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  • Biología Celular / Biología Molecular
  • Neurobiología / Neurofisiología

Este se encuentra abocado al estudio de varios aspectos de la biología celular y molecular de la diferenciación sexual del cerebro antes de la acción organizadora de los esteroides gonadales in utero y del sistema cardiovascular en el adulto.

La hipótesis clásica, que prevaleció hasta el final de la década del ´90, sostiene que el dimorfismo sexual de tejidos no gonadales, entre los cuales se incluye el cerebro, es consecuencia de la acción epigenética de los esteroides gonadales. Según esta hipótesis, la organización de los circuitos cerebrales del tipo masculino es el resultado de la acción de los andrógenos segregados por el testículo durante el “periodo crítico” del desarrollo cerebral, mientras que la organización del cerebro femenino se produce en ausencia de las secreciones testiculares, cualquiera sea el sexo cromosómico. En realidad, muchas de las acciones masculinizantes son consecuencia del estrógeno. La enzima aromatasa P450 es la responsable de la conversión de testosterona a estradiol y su actividad es uno de los factores claves en la determinación de las diferencias sexuales del cerebro.

Si bien no se puede negar el rol indiscutible de los esteroides gonadales en el dimorfismo sexual, numerosos estudios indican que algunas características sexualmente dimórficas en el cerebro y otros tejidos no podrían ser explicados como resultado de la acción de los esteroides gonadales.

 

1- Neurogenina3 y las diferencias sexuales en neuronas hipotalámicas in vitro

Neurogenina 3 (Ngn3) pertenece a un grupo de genes proneurales que codifican para juliamachoshembrasfactores de transcripción del tipo bHLH que se expresa durante el desarrollo en el sistema nervioso. Ngn3, entre otras funciones, regula neurogénesis en el hipotálamo y la especificación de subtipos neuronales que controlan la homeostasis energética en el hipotálamo ventromedial. La perdida de poblaciones neuronales por supresión de Ngn3 en el hipotálamo de ratones durante el desarrollo resulta en una obesidad de inicio temprano acompañado por hiperfagia y reducción de la actividad. En estudios recientes de nuestro demostramos la expresión diferencial de Ngn3 según el sexo antes que los embriones estén expuestos a esteroides gonadales in utero. Nuestros resultados muestran que las neuronas hipotalámicas a 3 DIV provenientes de fetos hembra presentan mayores niveles de Ngn3 que los machos. La utilización de ARN de silenciamiento para disminuir la expresión de Ngn3 fue capaz de anular diferencias sexuales en el crecimiento y diferenciación de neuronas hipotalámicas in vitro indicando que la expresión aumentada de Ngn3 es necesaria para el establecimiento de este dimorfismo sexual durante el desarrollo. Estos hallazgos muestran una expresión diferente del factor de transcripción proneural Ngn3 en machos y hembras sugiriendo una capacidad diferencial de las neuronas hipotalámicas para integrar señales y responder a un contexto hormonal particular según el sexo, en una temprana etapa del desarrollo en la que las acciones masculinizantes de los esteroides gonadales todavía no han ocurrido. Por todo esto, es que nos proponemos contribuir al conocimiento de los mecanismos que determinan la diferenciación sexual del cerebro analizando si las diferencias asociadas a los cromosomas sexuales XX y XY son responsables de las diferencias sexuales en la expresión de Ngn3 en el hipotálamo embrionario antes de la masculinización del cerebro.

2- Diferencias sexuales en la respuesta a GABA en neuronas de hipotálamo de embriones de rata

El ácido gamma-amino butírico (GABA) es el principal neurotransmisor inhibitorio cambiasso1(hiperpolarizante) en el sistema nervioso central adulto Sin embargo en varias regiones del cerebro en desarrollo, entre ellas el hipotálamo, es excitatorio, de manera que su acción se traduce en despolarización neuronal, pudiendo incluso disparar potenciales de acción y causar la apertura de canales de calcio dependientes de voltaje. De esta manera GABA modula una gran variedad de procesos como diferenciación, crecimiento y migración neuronal. El cambio de excitatorio a inhibitorio se produce, en la rata, alrededor del día 6 después del nacimiento.

Evidencias de diversos laboratorios muestran la existencia de diferencias sexuales en el sistema GABAérgico. En nuestro laboratorio demostramos que a E16, antes de la acción organizadora de los esteroides gonadales in utero, las neuronas hipotalámicas provenientes de fetos macho son diferentes de aquellas que provienen de fetos hembra. Por medio de experimentos de electrofisiología en parche perforado (perforated patch-clamp) se observó que en estas neuronas, cultivadas durante 9 días in vitro (9 DIV), tanto el área, como la amplitud y el tiempo de duración de la respuesta a muscimol (agonista específico de los receptores GABAA) es mayor en machos que en hembras.  En la actualidad estudiamos cuales son las consecuencias de estas diferencias en la respuesta de los receptores GABAA en el desarrollo y crecimiento de las neuronas en uno u otro sexo.

3- Participación del complemento cromosómico sexual en la expresión de la enzima aromatasa P450 antes de la acción organizadora del estrógeno

julia3aLa enzima Aromatasa P450 (ARO) es responsable de la julia3conversión de testosterona a E2 y su actividad es uno de los factores claves en la determinación de las diferencias sexuales del cerebro. Trabajos de otros laboratorios han demostrado la existencia de diferencias sexuales en la expresión y actividadde esta enzima antes de la acción organizadora de los esteroides gonadales. Nuestro objetivo es evaluar la contribución del complemento cromosómico sexual sobre la expresión dimórfica de ARO en el cerebro y para ello utilizamos el modelo de ratón transgénico “Four Core Genotypes”. Estos animales presentan una deleción del gen Sry (responsable de desencadenar la formación del testículo) del cromosoma Y (Y-) y una reinserción de un Sry transgénico en un cromosoma autosómico (XY-Sry). Cuando se cruzan una hembra XX con un macho XY-Sry se genera una progenie que esta formada por: XX (hembra normal), XXSry (macho porque tiene testículos -por la presencia del gen Sry- con complemento cromosómico femenino), XY- (hembra porque tiene ovarios -por la ausencia del gen Sry- con complemento cromosómico masculino) y XY-Sry (macho normal). Este trabajo contribuirá al conocimiento de los mecanismos genéticos (cromosomas sexuales) y hormonales que determinan las diferencias sexuales en etapas tempranas del desarrollo antes de la masculinización del cerebro.

 

4- Mecanismo de acción de E2

El estradiol (E2) es una hormona con importantes y múltiples efectos fisiológicos dependiendo del tipo celular en que ejerza su acción. En el cerebro sus efectos son de considerable importancia ya que durante el desarrollo participa en la organización de los circuitos neurales de tipo masculino, mientras que en el adulto participa en procesos de plasticidad neuronal y organización sináptica. También produce efectos en la excitabilidad neuronal, comportándose en algunos casos como un neurotrasmisor. En particular, la acción neuritogénica de E2 fue demostrada en cultivos organotípicos y posteriormente en cultivo primarios de neuronas de diferentes regiones del cerebro. En nuestro laboratorio hemos demostramos que E2 induce crecimiento axonal en neuronas hipotalámicas in vitro  y que este efecto es diferencialmente afectado según el sexo y la edad de los fetos de origen de las neuronas. A la edad embrionaria de 16 días (E16), antes del período crítico de la diferenciación sexual del cerebro (E18-PN10), E2 induce el crecimiento selectivo de axones únicamente en neuronas hipotalámicas derivadas de fetos de rata macho. El mecanismo de acción que utiliza E2 para inducir el crecimiento neurítico no depende del receptor de estrógeno (RE)  intracelular clásico sino de una isoforma truncada del REaque se encuentra en la membrana plasmática y que activa vías de señalización como la PKC-dependiente de Ca2+y MEK-ERK. ERK activado es transportado al núcleo donde induce la fosforilación del factor de transcripción CREB, el que sería responsable de regular la expresión de genes relacionados con el mayor crecimiento inducido por E2. En la actualidad estamos abocados al estudio de moléculas adaptadoras/señalización que median el efecto axonal inducido por E2 y la translocación de REaa la membrana. El esclarecimiento del mecanismo de acción de E2 permitirá comprender la forma que la hormona ejerce una gran variedad de efectos en diferentes tipos celulares.

En colaboración con las Dras. Laura Vivas y Ximena Caeiro del Laboratorio de Homeostasis Hidrosalina e Hipertensión Arterial del Instituto Ferreyra  se desarrolla la 4ta. línea de investigación de nuestro laboratorio.

5- Participación del complemento cromosómico sexual (XX eXY) en el dimorfismo sexual cardiovascular: interacción con hormonas gonadales

Ante aumentos agudos de presión arterial, se produce una disminución en la frecuencia cambiasso4cardiaca que tiene como función amortiguar los cambios bruscos de la presión arterial. En las hembras la caída de la frecuencia cardiaca debida a la acción de AngII es más pronunciada que en los machos y esta diferencia sexual no puede ser completamente explicada por la acción de las hormonas gonadales. Esta línea de trabajo tiene como propósito estudiar el rol de los cromosomas sexuales en el dimorfismo sexual de la respuesta barorefleja utilizando el modelo de ratón trangénico“Four Core Genotypes”. Evaluar la contribución de los cromosomas sexuales en la respuesta barorefleja es importante ya que machos y hembras no utilizannecesariamente los mismos componentes y mecanismos pararegular la presión arterial.  Elesclarecimientode las diferencias, así como de las similitudes, entre sexos permitirá en un futuro el diseño de adecuados instrumentos de diagnóstico, el reconocimiento de la fisiopatología específica según el sexo y la consiguiente aplicación de tratamientos adecuados de las enfermedades cardiovasculares en machos (hombres) y las hembras (mujeres).

Subsidios

El Laboratorio de Neurofisiología está subvencionado por CONICET, FONCyT  MINCyT, SECyT-UNC, IBRO-LARC y CSIC-España.