que en etapas adultas las gónadas de las aves producen diversos factores de crecimiento que pueden modular la síntesis y secreción de hormonas esteroides así como la proliferación celular de los diversos componentes de los folículos en crecimiento de los ovarios y de las célulassomáticas y germinales de la gónada masculina. Tampoco se ha establecido plenamente la participación de los parámetros fisiológicos antes mencionados en la asimetría gonadal característica de las aves. El objetivo del presente trabajo fue investigar el efecto de las hormonas gonadotropas (LH, hCG y FSH) y algunos factores de crecimiento (Insulina, IGF y TGF-β) en la proliferación celular y en la síntesis y secreción de hormonas esteroides en gónadas embrionarias de aves con 18 días de desarrollo. Para dicho estudio se sembraron 500,000 células disociadas de ovario izquierdo y testículo de embriones de pollos con 18 días de incubación, sobre membranas de policarbonato con una apertura de poro de 1µm, flotando en 2ml de medio de cultivo sin suero bovino fetal o antibióticos, a los grupos experimentales se les agregó al medio de cultivo uno de los siguientes factores: hFSH (0.5U.I/ml), LH (1UI/ml), hCG(1UI/ml), insulina (50µg/ml), IGF (25ng/ml) o TGF-β (0.00001ng/ml) para posteriormente cuantificar la síntesis y secreción de hormonas esteroides. Para evaluar la división celular se realizaron otra serie de experimentos con el esquema experimental antes mencionado y además se les agregó 0.1µCi de timidina tritiada a los grupos controles y experimentales. Tanto los cultivos utilizados para analizar la síntesis y secreción de hormonas esteroides como aquellos para evaluar la división celular fueron incubados durante 60 horas, en una atmósfera con 95% de aire y 5% de CO2 a 37°C sin reemplazamiento del medio de cultivo utilizado. La actividad esteroidogénica fue evaluada cuantificando la secreción de 17β–estradiol y testosterona por medio de radioinmunoanálisis (RIA), mientras que la proliferación celular fue cuantificada utilizando la técnica de incorporación de H 3 -timidina en los cultivos de agregados celulares. Los resultados demuestran que la hFSH estimula la proliferación celular y la síntesis y secreción de hormonas esteroides, tanto en ovario izquierdo como en testículo. En el ovario izquierdo la síntesis y secreción de 17β-estradiol se incrementó significativamente en los grupos tratados con LH, FSH y hCG. La secreción de testosterona en ovario izquierdo se incrementó en los grupos tratados con FSH y hCG. En el caso del testículo se encontró que ninguno de los tratamientos utilizados provoca una diferencia significativa en la síntesis y secreción de 17β-estradiol, mientras que la síntesis y secreción de testosterona se ve estimulada en los grupos tratados con FSH y hCG. En los resultados obtenidos se demuestra que la insulina, IGF y TGFb no participan en la esteroidogénesis, ni en el proceso de proliferación celular en gónadas de aves con 18 días de desarrollo. - 3 - I n t r o d u c c i ó n Diferenciación gonadal A partir de la unión de dos células en la fecundación, y durante el desarrollo embrionario de un individuo, se establecen una serie de cascadas de comunicación intracelular e intercelular, que permiten la formación de tejidos, órganos y sistemas. Para que este proceso se lleve a cabo es necesaria la existencia de vías de señalización reguladas tanto a nivel celular como molecular, originando la posibilidad de establecer una comunicación autocrina, paracrina, endocrina o mediada por neurotransmisores. Durante esta diferenciación celular, la determinación sexual del individuo está dada por diversos factores, ya sean genéticos, debido a la concentración de mensajeros químicos o en algunos casos ambientales, como en el caso de algunos reptiles, que responden a cambios de temperatura. Tanto en mamíferos como en aves la determinación sexual primaria del individuo es estrictamente cromosómica y no está influida por el ambiente, en los mamíferos la hembra se define por los cromosomas XX y el macho por los cromosomas XY, mientras que en las aves la hembra se define por los cromosomas ZW y el macho por poseer un juego cromosómico ZZ. El cromosoma Y en los mamíferos es un factor crucial para la determinación del sexo. Una persona con un cromosoma X y uno Y será macho, un individuo con solo un cromosoma X sin otro X o Y (X0) se desarrolla como una hembra pero aunque se inicia el desarrollo de las células somáticas del ovario, el desarrollo y crecimiento folicular no se lleva a cabo. Las características sexuales secundarias están determinadas por hormonas secretadas por las gónadas. Sin embargo en ausencia de gónadas se desarrolla un fenotipo femenino (Gilbert, 2000). Si el cromosoma Y está ausente, los primordios gonadales se transforman en ovarios, glándula que secreta estrógenos, andrógenos y progestágenos, lo que permite el desarrollo del conducto de Müller, los oviductos y la porción superior de la vagina. En el caso de que el cromosoma Y se presente se desarrollan los testículos los cuales secretan andrógenos, estrógenos en menor cantidad y la hormona antimulleriana. La hormona antimulleriana (AMH) es sintetizada por las células de Sertoli, se piensa que esta hormona se asocia a las células del mesénquima que rodean a los conductos de Müller - 4 - provocando que las células secreten un factor parácrino que induce apoptosis en el epitelio de los conductos de Müller, causando la degeneración celular de los mismos. Por otro lado la testosterona: masculiniza el feto estimulando la formación del pene, el escroto y otras estructuras de la anatomía masculina formándose a partir de los primordios de los conductos de Wolff. Por lo que en las primeras etapas de desarrollo, un individuo posee un fenotipo femenino a menos de que éste sea influido por la secreción de la hormona antimulleriana como producto del proceso de la diferenciación gonadal que caracteriza a un individuo masculino. Es importante señalar que en un principio las gónadas se desarrollan a partir de un estado bipotencial (indiferenciado) y a través del tiempo al diferenciarse, los primordios gonadales pueden dar lugar a ovarios o testículos, por lo que el camino de diferenciación tomado por estos rudimentos determinará el futuro desarrollo sexual de los organismos (Gilbert, 2000). Los rudimentos gonadales son regiones pareadas del mesodermo intermedio y se encuentran situados junto a los riñones en desarrollo. La porción ventral de los rudimentos gonadales está compuesta del epitelio de las crestas gonadales. Durante su estado indiferenciado el epitelio de las crestas gonadales prolifera hacia el mesénquima situado sobre éste. Estas capas epiteliales forman los cordones sexuales que posteriormente rodean a las células germinales cuando estas migran. En esta etapa los cordones sexuales permanecen conectados a la superficie del epitelio. En el caso de que el individuo posea el juego cromosómico sexual XY los cordones sexuales continúan extendiéndose dentro del tejido conectivo. La fusión de estos cordones forman una región medular y una distal de menor calibre conocida como red testicular (rete testis). Posteriormente estos cordones pierden contacto con la superficie del epitelio separados por la túnica albugínea, las células germinales se encuentran en los cordones sexuales dentro de los testículos. Durante la pubertad los cordones formarán una cavidad en su interior para dar lugar a los tubos seminíferos donde las células germinales comenzarán a diferenciarse en espermatozoides. Dentro de los tubos seminíferos se encuentran las células de Sertoli, las cuales nutren a los espermatozoides durante su desarrollo y secretan la hormona anti-Mulleriana. Los espermatozoides son transportados del interior de los testículos por la rete testis que conecta - 5 - con los conductos eferentes. En machos los conductos de Wolf se diferencian en el epidídimo y los conductos deferentes. Durante el desarrollofetal las células intersticiales del mesénquima se diferencian en las células de Leydig, las cuales sintetizarán testosterona. Por otro lado en el caso de las hembras los cordones sexuales iniciales degeneran y la superficie del epitelio produce una nueva serie de cordones sexuales que no penetran profundamente en el mesénquima, encontrándose cerca de la superficie externa del órgano y éstos son llamados cordones sexuales corticales. Estos agregados rodean a las células germinales diferenciándose posteriormente en las células de la granulosa. Las células del mesénquima del ovario se diferencian en las células de la teca y en conjunto las células de la teca y de la granulosa forman los folículos que envuelven las células germinales y secretan hormonas esteroides. En hembras los conductos de Müller permanecen intactos y éstos se diferencian en el oviducto, el útero, el cervix y la región superior de la vagina, mientras que los conductos de Wolf degeneran por falta de testosterona (Gilbert, 2000). Conducto de Wolf Cresta genital Aorta Conducto excretor mesonefrico Glomérulo Conducto de Müller Cordones sexuales primitivos Proliferación del epitelio celómico Mesenterio dorsal Rete testis 4 SEMANAS 6 SEMANAS 8 SEMANAS 8 SEMANAS 16 SEMANAS 16 SEMANAS Conducto de Wolf Desarrollo testicular Desarrollo de ovarios Ovogonias Túnica albugínea Conducto de Müller Conductos eferentes Túnica albugínea Cordones testiculares Conducto de Wolf Conducto de Wolf Conducto de Müller Degeneración del túbulo mesonéfrico Conducto mesonéfrico degenerando Cordones sexuales corticales GÓNADAS INDIFERENCIADAS Conducto de Müller Conducto de Wolf Cordones sexuales degenerando - 6 - Fig 1. Formación de gónadas y conductos genitales en mamíferos Aspectos a considerar en la diferenciación gonadal de aves A pesar de que la diferenciación gonadal básicamente dependa de los cromosomas sexuales se ha observado que en esta diferenciación participan diversas enzimas, hormonas y factores genéticos. En mamíferos se sugiere que los genes WT1 y SF1 son esenciales para la diferenciación gonadal, sin embargo en aves estos no juegan un papel específico para la diferenciación sexual. Se ha reportado que a diferencia de los mamíferos, las aves no poseen un homólogo al gen Sry, el cual es determinante para el desarrollo masculino. Durante el desarrollo gonadal de las aves la hormona antimulleriana (AMH) se produce en las gónadas de ambos sexos. En la hembra induce la regresión del conducto mulleriano derecho, sin afectar el desarrollo del izquierdo. Durante el desarrollo embrionario los machos presentan dos incrementos en la concentración de AMH, el primero durante el día 6 y 8 de incubación y el segundo entre Riñón metanéfrico Ureter Conducto de Müller Conducto de Wolf Mesonefros Cloaca Testículos Epidídimo Conducto mulleriano degenerado Conducto de Wolf Uretra Vejiga urinaria Ureter Conducto de Wolf degenerado Útero Vagina Conducto de Müller Oviducto Ovarios Gónadas indiferenciadas - 7 - los días 14 y 20. En hembras este pico se presenta entre el día 9 y 14 correspondiente al periodo de regresión del conducto mulleriano derecho. Desde el día 6 al 12 de incubación el ovario derecho presenta una concentración mayor de AMH que el ovario izquierdo (Saito, 2001). Por lo que se puede sugerir que la hormona antimulleriana tiene una función esencial en la diferenciación sexual durante el desarrollo embrionario. Debido a que los niveles de AMH, Sox9 y DMRT-1 son mayores en testículo que en ovario en las etapas de diferenciación gonadal es muy probable que estos genes tengan un importante papel en el desarrollo testicular, como también los niveles de testosterona a los 6 y 7 días de incubación. Se ha demostrado que el 17β-estradiol interviene en el desarrollo gonadal temprano de las aves, ya que si se administra inhibidor de aromatasa a individuos con un genotipo femenino antes de la diferenciación sexual, se inicia una regresión sexual a macho (Saito, 2001). Migración de las células germinales en aves. A diferencia de los mamíferos en las aves se presenta un desarrollo unilateral del ovario y el oviducto izquierdo ya que a partir del noveno día de incubación el ovario y el oviducto derecho inician un proceso de atrofia y en el nacimiento solo se presenta un rudimento no funcional de los mismos. En aves y reptiles, las células germinales primordiales (CGPs) son derivadas de las células del epiblasto que migran de la porción central del área pelúcida a la cresta germinal (zona del hipoblasto en el borde anterior del área pelúcida donde las CGPs proliferan). Las CGPs migran a las gónadas utilizando el sistema circulatorio, cuando se inicia el proceso de vascularización en las crestas urogenitales, las CGPs atraviesan los capilares sanguíneos y son llevadas a la región donde se está formando la parte superior del tubo digestivo. En esta región dichas células salen de la circulación, se asocian con el mesenterio y migran hacia las crestas genitales. Las CGPs entran al torrente sanguíneo por un movimiento común a linfocitos y macrófagos que les permiten difundirse entre las células endoteliales de los capilares sanguíneos, este movimiento es conocido como diapédesis (Gilbert, 2000, Merchant-Larios, 1978, 1984). - 8 - Anatomía gonadal en mamíferos Ovario Los ovarios en los mamíferos son órganos pares que desempeñan dos funciones: la producción de los ovocitos y su liberación (ovulación) y por otro lado la secreción de hormonas esteroides. En cortes histológicos se pueden diferenciar dos zonas: una gruesa corteza externa y una médula central. La médula está compuesta por tejido conectivo laxo con numerosos vasos sanguíneos, linfáticos y nervios. La corteza está constituida de un estroma de tejido conectivo y dentro de ésta encontramos los folículos. Las células de tejido conectivo se encuentran densamente agrupadas en una red de finas fibras de colágeno. Debajo del epitelio el tejido conectivo es más fibroso y forma una cápsula muy delgada conocida como túnica albugínea. Fig. 2. a) Ovario fetal mostrando la zona central (medular) (M) y la cortical periférica (C). b) Ovario de gata con folículos en diversos estadios de maduración. Los folículos están constituidos por un ovocito y una capa epitelial circundante dependiendo del estadio de desarrollo en que se encuentren los podemos diferenciar en distintos tipos: Los folículos primordiales se encuentran inmersos en la corteza del ovario, inmediatamente por debajo de la túnica albugínea. Estos se componen de un único ovocito rodeado por una capa de células epiteliales aplanadas conocidas como células foliculares. El ovocito es una célula grande con un núcleo de localización excéntrica y con un único nucleolo de gran tamaño, posee una cromatina fina, con muy poco retículo endoplásmico a) b) C M - 9 - rugoso, abundantes poliribosomas libres y un aparato de Golgi yuxtanuclear, aparecen numerosas mitocondrias y gotas de lípidos relacionadas con el aparato de Golgi. El complejo de Golgi, las mitocondrias y las gotas de lípido forman, junto con el centrosoma, una masa central, que desplaza al núcleo, denominado cuerpo vitelino (cuerpo de Balbiani). Durante el crecimiento siguiente y la maduración del ovocito desaparece el cuerpo vitelino, ya que el aparato de Golgi se separa en complejos menores y junto con las mitocondrias se disemina en el citoplasmaperiférico. Además, disminuye el número de gotas de lípidos encontrándose más dispersas. El comienzo de la maduración de un folículo primordial lo transforma en un folículo primario en crecimiento. En esta etapa el ovocito aumenta su tamaño y las células prefoliculares aplanadas crecen en altura volviéndose cúbicas y gradualmente cilíndricas. Posteriormente proliferan, dando lugar a un epitelio estratificado, denominado capa de células granulosas. Separado del tejido conectivo por una membrana basal. Durante el crecimiento del ovocito se forma una membrana fuertemente refringente y eosinófila, la zona pelúcida, que separa al ovocito de las células de la granulosa limitantes. Durante el crecimiento del folículo, este se va hundiendo más hacia la profundidad de la corteza, mientras que las células del estroma circundante se ordenan en una capa concéntrica denominada teca folicular. En la siguiente fase de desarrollo, en la capa celular de la granulosa se forman pequeñas zonas irregulares, llenas de líquido, que aumentan de tamaño y se unen determinando la formación del antro folicular. El folículo ovárico con antro totalmente integrado se denomina folículo secundario o vesicular. Gradualmente el ovocito adquiere una posición excéntrica, rodeado por las células de la granulosa y constituyendo el acúmulo ovígero. La teca folicular se diferencia en una teca interna y una teca externa. Las células del estroma de la teca interna se diferencian en células epitelioides ahusadas o poliédricas, con núcleos redondos. Esta capa se encuentra muy vascularizada, por invasión de vasos sanguíneos - 10 - desde la teca externa. Las células epitelioides contienen numerosas gotas de lípidos en el citoplasma con gran cantidad de retículo endoplásmico liso. El cual se encarga de la secreción de estrógenos. Por otro lado la teca externa continúa siendo de naturaleza conectiva (Geneser, 1989). a) b) c) d) e) Fig. 3. a)Fotomicrografìa del epitelio superficial del ovario que muestra la corteza ovárica con folículos primarios. b) Folículo bilaminar. c y d) Folículos secundarios. e) Imagen en microscopía electrónica de barrido y en microscopía de campo claro de un Folículo maduro (de Graaf) Células de la granulosa Citoplasma del oocito Núcleo del oocito Folículos primordiales Mesotelio (Epitelio germinativo) Túnica albugínea Estroma Folículo primario - 11 - Testículo Al igual que las gónadas sexuales femeninas las gónadas masculinas desempeñan dos funciones: la producción de gametos masculinos y la secreción de hormonas esteroides (testosterona principalmente). El testículo es una glándula tubular compuesta, rodeada por una gruesa cápsula fibrosa, la túnica albugínea. En la cara posterior del órgano, un engrosamiento de tejido conjuntivo penetra en la glándula y forma el mediastino del testículo. A partir de éste se despliega una serie de tabiques testiculares que dan lugar a los lobulillos testiculares (Fawcett, 1987). Dentro de los lobulillos testiculares se encuentran los túbulos seminíferos, esta estructura representa la porción productora de espermatozoides del testículo. Cada túbulo seminífero se continúa en la parte cercana al mediastino con un túbulo recto que posteriormente se continua con la rete testis. En la cara interna de la túnica albugínea, el tejido conjuntivo denso cede su lugar a una capa más laxa, provista de numerosos vasos sanguíneos, la túnica vascular del testículo. A partir de esta capa, un tejido conjuntivo de carácter semejante se extiende hacia dentro, para llenar los intersticios que hay entre los túbulos seminíferos. Este contiene fibroblastos, macrófagos, células cebadas y células mesenquimatosas perivasculares. Además contiene grupos de células intersticiales epitelioides, llamadas también células de Leydig, las cuales constituyen el tejido endocrino del testículo porque sintetizan y liberan la hormona sexual masculina testosterona (Fawcett, 1987). El rasgo ultraestructural más llamativo de las células intersticiales es su retículo endoplásmico liso abundante, mitocondrias con crestas tubulares e inclusiones lipídicas. Fig. 4. Corte transversal de testículo. A. túnica albugínea, MB membrana basal, TS túbulos seminíferos, CL células de Leydig MB TS TS CL - 12 - Los túbulos seminíferos están rodeados por una gruesa membrana basal y por dentro se encuentran revestidos por un epitelio estratificado, denominado epitelio seminífero, en éste se encuentran dos tipos principales de células: las células de soporte y las células espermatogénicas: los elementos de soporte son de un solo tipo, las células de Sertoli, mientras que las células espermatogénicas incluyen varios tipos distinguibles morfológicamente: espermatogonias, espermatocitos primarios, espermatocitos secundarios, espermátidas y espermatozoides, dependiendo del estadio de diferenciación en el que se encuentren. Las células germinales más primitivas, las espermatogonias, se apoyan sobre la lámina basal, mientras que los estadios más avanzados de la línea de células germinales se encuentran a niveles progresivamente más internos del epitelio. La actividad proliferativa del epitelio se limita a las espermatogonias y a los espermatocitos cercanos a la base (Fawcett, 1987) Fig.5. A) Sección transversal de un túbulo seminífero con espermatozoides en el centro del conducto. B) Células de Sertoli marcadas con técnicas inmunocitoquímicas que detectan la vimentina presente en las mismas. Las células de Sertoli se encuentran en menor proporción que las células espermatogénicas y se encuentran distribuidas en intervalos regulares. Las células de Sertoli se apoyan sobre la lámina basal y se extiende hacia arriba a lo largo de todo el espesor del epitelio hasta su superficie libre. Estas presentan un núcleo oval con un profundo repliegue en la envoltura nuclear, presenta un nucléolo grande muy característico. En las células de Sertoli se encuentran numerosas gotas de lípidos y un retículo liso bien desarrollado debido a la producción de hormonas esteroides. Las células de Sertoli proporcionan apoyo mecánico y protección a las células germinales en desarrollo y participan en su nutrición. Parecen desempeñar también una función activa en la liberación de los espermatozoides maduros. En su parte basal presentan prolongaciones paralelas las cuales son la base de la barrera hematotesticular. - 13 - Características morfológicas y funcionales del ovario de las aves en etapas tempranas del desarrollo gonadal En etapas tempranas del desarrollo gonadal de las aves el oviducto y ovario derecho se encuentran presentes, sin embargo, las células germinales primordiales presenta una distribución asimétrica con respecto al ovario izquierdo a partir del día 4 de incubación, posteriormente se inicia una regresión del ovario y oviducto derecho a partir del día 10 de incubación, quedando solo un rudimento de ambos en el nacimiento por lo que en etapa adulta sólo el ovario y oviducto izquierdo son funcionales. En algunas aves como las falconiformes o el kiwi se conservan ambas gónadas y oviductos funcionales con una asimetría en el tamaño de los ovarios (Johnson, 2000). Los ovarios de las aves en etapa de postura, presentan dos tipos de folículos, los más pequeños, menores a 10mm de diámetro (de color blanco y amarillos) y los folículos mayores, de color amarillo que se denominan F1, F2, F3, F4, F5 y F6 siendo el F1 el de mayor tamaño y próximo a ovular. Los folículos están formados por capas concéntricas de tejidos que rodean al ovocito de la siguiente manera: a) Ovocito b) la membrana plasmática del ovocito c) Capa perivitelina d) Células de lagranulosa e) Lámina basal f) Células de la teca (interna y externa) Fig. 6. a) Folículos jerárquicos y prejerárquicos, del ovario de gallina adulta. F1, F2, F3, F4, F5, folículos jerárquicos mayores; POF, folículo postovulatorio; SWF, folículos blancos pequeños, SYF, folículos pequeños amarillos. b) Representación esquemática de un folículo de ovario adulto de ave. Estigma Membrana basal Granulosa Teca externa Teca interna Capa perivitelina Pedicelo Tejido conectivo Membrana vitelina Zona radiada b) a) - 14 - Los ovarios en las aves varían de tamaño dependiendo si se encuentran en época reproductiva o no, por ejemplo en el caso del estornino europeo (Sturnus vulgaris) el peso varía de 8mg en temporada de inactividad reproductiva, con un una apariencia compacta, con pequeños folículos que le dan una apariencia granular, a 140mg en temporada reproductiva, en la que los folículos incrementan su tamaño adquiriendo la apariencia de un racimo de uvas (Gilbert, 1979). Los folículos mayores se encuentran suspendidos por un pedicelo, los folículos maduros se observan altamente vascularizados y su superficie posee una pequeña cicatriz, conocida como el estigma que es la región donde el folículo tendrá una ruptura durante la ovulación. Histológicamente el ovario de aves sigue el patrón básico de los vertebrados. A diferencia del testículo el ovario siempre contiene un gran número de folículos en diversos estados de desarrollo. En etapas primarias el folículo consiste en una capa de células aplanadas de la granulosa, conforme madura se forma un tejido tecal multilaminar altamente vascularizado. En dicho crecimiento las células de la granulosa se separan por espacios intercelulares llenos con una sustancia perivitelina. Se presentan elevaciones en la membrana celular del ovocito dando lugar a la zona radiada. El ovocito llena completamente el folículo desarrollado, por lo que no existe antro folicular u otra organización interna como en el caso de mamíferos. Los folículos postovulatorios contienen la capa de la granulosa y de la teca, remanente subsecuente de la ovulación. Después de la ovulación los folículos rotos rápidamente se desintegran y llegan a ser absorbidos por acción fagocítica (Johnson, 2000, Hernández, 1994). No persiste el cuerpo lúteo como en los mamíferos. En el caso del pollo y el cuervo, los folículos postovulatorios son reabsorbidos en pocos días (6-10), mientras que en el caso del faisán (Phasianus colchicus) permanecen hasta tres meses (Johnson, 2000). Ovario prefolicular de las aves con 18 días de incubación El ovario izquierdo de las aves, con 18 días de incubación, está recubierto por un epitelio plano o cúbico asociado a células y fibras propias del tejido conjuntivo laxo que se continúan con la porción cortical donde se localizan acúmulos de células germinales rodeadas por células pregranulosas. - 15 - La porción medular está constituida por estructuras vasculares de tipo capilar con una luz muy dilatada que alojan todos los elementos propios de la sangre, estos capilares sinusoidales comparten el estroma medular con estructuras conocidas como conductos lacunares, cuya función no está totalmente definida, aunque la presencia de células germinales atravesando el epitelio que los constituye nos sugiere que podrían estar asociados con la migración celular de las mismas. Entre los conductos lacunares y los vasos capilares antes descritos, se localizan acúmulos de células con características esteroidogénicas que sintetizan y secretan andrógenos, además, en esta porción medular se encuentran células de aspecto indiferenciado con núcleo de cromatina poco condensada cuya función es la producción de estrógenos en esta gónada en desarrollo (González-Morán y cols. 1985, González del Pliego y cols., 1988). Fig. 7. Corte transversal de ovario izquierdo de embrión de pollo de 18 días de desarrollo que muestra la organización de la corteza y médula de ovarios en etapas tempranas del desarrollo embrionario. Médula Células con actividad esteroidogénica Corteza Epitelio plano simple Células germinales Conductos lacunares - 16 - Características morfológicas y funcionales del testículo de las aves en etapas tempranas del desarrollo gonadal En contraste con los mamíferos en aves los testículos se encuentran localizados permanentemente en la cavidad ventral del cuerpo, manteniendo una íntima relación con el mesonefros en desarrollo. Comúnmente el testículo izquierdo presenta un mayor tamaño que el derecho En especies donde su ciclo reproductivo se rige por cambios en las características del medio en las estaciones del año estos presentan grandes variaciones en tamaño incrementándolo de 400 a 500 veces. El incremento en tamaño provoca una gran tensión en las capas que lo cubren, las cuales son remplazadas anualmente por la proliferación de nuevos fibroblastos que reconstruyen una nueva cápsula bajo la cubierta anterior. Por unas semanas después de la regresión testicular pueden ser observadas en cortes la vieja y la nueva túnica. Internamente los testículos están constituidos por una masa de túbulos seminíferos que, a diferencia de los mamíferos están anastomosados y no se restringen por septos. En época de inactividad reproductiva el epitelio germinal generalmente consta de una capa de espermatogonias y las células de Sertoli, debido a la condición colapsada el lumen en ocasiones no puede observarse. En la época reproductiva la actividad mitótica de las espermatogonias se incrementa y se presenta la maduración a espermatogonias secundarias, espermatocitos primarios y secundarios, espermátidas y espermatozoides por lo que el epitelio germinal se conforma de varias capas de grosor (Farner, 1973, Kirby y Froman, 2000). Testículo de las aves con 18 días de incubación El testículo de las aves en esta etapa de desarrollo está cubierto por un epitelio plano simple asociado a tejido conjuntivo ricamente vascularizado, a diferencia del ovario antes mencionado no existen límites entre corteza y médula, los cordones testiculares, se distribuyen a lo largo de toda la glándula y están constituidos por espermatogonias en contacto con células de Sertoli, en la periferia de los cordones se localizan células pericordonales que aportan factores hormonales que favorecen el desarrollo gonadal. Entre los cordones epiteliales, se localizan acúmulos de células de Leydig que sintetizan y liberan andrógenos - 17 - Fig. 8. Corte transversal de testículo de embrión de pollo con 18 días de desarrollo. Formación de hormonas esteroides en aves El fenómeno de esteroidogénesis en el ovario de aves ha sido profundamente estudiado en folículos preovulatorios (Etches y Duke, 1984), mientras que este proceso en folículos prejerárquicos (folículos blancos pequeños) ha sido poco estudiado. En los folículos preovulatorios (F1-F6) la producción de hormonas esteroides se describe en base a un modelo tricelular (Bahr et al. 1983, Huang et al., 1979, Johnson, 2000). En este modelo las células de la capa granulosa producen predominantemente progesterona que sirve como precursor de la síntesis de androstendiona y testosterona por la teca interna, mientras que la teca externa al poseer el complejo de aromatasa es el principal productor de estradiol. La producción de hormonas esteroides por las células de la teca y de la granulosa está regulada por las hormonas gonadotropas (LH y FSH), vía adenilato ciclasa y cAMP. Los receptores de LH se expresan en los tejidos de la teca y la granulosa de todos los folículos jerárquicos. Por otro lado el complejo de receptores de FSH es muybajo en folículos jerárquicos. Células germinales Células de Sertoli Células pericordonales Epitelio plano simple Precursores de células de Leydig - 18 - Fig. 9 Modelo esteroidogénico por folículos jerárquicos El modelo de esteroidogénesis para folículos prejerárquicos (pequeños blancos) es distinto ya que las células de la capa granulosa de estos folículos son incapaces de sintetizar progesterona debido a la pérdida de la actividad P450SCC, aunque tienen la capacidad de producir cAMP en respuesta a un tratamiento con FSH, por lo que no es claro cómo es que se producen cantidades de progesterona por esta capa celular in vivo. Se ha propuesto que un reclutamiento de folículos esta relacionado con la expresión inicial de mRNA de receptores de LH y la adquisición de la enzima funcional P450 SSC en las capas de la granulosa Fig.10. Modelo esteroidogénico de folículos prejerárquicos Folículos jerárquicos GRANULOSA TECA Colesterol Pregnenolona Progesterona Andrógenos SCC 3β HSD 17 OH-asa Colesterol Pregnenolona Progesterona Androstendiona Andrógenos Estradiol aromatasa SCC 3β HSD 17α OH-asa interna externa LH-R LH-R LH-R VIP-R LDL GRANULOSA TECA Pregnenologna 3β HSD Progesterona Colesterol Pregnenolona DHEA Androstenediona Andrógenos Aromatasa Estradiol SCC 17α OH-asa 3β HSD Interna Externa ? LH-R LH-R VIP-R FSH-R LDL - 19 - FACTORES DE CRECIMIENTO Tanto en vertebrados como en invertebrados el establecimiento de una línea celular está regulado por diversos factores dentro del ciclo celular. El sistema de control del ciclo celular de levaduras se basa en dos familias clave de proteínas. La primera es la familia de las proteína cinasas dependientes de ciclina (Cdk) las cuales inducen fosforilación de proteínas seleccionadas sobre serinas y treoninas. La segunda es una familia de proteínas activadoras especializadas, las ciclinas, que se unen a las moléculas de Cdk y controlan su capacidad para fosforilar proteínas blanco adecuadas. Existen dos clases principales de ciclinas: las ciclinas mitóticas las cuales se unen a las moléculas de Cdk durante G2 y son necesarias para entrar en mitosis y las ciclinas G1, las cuales se unen a moléculas Cdk durante G1 y son necesarias para entrar en la fase S. En células de levadura, el mismo miembro de la familia Cdk proporciona la actividad quinasa en ambos puntos de control; en células de mamífero hay al menos dos proteínas Cdk diferentes, una para cada punto de control. Se han encontrado al menos seis tipos diferentes de ciclínas llamadas ciclina A, B, C, D, E y F (Alberts et al., 1996). Las ciclinas D se expresan en respuesta a la estimulación con factores de crecimiento durante la fase temprana de G1. La ciclina E marca la transición de G1 a S, mientras que las ciclinas A y B se consideran como ciclinas mitóticas, cuya expresión es necesaria para completar las fases G2 y M. Las ciclinas D, que se expresan en la fase temprana de G1 en respuesta a diversos estímulos mitogénicos, aparecen como los candidatos más probables para responder a los distintos factores proliferativos como EGF, PDGF, FGF e IGF. Por el contrario el efecto antiproliferativo de TGF coincide con un bloqueo en la formación del complejo ciclina E-p34cdc2, previniendo que se complete la fase G1 del ciclo (Zentella, 1993). Para poner en marcha la división celular de un organismo pluricelular es necesario recibir señales específicas de otras células, muchas de estas señales son factores de crecimiento proteicos que se unen a receptores complementarios en la membrana plasmática estimulando la proliferación celular. - 20 - Los factores de crecimiento pueden ser agrupados en base a sus efectos sobre proliferación celular: aquellos que la favorecen (EGF,PDGF, FGF, Insulina, ILGF, IL2) y aquellos que son capaces de frenar la proliferación (TGF-β , TNF-α , INF-γ, IL1). La existencia de estos dos grupos de factores ha llevado a proponer un modelo en el que el balance entre los estímulos que favorecen y aquellos que frenan la proliferación celular define el número de células y con ello el tamaño de los tejidos y órganos. Las células son susceptibles al efecto de factores proliferativos sólo durante la fase G1 del ciclo celular. El efecto de factores antiproliferatifvos esta restringido a la etapa tardía de esa misma fase. En el caso de los factores promitogénicos se han identificado dos fases en la estimulación, en las que intervienen factores de competencia y factores de progresión. Los primeros llevan a las células a un estadio de “competencia” que les confiere la capacidad de reiniciar su entrada al ciclo celular, pasando de G0 a G1 sin ser suficiente para inducir progresión a lo largo del ciclo. Los factores de progresión, no son capaces de activar a las células que se encuentran el la fase G0, pero favorecen la progresión de G1 a S. (Zentella, 1993). Factores de crecimiento en la formación de hormonas esteroides Al hablar de síntesis de hormonas esteroides es necesario ubicar una cascada de comunicación altamente regulada, donde el bloqueo hacia la formación de una molécula intermediaria puede frenar el término de la síntesis de estas hormonas. Dentro de las moléculas que pueden actuar positiva o negativamente en esta cascada podemos mencionar a los factores de crecimiento. La síntesis de hormonas esteroides se inicia con el colesterol. El primer paso para la síntesis de hormonas esteroides es el trasporte de colesterol del citoplasma a las membranas internas mitocondriales la cual esta regulada por la proteína StAR (Steroidogenic Acute Regulatory Protein). Se ha demostrado que TGF-β1 inhibe la síntesis de dicha proteína en células adrenocorticales de bovinos, el interferon γ (INF γ) disminuye la expresión de esta proteína en cultivos de células de Leydig de ratas y el factor de necrosis tumoral (TNF) inhibe la expresión de StAR en células de Leydig de cerdo. El segundo paso para la formación de las hormonas esteroides es la transformación de colesterol a pregnenolona, precursor principal para la síntesis de hormonas esteroides, este - 21 - es catalizado por la enzima P450ssc, en este paso TGF-β estimula la expresión de esta enzima bajo condiciones de estimulación hormonal, observándose un efecto similar con el factor de crecimiento epidérmico (EGF) al aumentar su expresión en células de la placenta y la granulosa, mientras que el TNF inhibe la actividad de dicha enzima en células de Leydig y adrenocorticales de ratas, ratones y cerdos (Herrmann y cols, 2002). La enzima 3β-dihidroxiesteroide-deshidrogenasa (3β-HSD) induce la conversión de pregnenolona a progesterona, dehidroepiandrosterona en androstenediona y androstenediol en testosterona. Se ha observado que los factores de crecimiento tienen diferentes efectos en esta enzima, por un lado EGF y TGFβ incrementan la actividad de expresión de 3β-HSD mientras que el factor de crecimiento fibroblástico ácido (aFGF), la interleucina-1 y el TNF inhiben la 3β-HSD. P450c17 es la enzima que cataliza la conversión de pregnenolona y progesterona a 17α- hidroxipregnenolona y 17α hidroxiprogesterona respectivamente y posteriormente en dehidropiandrosterona y androstenediona. En células de Leydig y células de la teca folicular solo TGFβ1 inhibe la expresión de P450c17. Los pasos finales durante la esteroidogénesis de estrona a 17β-estradiol y de androstediona a testosterona son catalizadospor 17β- hidroxiesteroide-deshidrogenasa (17β-HSD), se ha encontrado que en este caso TGFβ1 estimula esta enzima, al igual que TNF y bFGF con un efecto estimulador en células de glándula mamaria (Herrmann y cols., 2002). La reacción limitante en la síntesis de estrógenos es el paso que convierte la testosterona a estradiol y androstediona en estrona. Esta reacción es catalizada por el complejo enzimático de p450 aromatasa. Este complejo se ve estimulado por la acción de la IL-6 observado en células de la granulosa y adipocitos. TNF también estimula la actividad de la p450 aromatasa en adipocitos y células tumorales de glándula mamaria, por otro lado en células de la granulosa TNF inhibe la actividad de la aromatasa estimulada por la hormona folículo estimulante. En factores como TGFα, TGFβ y FGF se han reportado efectos de estimulación e inhibición mientras que el EGF tiene un efecto inhibitorio en el complejo enzimático de la aromatasa estando las células estimuladas o no. - 22 - En el paso final de la vía para la formación de la testosterona se encuentra la 5β –reductasa la cual convierte la testosterona en dihidrotestosterona. TGFβ1 y TGFβ2 estimulan la actividad de la 5β- reductasa en fibroblastos del escroto, mientras que los factores de crecimiento (aFGF y bFGF) son capaces de inhibir la actividad de dicha enzima en ratas inmaduras (Herrmann y cols., 2002). Fig. 11. Principales eventos enzimáticos en el proceso de esteroidogénesis. 3-β-HSD, 3-β-hidroxiesteroide deshidrogenada; 5-α-R, 5-α-reductasa; 17-β-HSD, 17-β-hidoxilasa; AROM, aromatasa; DHEA, dehidroepiandosterona; DHEAS, dehidroepiandrosterona sulfato; DTS, dehidroepiandosterona sulfotransferasa; P450c11, 11β-hidoxilasa; P450c17, 17-α-hidroxilasa/ 17,20-liasa; P450c21, 21-α-hidoxilasa; P450scc, citocromo P450scc; ST, sulfatasa; StAR, proteína reguladora de la esteroidogénesis. Además de las proteínas, otras moléculas pueden actuar como factores de crecimiento, un ejemplo son las hormonas esteroides que actúan sobre proteínas receptoras intracelulares. La mayoría de los factores de crecimiento efectúan muchas otras acciones además de la regulación del crecimiento y la división celular, pueden controlar la proliferación, la supervivencia, la migración o el funcionamiento de las células, dependiendo de las circunstancias en que se encuentren (Alberts, 1996). Colesterol intramitocondrial Colesterol extramitocondrial StAR P450ssc Pregnenolona P450c21 3β-HSD Progesterona Corticosterona Aldosterona P450c17 17α-Hidroxi- progesterona 17α-Hidroxi- pregnenolona 3β-HSD P450c11 Cortisol P450c17 P450c17 P450c17 DHEA Androstenediona AROM Estrona 16 α–hidroxi- estrona Estriol DHEAS DST ST 3β-HSD 17β-HSD 17β-HSD 17β-HSD Androstenediol 3β-HSD Testosterona AROM 17β-estradiol P450c21 P450c11 11-Deoxicorticosterona 18-Deoxicorticostirona 11-Deoxicortisol Dihidrotestosterona 5α-R - 23 - Justificación del trabajo Generalmente se piensa que las hormonas gonadotropas (LH y FSH) juegan un papel fundamental en la regulación de las funciones ováricas, sin embargo se ha demostrado que en el desarrollo gonadal de las aves participan además de las hormonas gonadotropas (LH y FSH), algunos factores de crecimiento que se producen localmente y que pueden actuar sobre las células somáticas o germinales, modulando la proliferación celular y/o la síntesis y secreción de hormonas esteroides, por lo que en conjunto las hormonas gonadotropas y los factores de crecimiento participan en el desarrollo y crecimiento folicular y además en la maduración y diferenciación de las gónadas masculinas. En el presente trabajo se utilizó un modelo in Vitro libre de la influencia de los componentes del suero bovino fetal y los antibióticos, esto hizo posible determinar la participación de las hormonas LH, hCG, FSH y algunos factores de crecimiento (insulina, IGF y TGFβ) en la fisiología gonadal de las aves en etapas tempranas del desarrollo embrionario. Objetivo Determinar la participación de las hormonas LH, hCG, FSH y algunos factores de crecimiento (Insulina, IGF y TGFβ) en la proliferación celular y/o esteroidogénesis de las gónadas embrionarias de aves con 18 días de incubación. - 24 - Materiales y métodos Se utilizaron embriones de pollo de 18 días de incubación (Babcock B300), obtenidos de la empresa Huevo fértil Alpes –II (Tehuacan, Puebla) los cuales fueron incubados a 37°C con una atmósfera humidificada y rotación constante, al cumplirse el tiempo de incubación se hizo ovoscopía para determinar la viabilidad de los mismos, desechando aquellos con problemas en el desarrollo embrionario o los que fueron abortados. Por otro lado se prepararon y esterilizaron por filtración: soluciones salinas balanceadas isotónicas (SSB) Tripsina (0.25%) en SSB libre de Calcio y Magnesio Inhibidor de tripsina (0.5%) en DMEM medios de cultivo apropiados (DMEM) Hormonas gonadotropas y factores de crecimiento LH (1UI/ml) hFSH (0.5 UI/ml) hCG (1 UI/ml) Insulina (50µg/ml) IGF (25ng/ml) TGFβ (.00001ng/ml) Cultivos celulares Las gónadas de los embriones viables fueron disecadas (ovario izquierdo y testículo) en condiciones estériles en una campana de flujo laminar con ayuda de un microscopio estereoscópico y colocadas en cajas de petri con medio de cultivo mínimo esencial modificado por Dulbecco (DMEM), posteriormente fueron sometidas a una disociación mecánico-enzimática con tripsina al 0.25% (w/v) disuelta en solución salina balanceada (libre de Ca ++ y Mg ++ ) por alrededor de 20 minutos, ya pasado este periodo la reacción se detuvo con inhibidor de tripsina al 0.5% disuelto en DMEM para evitar que la viabilidad celular comenzara a declinar. Las células obtenidas fueron centrifugadas a 1000 r.p.m durante 10 minutos, se desechó el sobrenadante y el botón celular obtenido fue resuspendido en medio de cultivo, este proceso se llevó a cabo 3 veces. - 25 - Posteriormente se determinó la viabilidad celular por la técnica del azul tripano (Tennant, 1964) utilizando un hemocitómetro. En cada uno de los cultivos realizados se consideró que la viabilidad celular fuera superior al 90%. Ya determinada la viabilidad celular, se sembraron 500,000 células sobre membranas de policarbonato flotando en 2ml de medio de cultivo durante 60 horas a 37°C con una atmósfera de 95% aire y 5% CO2. Al inicio de los experimentos, a los grupos tratados se les agregó al medio de cultivo LH(1UI/ml), hFSHr (0.5 UI/ml), hCG (1 UI/ml) ó factores de crecimiento (Insulina (50µg/ml), IGF(25ng/ml), TGF (.00001ng/ml)) sin cambio o reemplazamiento de los mismos. Transcurridas 60 horas de incubación se tomaron alícuotas de 50µl del medio de cultivo colectado y se determinó la actividad esteroidogénica cuantificando 17 β– estradiol y testosterona por la técnica de radioinmunoanálisis (RIA). Por otro lado para determinar la proliferación celular se les agregó a todos los grupos 0.1µCi de timidina tritiada tomando como indicador de la división celular la timidina incorporada en los cultivos celulares. Para tal efecto los agregados celulares fueron fijados en metanol- ácido acético 3:1 (v/v), lavados 2 veces con ácido tricloroacético al 10% (w/v) por 60 min a 4°C y se trataron con dodecil-sulfato de sodio al 2% (w/v) por 30 min a 60°C. A cada una de las muestras se les agregó líquido de centelleo y fueron cuantificados en un contador de centelleo líquido (Bekman LS 6500). - 26 - RESULTADOS Síntesis y secreción de hormonas esteroides En los cultivos de agregados celulares de ovario izquierdo lashormonas LH, FSH y hCG produjeron un incremento significativo en la síntesis y secreción de 17β-estradiol con respecto a los grupos controles (p<0.05), mientras que la insulina y los factores de crecimiento IGF y TGF-β no incrementaron la síntesis y secreción de estradiol con respecto a los grupos controles (Fig. 12a). En cuanto a la secreción de andrógenos en los cultivos de ovario izquierdo los grupos tratados con las hormonas FSH y hCG produjeron un incremento significativo en la síntesis y secreción de testosterona con respecto a los grupos no tratados. Los grupos a los cuales se les agregó insulina, LH, IGF y TGF-β no presentaron diferencias significativas en la secreción de testosterona con respecto a los grupos controles (p>0.05) (Fig. 12b). MEDIA ESTRADIOLTESTICULO 0 10 20 30 40 1 7 β -e s tr a d io l (n g /1 X 1 0 6 c e ls ) Control FSH hCG LH Insulina IGF TGFβ Ovario izquierdo 18d * * * a) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Control FSH hCG LH Insulina IGF TGFβ Ovario izquierdo 18 días T e s to s te ro n a ( n g /1 X 1 0 6 c é lu la s ) ** Fig. 12. Secreción de 17β- estradiol (a) y testosterona (b) en ovario izquierdo de aves con 18 días de desarrollo. * p<0.05 En los cultivos de agregados celulares de testículo, se demostró que, la secreción y síntesis de 17β-estradiol no presentó diferencias significativas por ninguna de las hormonas o factores de crecimiento utilizados (Fig. 13a). Con respecto a la secreción de andrógenos en los cultivos celulares de testículo, la síntesis y secreción de testosterona, se incrementó significativamente en los grupos tratados con las hormonas FSH y hCG con respecto al grupo control (p<0.05), mientras que la LH, la insulina, el TGFβ y el IGF no produjeron diferencias significativas con respecto a los grupos controles (p>0.05) (Fig 13b). - 27 - 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 Control FSH hCG LH Insulina IGF TGF-β NCNCNCNC Testículo 18d 1 7 β -e s tr a d io l (n g /1 X 1 0 6 c e ls ) a) 0 1 2 3 4 5 6 Control FSH hCG LH Insulina IGF25ng TGFβ NC T e s to s te ro n a ( n g /1 X 1 0 6 c é lu la s ) Testículo 18 días * * b) Fig. 13. Secreción de 17β- estradiol (a) y testosterona (b) en testículo de aves con 18 días de desarrollo. NC (no cuantificable) *p<0.05. Proliferación celular En los cultivos celulares de ovario izquierdo los grupos tratados con la hormona FSH incrementaron significativamente la proliferación celular con respecto los grupos controles, la insulina y el TGFβ presentaron diferencias significativas disminuyendo la proliferación celular ( p<0.05) Fig.14a, mientras que los cultivos tratados con hCG, LH e IGF no fueron significativamente diferentes con respecto a los grupos controles. En los cultivos celulares de testículo los grupos tratados con FSH incrementaron significativamente la proliferación celular (p<0.05), mientras que los grupos tratados con hCG, LH, insulina, IGF y TGFβ no presentaron diferencias significativas con respecto a los grupos controles (p>0.05). 0 2000 4000 6000 8000 10000 control FSH hCG LH Insulina IGF TGF-β Ovario izquierdo 18 días In c o rp o ra c ió n d e 3 H -t im id in a C P M /1 0 6 c e ls . * * * a) mediaovarioh3 0 2000 4000 6000 8000 10000 Testículo 18 días In c o rp o ra c ió n d e 3 H -t im id in a C P M /1 0 6 c e ls . control FSH hCG LH Insulina IGF TGF-β b) * Fig. 14. Incorporación de timidina en cultivos de células de ovario izquierdo (a) y testículo (b) de aves con 18 días de desarrollo. *p<0.05 - 28 - D i s c u s i ó n En el presente estudio se determinó que las hormonas gonadotropas juegan un papel importante en la proliferación celular así como en la síntesis y secreción de hormonas esteroides en gónadas embrionarias de aves con 18 días de desarrollo. En el presente trabajo y en estudios previos (Pedernera y cols., 1999; Velázquez y cols., 1997) se ha demostrado que la FSH participa induciendo actividad proliferativa y esteroidogénica en etapas tempranas del desarrollo gonadal de las aves. En el ovario izquierdo el incremento observado en la síntesis y secreción de 17β- estradiol en los grupos tratados con hCG y LH nos sugiere que la respuesta a las dos hormonas con actividad luteinizante puede deberse a la sensibilidad y especificidad de los receptores en las gónadas de las aves, aún cuando, en estudios realizados en mamíferos se ha demostrado que los receptores de las hormonas gonadotropas son altamente específicos. En otros vertebrados como los peces, se ha demostrado que el receptor de FSH del pez gato une FSH y LH (Bogerd, et al., 2005). Esto nos sugiere que las interacciones entre las gonadotropinas y sus receptores en aves podrían ser menos específicas que en el grupo de los mamíferos. Esta especificidad está ligada al dominio extracelular del receptor, y su secuencia de amino ácidos ricos en leucina responsable del reconocimiento de la hormona y el grado de afinidad por la unión (Bogerd, 2006, Castagliola et al., 2005, Braun et al., 1991). La especificidad hormona-receptor de LH en aves podría ser probada utilizando un modelo experimental que nos permita bloquear los receptores de FSH con una sustancia que compita o bloquee los mismos, de tal forma que solamente quedaran libres los receptores para LH , posteriormente ya teniendo bloqueados los receptores de FSH se agregaría hFSHr al medio de cultivo, si al cuantificar las hormonas secretadas al medio de cultivo se - 29 - encuentra la presencia de andrógenos esto nos haría pensar que el receptor de LH reconoce a la hormona FSH. Al observar que la hFSH (recombinante humana) utilizada estimula la síntesis y secreción de testosterona y que además incrementa la proliferación celular en el ovario izquierdo y testículo de aves con 18 días de desarrollo, podría ser un indicador de que la hormona gonadotropa estimula la división celular de subpoblaciones celulares androgénicas de ambas gónadas. Esto podría determinarse haciendo un conteo celular al inicio del cultivo de todas las subpoblaciones celulares (células somáticas y células germinales) que constituyen los ovarios o los testículos de embriones de pollo con 18 días de incubación, considerando las características morfológicas de las células productoras de andrógenos (células con inclusiones lipídicas citoplasmáticas), de las células productoras de 17β-estradiol (células sin lípidos en el citoplasma) y de las células germinales (que se caracterizan por presentar los cuerpos de Balbiani periféricos al núcleo y por su gran tamaño (20-25µm)), de esta manera se podría saber que porcentaje de células androgénicas, células estrogénicas y células germinales son sembradas al inicio del cultivo, después de las 60 horas de cultivo nuevamente se realizaría un segundo conteo celular de las subpoblaciones celulares sembradas y si existen diferencias entre el porcentaje celular al inicio del cultivo y al final del mismo podríamos saber cuales serían las células blanco de los diferentes tratamientos hormonales utilizados. Si no se encontraran diferencias entre las células androgénicas sembradas al inicio con respecto a las cosechadas al final del cultivo esto nos indicaría que las hormonas o los factores de crecimiento utilizados solamente incrementan la síntesis y secreción de andrógenos y no la proliferación celular de subpoblaciones celulares productoras de testosterona. - 30 - El bajo estímulo de una respuesta de síntesis y secreción de testosterona en los grupos tratados con LH comparados con el estímulo que produce hCG en ambas gónadas, puede deberse a que la LH empleada (de mamíferos) no sea compatible con los receptores de LH enlas aves ya que se ha demostrado que los receptores de FSH en testículos de gorrión, codorniz y de pollo pueden unir FSH de aves y de mamíferos, pero los receptores de LH de aves no unen LH de mamífero (Ishii, 1980). Los grupos tratados con insulina, IGF y TGFβ en ovario izquierdo no incrementan la síntesis y secreción de estradiol y testosterona, aún cuando se ha demostrado que la insulina y el IGF desempeñan una función importante durante la organogénesis. Los resultados del presente trabajo de tesis demuestran que la adición de insulina al medio provoca un decremento en la proliferación celular, mientras que el grupo tratado con IGF no muestra diferencias significativas comparado con el grupo control. Para complementar los resultados obtenidos sería interesante realizar experimentos posteriores utilizando citometría de flujo, analizando la presencia de las diferentes ciclinas indicadoras de las diferentes fases del ciclo celular y con esto se podría determinar si además se produce un desfazamiento en el ciclo celular o si este se ve interrumpido en interfase o mitosis. También sería interesante comparar la cantidad de receptores presentes de IGF e insulina en aves con 18 días de desarrollo con los presentes en etapa adulta ya que se han reportado la presencia de estos factores de crecimiento en células de la capa granulosa y de la teca folicular y con esto tratar de entender como es que modulan estos factores de crecimiento la proliferación celular y/o la esteroidogénesis en etapas tempranas del desarrollo gonadal de las aves. En los resultados obtenidos en testículo en relación con la producción y secreción de hormonas esteroides, observamos que comparando con la gónada femenina la cantidad de - 31 - hormonas esteroides secretadas es menor, además de que ninguno de los tratamientos incrementa la secreción de 17β-estradiol, esto puede explicarse debido a que se ha demostrado que el ovario en etapas tempranas del desarrollo embrionario es más activo en la producción y secreción de hormonas estrogénicas que los testículos, mientras que la producción y secreción de testosterona en el ovario es similar al del testículo (Akazome et al., 2002, Tanabe et al., 1986, Tanabe, 1979). Al analizar la proliferación celular en la gónada masculina el único grupo que presenta diferencias significativas con respecto al grupo control, fue el grupo tratado con FSH al incrementar la división celular. Por lo que los resultados nos sugieren que en testículo hCG, LH, insulina, IGF y TGF-β no incrementan la proliferación celular en esta etapa de desarrollo gonadal. - 32 - C O N C L U S I O N E S La actividad esteroidogénica es menor en las gónadas masculinas que en los ovarios prefoliculares estudiados. En lo que respecta a la formación y síntesis de hormonas esteroides se demostró que la FSH y la hCG desempeñan un papel importante al incrementar la producción y secreción de 17β-estradiol en el ovario izquierdo y testosterona en ambas gónadas, mientras que la falta de estimulo esteroidogénico en los grupos tratados con factores de crecimiento nos indican que no actúan directamente sobre las subpoblaciones celulares estrogénicas o androgénicas de las gónadas estudiadas. En el presente trabajo se determinó en condiciones no estimuladas por ningún tratamiento hormonal una diferencia en la actividad proliferativa entre ovarios y testículos en etapas tempranas del desarrollo embrionario, evaluada por la técnica de incorporación de timidina, siendo mayor en ovario izquierdo que en testículo (alrededor de las 6200 cpm, mientras que en el testículo la incorporación de timidina fue de alrededor de las 3700 cpm). También se demuestra en este trabajo que la FSH induce un incremento en la división celular en ambas gónadas, lográndose un efecto mayor en la gónada masculina probablemente debido a que el índice proliferativo del ovario izquierdo en esta etapa de desarrollo embrionario se encuentra muy incrementado en condiciones no estimuladas por ninguna gonadotropina o los factores de crecimiento utilizados. Los resultados muestran que ni las hormonas con actividad luteinizante (hCG y LH) o los factores de crecimiento utilizados (insulina, IGF y TGF-β) no desempeñan una función primordial en el proceso de proliferación celular en ninguna de las gónadas embrionarias de aves de 18 días de desarrollo estudiadas, aunque se ha demostrado su participación como moduladores de la formación de hormonas esteroides en etapa adulta donde la capa granulosa es secretora de progesterona y carece de actividad de aromatasa y la teca folicular bien definida productora de andrógenos y estrógenos. - 33 - B i b l i o g r a f í a Akazome Y., Abe T., and Mori T. (2002). Differentiation of chicken gonad as an endocrine organ: expression of LH receptor, FSH receptor, cytochrome P450c17 and aromatase genes. Reproduction. 123, 721-728. Alberts B., Bray D., Lewis J., Raff M., Roberts K., Watson J.D. (1996) El ciclo de la division cellular. En:. Biología molecular de la célula. Omega. Barcelona.pp. 955-976. 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