Identification of the signal transduction pathways activated by pulsatile GnRH to optimally stimulate FSHβ at low GnRH pulse frequencies and at low GnRHR levels
Authors: Σταματιάδης Γεώργιος 
Published: November 2024

Η εκλυτική ορμόνη των γοναδοτροπινών (GnRH), είναι ο βασικός νευροενδοκρινικός ρυθμιστής της αναπαραγωγικής ανάπτυξης και λειτουργίας των θηλαστικών. Η ενεργοποίηση των υποδοχέων (GnRHR) στη κυτταρική επιφάνεια των γοναδοτρόπων κύτταρων από την GnRH πυροδοτεί καταρράκτες μεταγωγής σήματος που οδηγούν στη συντονισμένη σύνθεση και έκκριση των γοναδοτροπινών, της θυλακιοτρόπου ορμόνης (FSH) και της ωχρινοτρόπου ορμόνης (LH). Αυτές οι ορμόνες, με τη σειρά τους, διεγείρουν τη λειτουργία των γονάδων, για να κατευθύνουν τη στεροειδογένεση και τη γαμετογένεση, καθιστώντας τη ρύθμισή τους απαραίτητη για τη σεξουαλική ωρίμανση και την αναπαραγωγική λειτουργία. Η GnRH απελευθερώνεται με παλμικό τρόπο και οι διακυμάνσεις στη συχνότητα της επηρεάζουν με διαφορετικό τρόπο τη σύνθεση και την απελευθέρωση της FSH και της LH. Η FSH διεγείρεται κατά προτίμηση σε χαμηλές συχνότητες παλμών GnRH, ενώ η LH διεγείρεται κατά προτίμηση σε υψηλές συχνότητες παλμών GnRH. Ο μηχανισμός με τον οποίο τα γοναδοτρόπα κύτταρα «αποκωδικοποιούν» τη συχνότητα παλμού της GnRH για να συντονίσουν την σύνθεση και παραγωγή της FSH και της LH δεν έχει αποσαφηνιστεί πλήρως.Ο υποδοχέας GnRHR είναι ένας συζευγμένος με πρωτεΐνη G υποδοχέας που ενεργοποιεί το εξαρτώμενο από Gαq/11 σηματοδοτικό μονοπάτι μετά την πρόσδεση της GnRH. Ωστόσο, μπορεί επίσης να συζευχθεί και με την πρωτείνη Gαs. Η εναλλαγή μεταξύ διαφορετικών πρωτεϊνών G μπορεί εν δυνάμει να συμβάλει στην αποκωδικοποίηση της συχνότητας παλμών GnRH. Αυτή η μελέτη στοχεύει να αναγνωρίσει τα σηματοδοτικά μονοπάτια που ενεργοποιούνται μέσω του GnRHR από διαφορετικές συχνότητες παλμών GnRH και να προσδιορίσει το ρόλο του αριθμού υποδοχέων GnRHR στην κυτταρική επιφάνεια στην διέγερση αυτών των μονοπατιών. Δύο μεταγραφικοί παράγοντες, η πρωτεΐνη που δεσμεύει το στοιχείο απόκρισης cAMP (CREB) και ο επαγόμενος πρώιμος καταστολέας της cAMP (ICER), έχουν εμπλακεί στη ρύθμιση της έκφρασης του γονιδίου Fshb. Η πρωτεΐνη πρώιμης απόκρισης ανάπτυξης (Egr1) είναι ένας βασικός παράγοντας στη ρύθμιση της έκφρασης Lhb μετά από παλμική διέγερση GnRH. Υποθέτουμε ότι ο GnRHR συνδέεται με την Gαs σε χαμηλά επίπεδα GnRHR και σε χαμηλές συχνότητες παλμών GnRH, οδηγώντας σε αυξήσεις στη δραστηριότητα της φωσφορικής κινάσης Α (PKA), σε φωσφορυλίωση της CREB και ως εκ τούτου ενεργοποίηση της μεταγραφής FSHβ και παραγωγής και έκκρισης FSH. Αντίθετα, υποθέτουμε ότι σε υψηλές συχνότητες παλμών GnRH, ο GnRHR συνδέεται με την Gαq/11 που οδηγεί σε φωσφορυλίωση της κινάσης ERK, επαγωγή του Egr1 για να ενεργοποιήσει τη μεταγραφή LHβ και την παραγωγή και έκκριση LH και επαγωγή του ICER για μείωση της μεταγραφής και κατεπέκταση σύνθεση της FSHβ.Στην παρούσα μελέτη, δείξαμε in vitro, ότι η απενεργοποίηση της Gαs μειώνει τη σύνθεση FSH που διεγείρεται από GnRH σε χαμηλή, αλλά σε όχι υψηλή συχνότητα παλμών. Τα επίπεδα φωσφορυλίωσης του CREB μειώθηκαν επίσης μόνο στη χαμηλή συχνότητα παλμού GnRH, με απώλεια του μοτίβου εκλεκτικής διέγερσης από παλμούς GnRH. Η μεταγραφή του Icer δεν επηρεάστηκε. Αντίθετα, η απενεργοποίηση της Gαq/11, οδήγησε σε μειωμένη επαγωγή της έκφρασης Fshb και Icer μετά από διέγερση με GnRH σε συχνότητες υψηλών και χαμηλών παλμών. Επιπλέον, η επαγωγή των επιπέδων φωσφορυλίωσης pERK1/2 μειώθηκε και στις δύο συχνότητες παλμών GnRH. Συμπερασματικά, αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι ένα επαγώμενο από την Gαs σηματοδοκοτικό μονοπάτι μεσολαβεί στην φωσφορυλίωση του CREB έπειτα από διέγερση από χαμηλής συχνότητας παλμούς GnRH. Αντίθετα ένα επαγώμενο από την Gαq/11 σηματοδοκοτικό μονοπάτι οδήγησε στην μεταγραφή και μετάφραση του ICER. Πιθανά αυτά τα δύο μονοπάτια συνδράμουν στην αποκωδικοποίηση των παλμών GnRH προς ρύθμιση της έκφρασης του γονιδίου Fshb in vitro.Στη συνέχεια χρησιμοποιήσαμε μια προσέγγιση νοκ-άουτ με τη μέθοδο Cre-lox για να διερευνήσουμε τους σχετικούς ρόλους των πρωτεϊνών Gαq/11 και Gαs στη λειτουργία των γοναδοτρόπων in vivo. Οι διαγονιδιακόι ποντικοί Gαq/11 cKO παρουσιάζουν υπογοναδοτροπικό υπογοναδισμό και στειρότητα, παρόμοια με τους φαινοτύπους που παρατηρούνται σε διαγονιδιακούς ποντικούς με έλλειψη GnRH ή GnRHR. Αντίθετα, οι διαγονιδιακοί ποντικοί Gαs cKO παράγουν γοναδοτροπίνες σε φυσιολογικά επίπεδα και έχουν φυσιολογική αναπαραγωγική λειτουργία. Ωστόσο μετά τη γοναδεκτομή (συνθήκες υψηλής συχνότητας GnRH παλμών) δεν παρατηρήθηκε η προσδοκόμενη αύξηση των επιπέδων FSH και LH. Αυτά τα δεδομένα υποδηλώνουν ότι η GnRH μπορεί να σηματοδοτεί κυρίως μέσω του Gαq/11 για τη διέγερση της παραγωγής γοναδοτροπινών, αλλά και η Gαs παίζει σημαντικό ρόλο στη λειτουργία των γοναδοτρόπων in vivo, ιδίως όταν η συχνότητα έκκρισης GnRH αυξάνεται.