domingo, 29 de septiembre de 2013

Las telomerasas y los ovarios

Casi a punto de terminarse el plazo para participar en el XXV carnaval de Biología que se alberga en 'Ser vivo' me dio tiempo de colocar esta publicación.




El tema propuesto de esta edición del carnaval es la reproducción y quise explorar sobre el papel de la Telomerasa en este campo. La razón de incluir a las telomerasas es por que al dueño del lab se le ha ocurrido indagar con ella en tratamientos de cánceres. Así, encontré un artículo que fue el que tomé para esta entrada.

 


La proliferación celular en los ovarios es un proceso necesario para las funciones, de estas glándulas, de producccir y liberar células germinales, ovocitos y hormonas para la reproducción. Durante el desarrollo de los ovocitos, la foliculogénesis es acompañada de una importante proliferación de células de la granulosa, que se encuentran controladas estríctamente de manera temporal y espacial.

En la vida reproductiva de los mamíferos, se determina el número de huevos en cada uno de los ovarios desde el nacimiento, el envejecimiento de los ovarios se manifienta en la menopausia, cuando se acaba el grupo finito de huevos. El tiempo en el que inicia el envejecimiento de los ovarios es crítico y con frecuencia está reflejado por la velocidad del agotamiento del folículo primordial. La magnitud de la reserva folicular está determinada por un balance discontínuo de tres factores: reclutamiento, sostenimiento y agotamiento celular. En el reclutamiento y sostenimiento folicular, la proliferación de células juega un papel primordial, con la proliferación, diferenciación y subsecuente senecescencia (envejecimiento) y la apoptosis (muerte celular) de las células de la granulosa se apuntala la ovogénesis y la producción de estrógeno y progesterona.


 Ciclo uterino y secreción de hormonas. Tomada de: http://www.pc.maricopa.edu/Biology/pfinkenstadt/BIO202/202LessonBuilder/Reproductive3/index.html


Uno de los mecanismos genéticos principales que determinan la capacitad proliferativa de una célula es el mantenimiento de los telómeros. Se ha demostrado que una expresión forzada del gen de la transcriptasa reversa de la telomerasa (TERT del inglés telomerase reverse transcriptase) mantiene los telómeron en cultivos en de células OSE (del inglés, ovarian surface ephitelial) en proliferación incrementada de las células, causándoles que se asemejen a células madre.

Existe evidencia suficiente que muestra que la remodelación de los telómeros está regulado por varios factores, entre ellos, hormonas, factores de transcripción y citocinas, bajo diversas condiciones. Curiosamente, durante la foliculogénesis, el envejecimiento ovárico y el desarrollo neoplásico, los patrones de la actividad de la telomerasa inducida por TERT dependen del tipo celular, tiempo y localización.



 La figura representa a los pactores involucrados en la formación del primordio germinal celular (PGC, del inglés primordial germ cell, ovogénesis y foliculogénesis. Los factores ováricos producidos porla células de la teca y del estroma (en azul), las células de la granulosa (en púrpra), las células germinales (en rojo) o tanto por las células germinales y de la granulosa (en verde), participan y regulan el desarrollo de los ovocitos y lso folículos en cada uno de los estados durante la foliculogénesis. Los factores de transcripción involucrados están indicados por un asterisco, en negro se indican las proteínas del ectodermo extraembrional que prticipan en la formación de PGC.  
Tomada de: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925443912001214


Telómeros y telomerasa.


Los telómeros son estructuras especializadas en los extremos de los cromosomas eucarióticos, están formados por una secuencia única de DNA y una cubierta específica de proteínas. Los telómeros de diferentes especies difieren en estructura terciaria y cuatrenaria.
La secuencia teloméica del DNA en humanos consiste en arreglos extendidos de varios miles de repetidos en tandem de TTAGGG de doble hébra complementaria. Sin embargo, los telómeros terminan con una sobresaliente cadena sencilla 3' de aproximadamente 150 pb. Esta cadena sobresaliente está protegida de ser identificada como una interrupción del DNA por un complejo de proteínas o con una cadena doble de DNA duplex de telómero.
La entrada de el sobresaliente 3' en el duplex resulta en un desplazamiento del bucle y de un largo bucle de telómero a cada final del cromosoma. La configuración especializada del DNA telomérico tiene un papel crítico en la protección de los cromososmas. Durante cada ronda de replicación del DNA telomérico, los telómeros son cortados debido a un problema de replicación final. Con cada ronda de replicación de los cromosomas se pierde entre 100  y 200 pb de los telómeros, de manera que los telómeros cortan entre 10 y 15 a 2 - 5 kb en la vida de una célula humana. Cuando los telómeros se cortan a una longitud crítica, las células salen del ciclo celular, característica de las células en senescencia.

Así, el tamaño inicial de los telómeros y la extensión de los telómeros cortados durante la división celular define la vida replicativa de las céulas.

El complejo enzimático de las telomerasas se hunde, proteje y regula positivamente la longitud de los telómeros. La telomerasa esta conservada desde levaduras hasta especies eucariotas que sintetizan por transcripción reversa y mantienen a los telómeros para la renovación y proliferación contínua, en especial de células altamente proliferativas, tales como las de líneas germinales y células madre en mamíferos. Como complejo de ribonucleoproteína, la telomerasa contiene una subunidad catalítica TERT, componentes de la RNA telomerasa (TERC, del inglés telomerase RNA components), y proteínas de unión. La reconstitución de la telomerasa demostró que TERT es el factor limitante en el proceso de alargarmiento del DNA telomérico cuando es expresado en células. La expresión de TERT permite a la telomerasa funcionar en el alargamiento de los telómeros y el mantenimiento de la longitud; por el contrario, la deficiencia de TERT o de TERC suprime la actividad de la telomerasa  y resulta en telómeros cortos.

 Dibujo que representa los telómeros lineales y circulares y las terminales de los cromosomas.
La telomerasa es necesaria para el desarrollo de los ovocitos. Las cadenas teloméricas de DNA de doble cadena están unidas por el factor de unión a repetidos teloméricos, TRF1 o TERF1 (del inglés, telomeric repeat-binding factor 1) y TRF2 o TERF2. El extremo saliente 3' de cadena sencilla es cubierto por el complejo de telomerasa (circularizado, compuesto por TERT y TERC). El telomero largo 3' oculta su extremo saliente en duplex del telómero de doble cadena, originando el desplazamiento del bucle D-loop.La información y los datos se obtuvieron de: http://www.reproduction-online.org/content/140/2/215.full


La telomerasa está presente en ovocitos desde el folículo antral y preovulatorio, así como en ovocitos individuales, están dismunuidos marcadamente sus niveles durante la maduración del ovocito. Los niveles altos de la actividad de telomerasa están presentes en la líneas germinales de células madre de origen ovarico, que tienen capacidad de diferenciarse en en ovocito en implantación en ratones y conferir fertilidad a ovocitos infértiles. De manera consistente, las líneas germinales de celulas madre de origen ovárico en humano con alta actividad de telomerasa proliferan 'in vitro' para producir ovocitos, blastocistos y estructuras del tipo embrionarias.


Las células de la granulosa comparten muchas características con otras células epiteliales, incluyendo su origen como células madre epiteliales. Durante el desarrollo de los folículos en los ovarios donde la intensa división celular es crucial, la formación y regresión de las células de la granulosa determinan el desarrollo de las células germinales, el tiempo y la cantidad de la secreción de hormonas, elementos importantes para sostener el ciclo del estro y mantener el desarrollo de los ovocitos. Existen estudios que han mostrado una gran actividad de telomerasa en los pequeños folículos preantrales y que esta actividad disminuye gradualmente durante la transición de folículos pequeños a folículos de tamaño medio. Mediante estudios de hibridación in situ y ensayos de actividad de telomerasa in situ, se ha demostrado que existe una asociación entre los altos niveles de actividad telomerasa con una alta proliferación de células de la granulosa en los folículos en crecimiento. Estas observaciones sugieren que la alta actividad de proliferación de las células de la granulosa en los folículos depende de la actividad de la telomerasa para mantener a los telómeros.

Después de la ovulación, el folículo se desarrolla dentro del cuerpo lúteo con las células de la granulosa para salir del ciclo celular sometiéndose a la diferenciación  de las células lúteas y apoptosis. Se ha sugerido que la retirada de la telomerasa juega un papel integral en la apoptosis de las células de la granulosa y la atresia folicular producida por la retirada de estrógeno. También existe evidencia experimental por hibridación in situ y por inmunohisoquímica que ha mostrado que la distribución de TERT durante la foliculogénesis y su correlación con los telómeros, TERT se expresa en las células de la granulosa con localización nuclear típica, y su expresión correlaciona con el tamaño de los telómeros.

Regulación de la actividad de telomerasas por el estrógeno.


Los ovarios son la fuente principal de estrógeno y al mismo tiempo el órgano blanco de la hormona. Mediante mecanismos parácrinos, el estrógeno ejerce profundos efectos sobre los ovarios. La retirada de estrógeno induce atrofia estructural y disfuncinal de los ovarios. Por el contrario, una exposición prolongada a estrógeno permite el riesgo de cierto tipo de tumores, como el cáncer de ovario.
El estrógeno actúa uniéndose a los receptores de estrógenos (ESR del inglés, Estrogen Receptors) que dimerizan y se unen a los elementos de respuesta a estrógeno (ERE del inglés, Estrogen Response Elemnts) en los promotores de los genes blanco de estrógeno que regulan la transcripción génica. El complejo estrógeno-ESR también activa en trans la expresiónn génica mediante interacciónes con otros elementos de unión al DNA. El estrógeno actúa principalmente mediante ESR1 y ESR 2, dos miembros de la superfamilia de receptores nucleares. Las dos formas de ESR está presentes en la células de la granulosa en ovario de roedores. Mientras que ESR2 es ensencial para la proliferación de células de la granulosa, ESR1 tiene un papel especíco en ovulación, la formación del cuerpo lúteo, y el desarrollo de las células intersticiales glandulares. Además, ESR1 y ESR2 están implicados en la regulación de la trancripción del gen de TERT en cáncer y en la diferenciaciónn de células sanas.
Existe suficiente evidencia que sugiere que la exposición prolongada de los oavarios a altos niveles de estrógenos se asocia a el desarrollo de tumores ováricos. Las terapias de reemplazo de estrógeno también pueden estar involucradas en la promoción de cáncer de ovario.

Modelo del mecanismo por el cual el estrógeno estimula la actividad de la telomerasa, el alargamiento de los telómeros y la tumorigénesisi en el ovario. A. el estr{ogeno (E2) es producido por las células de la granulosa (GC) bajo el efecto de GNRH y FSH, y las acciones autócrinas del estrógeno. La estimulación de la telomerasa por el estrógeno, TE, promueve la proliferación de GC. B. Una sobre dosis de estr{ogeno inuce la actividad aumentada de la telomerasa, alargando los telómeros y la formación de tumores de GC. C. El derrame de estrógeno en el compartimento epitelial causa la activación de la telomerasa, alragamiento de los telómeros y carcinoma de ovario.

Bibliografía:

Jun-Ping Liu and He Li. 2010 Telomerase in the ovary Reproduction, 140 (2) 215-222.
Flor Sánchez, Johan Smitz. 2012 Molecular control of oogenesis. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease,1822 (12), 1896–1912.







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