Participación de los cromosomas sexuales en la diferenciación sexual del cerebro

Abstract

Participación de los cromosomas sexuales en la diferenciación sexual de cerebro La diferenciación sexual del cerebro es un proceso irreversible que ocurre en un período crítico perinatal que en roedores se extiende desde el día embrionario 18 al día posnatal 10 (E18-P10). Durante este período la testosterona (T) gonadal y el estradiol (E2), producido por aromatización, masculinizan el cerebro de embriones macho a través de los receptores de andrógeno (AR) y de estrógeno (ER). Existen evidencias de diferencias sexuales antes del periodo crítico que no son causadas por la acción hormonal organizadora in utero y que podrían deberse a diferencias genéticas entre células XX y XY o a la interacción de factores hormonales y genéticos. Con el fin de discriminar entre efectos debidos al complemento cromosómico sexual y los debidos al ambiente hormonal en la determinación de diferencias sexuales se utilizó el modelo de ratón transgénico conocido como “Four Core Genotype” (FCG). Este modelo comprende machos gonadales XX y XY (XXM y XYM) y hembras gonadales XX y XY (XXH y XYH) por lo que se pueden evaluar diferencias entre individuos con distinto complemento cromosómico sexual que poseen el mismo fenotipo gonadal. Si bien no se puede negar el rol indiscutible de los esteroides gonadales en el dimorfismo sexual, el objetivo de la tesis fue analizar la participación relativa de los cromosomas sexuales y del estradiol en la determinación de las diferencias sexuales del cerebro. Se estudiaron tres características sexualmente dimórficas antes del período crítico : 1) la expresión de la enzima P-450 aromatasa en cerebro; 2) el crecimiento axonal inducido por estradiol in vitro y 3) la expresión génica de Neurogenina 3 (Ngn3) en neuronas de hipotálamo ventromedial. En el modelo FCG se estudió la expresión de aromatasa y su regulación in vitro por un ambiente hormonal estrogénico o androgénico. Debido a que la acción organizadora de los esteroides sobre el cerebro depende de la presencia de sus receptores también se evaluó la expresión del receptor de estrógeno alfa (ER-α) y del receptor de andrógenos (AR) en las regiones positivas para aromatasa. Los resultados mostraron que el cerebro de individuos XY (XYM y XYH) expresa mayores niveles de aromatasa (proteína y ARN mensajero) en la estría terminalis (ST) y el área amigdalina anterior (AAA) con respecto a individuos XX (XXM y XXH) independientemente del estatus gonadal (testículos-ovarios). Con respecto a la expresión de los receptores de hormonas esteroideas, el ER-α y el AR están presentes en estas regiones y su expresión depende del sexo gonadal (presencia del gen Sry). Es decir, el cerebro de embriones hembra (XXH y XYH) presentó mayor expresión de ER-α en ST y AAA con respecto a las mismas regiones en machos gonadales (XXM y XYM). Por el contrario, la expresión de AR fue mayor en AAA de machos gonadales (XXM y XYM) con respecto a la misma región en las hembras (XXH y XYH). En este contexto, y con el fin de determinar si los cromosomas sexuales regulan la expresión de otras moléculas esteroidogénicas en las regiones positivas para aromatasa se evaluó la expresión del ARN mensajero de las enzimas P450-scc y 5α-reductasas I y II y del transportador de colesterol StAr. Los resultados indicaron que las regiones aromatasa-positivas expresan los genes estudiados a E16 (antes del periodo crítico) aunque su expresión no se encuentra regulada por factores debido a los cromosomas sexuales ni al sexo gonadal. Con el fin de estudiar el rol del ambiente hormonal en la regulación de la expresión de aromatasa se realizaron cultivos neuronales primarios de región amigdalina anterior y se evaluó por PCR cuantitativa el efecto del tratamiento con E2 o DHT sobre la expresión de aromatasa y de los receptores de estrógeno ER-α y ER-β y de AR. E2 y DHT incrementaron los niveles de aromatasa y ER-β únicamente en cultivos XX (XXH y XXM) anulando las diferencias basales entre cultivos XX y XY. Evidencias previas de nuestro laboratorio indican que las neuronas hipotalámicas hembra poseen mayor longitud axonal con respecto a neuronas provenientes de machos antes de haber estado expuestas a la acción organizadora de los esteroides in vivo y el tratamiento in vitro con E2 incrementa la longitud axonal de machos. Por otro lado la expresión del gen neuritogénico Ngn3 es mayor en cultivos de hembra con respecto a cultivos de macho y el agregado de E2 incrementa Ngn3 en machos. Se evaluó el rol del complemento cromosómico sexual sobre el efecto sexualmente dimórfico de E2 en el crecimiento axonal y la expresión de Ngn3 en neuronas de hipotálamo ventromedial de E15 in vitro. Los resultados obtenidos en cultivos transgénicos FCG indicaron que el complemento cromosómico sexual regula la expresión de Ngn3 determinando una mayor expresión en neuronas XX antes de la diferenciación sexual por hormonas gonadales. Asimismo el efecto neuritogénico de E2 in vitro dependió de factores debidos a los cromosomas sexuales ya que únicamente las neuronas XY (XYH y XYM) respondieron al tratamiento con un incremento en la longitud axonal y en la expresión de Ngn3 in vitro independientemente del sexo gonadal. A su vez los resultados obtenidos en cultivos provenientes de machos demostraron que el incremento de Ngn3 en respuesta a E2 in vitro depende de la activación de ER-α. En conjunto los resultados obtenidos en esta tesis indican que los cromosomas sexuales determinan la expresión sexualmente dimórfica de aromatasa, la diferenciación de neuronas hipotalámicas y la expresión de Ngn3 antes del período crítico de diferenciación sexual. Estas diferencias sexuales podrían prevenir el posterior efecto organizador de las hormonas gonadales sobre el cerebro en desarrollo ya que el tratamiento con E2 y/o DHT anuló las diferencias sexuales estudiadas. Por otro lado la expresión de otras moléculas involucradas en la síntesis de esteroides en cerebro, tal como StAR, P450scc o 5α-Red tipo I y II no se encuentra regulada por factores dependientes de los cromosomas sexuales al menos en la estría terminalis y regiones amigdalinas del cerebro de E16. Asimismo las diferencias sexuales en la expresión de ER-α y AR en estría terminalis y amígdala anterior del cerebro de embriones de E16 no responden a factores debidos a los cromosomas sexuales sino al sexo gonadal (presencia del gen Sry). En conclusión los resultados indican que, antes de la masculinización por hormonas gonadales, los factores genéticos debidos a los cromosomas sexuales actúan en paralelo e interactúan con factores gonadales para producir o reducir las diferencias sexuales que observamos en el fenotipo.