El péptido sexual masculino como regulador de procesos reproductivos femeninos

Recientes estudios han analizado el semen, llegando a la conclusión de que existe una sustancia que durante el apareamiento entre macho y hembra, el macho la libera y hace que feminice a la hembra provocando la respuesta de distintos genes de estos. Estos estudios se han realizado en varios animales, pero en Drosophila melanogaster se han encontrado evidencias más claras.

Llama

Ciertos animales tienen un ciclo de ovulación espontáneo como es en el caso del ser humano. Pero otros son de ovulación inducida y necesitan un estímulo químico, en el caso de las llamas este estímulo se encuentra en el fluido seminal (1). Se ha visto en un estudio reciente que el semen de las llamas acorta los ciclos ovulatorios de las vacas y parece estimular el desarrollo del cuerpo lúteo (2).

 

Siguiendo con estos estudios en la llama, se encontró la sustancia química presente en el semen que induce la ovulación en la hembra. Esta proteína era conocida previamente por su papel en el crecimiento y supervivencia de células nerviosas en algunas especies. Se denominó Factor de Crecimiento Nervioso (NGF, por sus siglas en inglés) (Figura 1.). También se encuentra en el ser Humano por lo que se presupone, aunque aún sin evidencias, que tiene un papel inesperado en la fertilidad humana (3).

Previamente este factor inductor de la ovulación era conocido como b-NGF, se descubrió por ser la proteína más abundante en el plasma seminal de la alpaca (4).

Las mujeres humanas no requieren NGF en el semen para ovular, pero esta proteína podría tener un efecto directo sobre la fertilidad humana, y puede estar involucrada en los problemas para concebir de algunas parejas. En relación con este factor, una pareja puede tener problemas de fertilidad si:

o   El semen del hombre no produce suficiente NGF (5).

o   La mujer carece de receptores para detectar o responder a NGF (6).

La proteína NGF (7) y proteínas similares se sintetizan en los ovarios de la mujer  y tienen efectos locales sobre el desarrollo del ovocito. Pero estudios más recientes han constatado que el NGF seminal podría actuar como hormona, abriéndose camino a través de las paredes de la vagina, transportándose por la sangre hasta el cerebro, donde se estimularían otras hormonas que afectan a los ovarios (8).

Drosophila melanogaster

Los estudios más relevantes en relativos a sustancias seminales que producen cambios en la hembra, se realizaron sobre Drosophila melanogaster (Figura 2.). Se encontraron unas proteínas seminales sexuales (de sus siglas en inglés SFP) que alteran el comportamiento y la fisiología femenina y pueden mediar en un conflicto sexual.

En el eyaculado de cualquier taxón animal, se encuentran proteasas e inhibidores de proteasas. En el apareamiento, junto con el esperma, se transfieren sustancias que producen unas respuestas post-apareamiento en las hembras. Algunos SFP se cortan proteolíticamente, pero actualmente aún no se sabe cuáles son las proteasas implicadas en los procesos de escisión o en los procesos fisiológicas de la actividad proteolítica debida al fluido seminal en las hembras (9).

Las alteraciones se enfocan fundamentalmente hacia el aumento de la procreación, como son cambios relativos a:

o   Fecundidad, aumento de la tasa de huevos.

o   Reducción de la receptividad sexual.

o   Inmunidad.

o   Alimentación.

Las dos primeras alteraciones son los cambios más representativos en el post-apareamiento (10-12). En Drosophila melanogaster estos cambios duran aproximadamente 1 semana y requieren la presencia de espermatozoides. En apareamientos en los que no haya espermatozoides la duración de la respuesta es menor, aproximadamente 1 día.

En Drosophila melanogaster se han encontrado 3 SFP: ovulin, DUP99B y el Péptido Sexual (SP) (11). Siendo el Péptido Sexual (SP) el más importante en estas modificaciones (12-13).

DUP99B se sintetiza en el conducto eyaculador del macho y se transfiere durante el acoplamiento al tracto genital femenino. Se sabe que machos que tienen el conducto eyaculador intacto pero carecen de glándulas accesorias, producen en las hembras las mismas respuestas post-apareamiento que los machos de cepas salvajes. Esto sugiere que tanto el SP como DUP99B provocan la respuesta in vivo, pero parece que SP juega un papel más importante en esa respuesta. DUP99B puede que se haya especializado en funciones aún desconocidas (10).

SP es un pequeño péptido sintetizado por las glándulas accesorias masculinas y se transfiere a la hembra durante la inseminación (14). La respuesta en la hembra se transmite a través de receptores en neuronas específicas en el tracto genital femenino (15). Se puso a prueba la hipótesis de que una up-regulation de SP puede inducir cambios fenotípicos que conllevan unos cambios transcripcionales eficientes en la hembra. Para ello se cuantificó la respuesta a las SP en forma de mRNA a las 3 y 6 horas después del apareamiento. Se cogieron muestras de abdomen y cabeza + tórax de hembras adultas. Se constató que hubo alteraciones significativas tanto de forma temporal como espacial, en genes relacionados con el desarrollo del óvulo, la embriogénesis temprana, la inmunidad, la detección de nutrientes, el comportamiento y la fototransducción (este último resultado se obtuvo de forma inesperada). Como conclusión, los resultados apoyan la idea de que SP es un importante regulador de la expresión génica en las hembras. La expresión de genes en un sexo están bajo la influencia de un regulador expresado por el otro sexo (13).

Se han identificado los receptores sobre los que actúa el SP, tanto en el órgano sexual femenino, como en el sistema nervioso central, modificando así la conducta sexual de la hembra de forma transitoria. El receptor para SP (SPR) fue denominado: CG16752, se expresa en el tracto reproductivo de la hembra y en el sistema nervioso central (16). Este receptor está altamente conservado, pero no se han encontrado homólogos de este receptor en vertebrados (17).

Se ha demostrado que la respuesta post-apareamiento está mediada por la activación de un conjunto de 6 a 8 neuronas sensoriales localizadas en el tracto genital femenino. Así pues, las hembras que carecen del receptor para SP (SPR), tienen conductas similares a las hembras vírgenes (18-19).

Las neuronas sensoriales expresan el gen FRU, que es un marcador de neuronas con funciones específicas del sexo y el gen PPK, marcador de neuronas propioceptivas (sentido que regula la dirección y el rango del movimiento). Las neuronas sensoriales fru+/ppk+ envían su respuesta a través del ganglio abdominal, después la respuesta va hacia el ganglio subesofágico, estas regiones del sistema nervioso central son las encargadas de elaborar la respuesta sensorial a SP, y se produce el cambio de estado  de pre-apareamiento al post-apareamiento (17).

Helicoverpa armigera.

Las hembras de Helicoverpa armígera (Figura 3.)  sintetizan durante el vuelo nocturno feromona sexual, bajo el control neuroendocrino. Los machos son orientados por las hembras por amenotaxis contra el viento. Durante la cópula el macho transfiere a la hembra péptidos seminales producidos en las glándulas accesorias, que están implicados en los cambios post-apareamiento de la hembra. Estos cambios incluyen el fin de la síntesis de la feromona sexual, lo cual hace que la hembra no se vuelva a aparear.

Se demostró que hay una analogía entre esta feromona sexual secretada por la liberación oportuna del Activador de Neuropéptidos de Biosíntesis de Feromona (PBAN de sus siglas en inglés) y el Péptido Sexual analizado en Drosophila Melanogaster (20)

BIBLIOGRAFÍA

1.            Adams, G. P., Ratto, M. H., Huanca, W., and Singh, J. (2005) Ovulation-inducing factor in the seminal plasma of alpacas and llamas, Biol Reprod 73, 452-457.

2.            Tanco, V. M., Van Steelandt, M. D., Ratto, M. H., and Adams, G. P. (2012) Effect of purified llama ovulation-inducing factor (OIF) on ovarian function in cattle, Theriogenology 78, 1030-1039.

3.            Ratto, M. H., Leduc, Y. A., Valderrama, X. P., van Straaten, K. E., Delbaere, L. T., Pierson, R. A., and Adams, G. P. (2012) The nerve of ovulation-inducing factor in semen, Proc Natl Acad Sci U S A 109, 15042-15047.

4.            Kershaw-Young, C. M., Druart, X., Vaughan, J., and Maxwell, W. M. (2012) beta-Nerve growth factor is a major component of alpaca seminal plasma and induces ovulation in female alpacas, Reprod Fertil Dev 24, 1093-1097.

5.            Li, C., Zheng, L., Wang, C., and Zhou, X. (2010) Absence of nerve growth factor and comparison of tyrosine kinase receptor A levels in mature spermatozoa from oligoasthenozoospermic, asthenozoospermic and fertile men, Clin Chim Acta 411, 1482-1486.

6.            Bose, C. K. (2009) Neurotrophin in obstetrics and gynaecology, J Stem Cells 4, 217-227.

7.            Abir, R., Fisch, B., Jin, S., Barnnet, M., Ben-Haroush, A., Felz, C., Kessler-Icekson, G., Feldberg, D., Nitke, S., and Ao, A. (2005) Presence of NGF and its receptors in ovaries from human fetuses and adults, Mol Hum Reprod 11, 229-236.

8.            Nature. (2012) Nerve-growth protein linked to ovulation, In News (Nature, Ed.), 20 August 2012.

9.            LaFlamme, B. A., Ram, K. R., and Wolfner, M. F. (2012) The Drosophila melanogaster seminal fluid protease "seminase" regulates proteolytic and post-mating reproductive processes, PLoS Genet 8, e1002435.

10.          Rexhepaj, A., Liu, H., Peng, J., Choffat, Y., and Kubli, E. (2003) The sex-peptide DUP99B is expressed in the male ejaculatory duct and in the cardia of both sexes, Eur J Biochem 270, 4306-4314.

11.          Liu, H., and Kubli, E. (2003) Sex-peptide is the molecular basis of the sperm effect in Drosophila melanogaster, Proc Natl Acad Sci U S A 100, 9929-9933.

12.          Wolfner, M. F. (2007) "S.P.E.R.M." (seminal proteins (are) essential reproductive modulators): the view from Drosophila, Soc Reprod Fertil Suppl 65, 183-199.

13.          Gioti, A., Wigby, S., Wertheim, B., Schuster, E., Martinez, P., Pennington, C. J., Partridge, L., and Chapman, T. (2012) Sex peptide of Drosophila melanogaster males is a global regulator of reproductive processes in females, Proc Biol Sci 279, 4423-4432.

14.          Kubli, E. (2003) Sex-peptides: seminal peptides of the Drosophila male, Cell Mol Life Sci 60, 1689-1704.

15.          Kubli, E., and Bopp, D. (2012) Sexual behavior: how Sex Peptide flips the postmating switch of female flies, Curr Biol 22, R520-522.

16.          Yapici, N., Kim, Y. J., Ribeiro, C., and Dickson, B. J. (2008) A receptor that mediates the post-mating switch in Drosophila reproductive behaviour, Nature 451, 33-37.

17.          Rezaval, C., Pavlou, H. J., Dornan, A. J., Chan, Y. B., Kravitz, E. A., and Goodwin, S. F. (2012) Neural circuitry underlying Drosophila female postmating behavioral responses, Curr Biol 22, 1155-1165.

18.          Yang, C. H., Rumpf, S., Xiang, Y., Gordon, M. D., Song, W., Jan, L. Y., and Jan, Y. N. (2009) Control of the postmating behavioral switch in Drosophila females by internal sensory neurons, Neuron 61, 519-526.

19.          Hasemeyer, M., Yapici, N., Heberlein, U., and Dickson, B. J. (2009) Sensory neurons in the Drosophila genital tract regulate female reproductive behavior, Neuron 61, 511-518.

20.          Hanin, O., Azrielli, A., Zakin, V., Applebaum, S., and Rafaeli, A. (2011) Identification and differential expression of a sex-peptide receptor in Helicoverpa armigera, Insect Biochem Mol Biol 41, 537-544.

Autores:

Atienza dE Nava, Sara

Cabello Thomas, Estefanía

Maroto Gasch, Copelia

                                    

Máster en Biología y Tecnología de la Reproducción

Universidad de Oviedo 2012-2013