Control génico del desarrollo por medio de los retinoides

  El  AR  está  implicado  en  el  patrón  del  desarrollo  embrionario  normal, participando en la diferenciación celular y en la regulación de  la expresión génica. Los receptores de AR son factores de transcripción  inducibles  por  ligando,  capaces  de  unirse  a  secuencias  específicas  de  ADN  asociadas  a  genes  retinoico  dependientes.  Estas  secuencias,  denominadas  elementos  de  respuesta  al  AR  (RARE;  retinoic  acid  response  elements),  regulan  así  la  expresión  de  los  genes    retinoico‐ dependientes.  

  Estudios de principios del siglo XX observaron que la ausencia  de  AR  generaba  animales  adultos  estériles,  con  queratinización  de  epitelios  mucosos  y  alteraciones  en  la  función  inmune  (Wolbach  y  Howe,  1925).  Los  embriones  deficientes  en  vitamina  A  presentan  un  amplio rango de anormalidades descritas en gran variedad de especies,  cerdos  (Hale,  1933),  ratas,  conejos,  vacas,  ovejas  y  humanos  (Kalter  y  Warkany,  1959).  Las  lesiones  descritas  afectan  al  sistema  nervioso  central,  ojos,  cráneo  y  cara,  dientes,  sistema  urogenital,  sistema  circulatorio y pulmones, entre otras localizaciones.  

  Los retinoides regulan el desarrollo por medio de la activación  o  la  represión  de  la  transcripción  génica  en  cientos  de  genes  AR‐ dependientes. Una célula en particular, únicamente responderá al AR  si expresa receptores de AR y si la concentración de AR que llega a la  célula es la apropiada para producir una respuesta (Ross y cols., 2000).  Además diferentes genes pueden estar activados por distintos niveles  de AR (Boncinelli y cols., 1991).     

  De  este  modo,  se  deduce  que  la  efectividad  del  AR  como  regulador del desarrollo implica un control preciso de su distribución  y  concentración.  Algunas  líneas  de  ratón  transgénicas  para  genes  retinoico‐dependientes mostraron que el AR no está homogéneamente  distribuido  en  el  embrión  de  los  vertebrados,  y  su  localización  se  circunscribe  principalmente  a  zonas  que  incluyen  órganos  en  desarrollo  (Rossant  y  cols.,  1991).  La  mayor  actividad  de  AR  es 

característica  de  tejidos  que  se  encuentran  inmersos  en  procesos  de  diferenciación activa (Schweigert y cols., 2002). 

  En  el  ovocito  y  en  el  desarrollo  embrionario  temprano  bovino  no  existen  muchos  estudios  que  hayan  propuesto  explicaciones  fisiológicas  a  los  efectos  producidos  por  los  retinoides  (Ikeda  y  cols.,  2005).  En  bovino,  tanto  las  células  de  la  granulosa  como  las  del  cumulus  expresan  genes  AR‐dependientes,  los  cuales  influyen  en  el  desarrollo  del  ovocito.  Las  células  de  la  granulosa,  cuyo  estado  de  diferenciación  está  regulado  por  gonadotropinas,  expresan  receptores  para la FSH (rFSH) y la LH (rLH).  En estudios in vitro se ha visto que  el AR inhibe la expresión inducida por FSH de rFSH (Minegishi y cols.,  2000a; Xing y Sairam, 2002) y de rLH (Minegishi y cols., 2000b). 

  Los  RAR  y  RXR  no  actúan  en  monómeros,  sino  que  forman  homo‐  o  heterodímeros.  El  RXR  puede  heterodimerizar  con  gran  variedad  de  receptores  relacionados,  como  los  receptores  de  la  hormona  tiroidea,  los  receptores  de  la  vitamina  D  y  también  orphan  receptors.  Todo  ello  subraya  la  diversidad  de  respuestas  biológicas  propia de los retinoides.  

  Otra  familia  de  receptores  nucleares  relacionados  con  los  retinoides son los PPAR, de los cuales existen tres isoformas: α, β y γ.  Estos  receptores  ejercen  su  principal  papel  en  la  regulación  del  metabolismo lipídico y de la glucosa (Uauy y cols., 2000). Esta familia  de  receptores  PPAR  tiene  la  capacidad  de  formar  heterodímeros  con  los RXR. En estudios de desarrollo preimplantacional bovino, Mohan y  cols., (2002) describieron la expresión del PPARγ, mientras que PPARα  se ha detectado en las células de la granulosa (Rodríguez y cols., 2004).    

  Midkine  es  un  gen  retinoico  dependiente.  La  adición  del  producto  recombinante  del  gen  midkine  durante  la  MIV  aumenta  los  índices  de  desarrollo  de  blastocistos.  El  efecto  de  midkine  está  mediado  por  las  células  de  la  granulosa  (Ikeda  y  cols.,  2000a,  2000b).  La presencia de midkine reduce la apoptosis en la células del cumulus  durante  la  MIV  (Ikeda  y  cols.,  2005)  y  su  expresión  aumenta  en  presencia  de  9‐cis‐AR  (Gómez  y  cols.,  2003),  presentando  un  posible 

mecanismo de actuación del AR en las células del cumulus por medio  de la activación de la expresión del gen midkine. 

  Entre los elementos diana de los heterodímeros RAR/RXR están  los genes Hox, que codifican factores de transcripción con dominios de  unión  al  ADN  altamente  conservados  (Gudas,  1991;  Marlétaz  y  cols.,  2006).  Los genes denominados Homeobox tienen un papel fundamental  en  el  patrón  de  organización  en  el  desarrollo,  tanto  en  embriones  invertebrados  como  en  vertebrados.  Los  genes  Hox  habitualmente  se  organizan  en  un  cluster  donde  el  orden  de  localización  en  el  cromosoma  se  correlaciona  con  su  expresión  espacial  y  temporal  durante la embriogénesis (Figura 11; Márletaz y cols., 2006). 

  Figura 11. Control transcripcional de genes Hox mediado por AR. En ausencia del ligando AR, el heterodímero RAR/RXR está unido al ADN y a co-represores, induciendo la represión transcripcional por medio de la deacetilación de la histona. La unión del ligando AR induce cambios conformacionales y la unión de co-activadores, provocando la acetilación de la histona y la activación de la transcripción. Modificado de Marlétaz y cols., 2006. 

  Estas zonas de unión a ADN presentes en los cluster Hox están  implicadas en el control de la formación y organización en el embrión  en desarrollo (Simeone y cols., 1991).   

  Langston  y  Gudas  (1992)  identificaron  elementos  RARE  en  algunas  regiones  de  genes  Hox,  dejando  patente  la  relación  existente  entre alteraciones en la organización de la segmentación y el exceso o  la  carencia  de  derivados  de  la  vitamina  A.  Los  retinoides  han  demostrado  afectar  a  la  expresión  de  genes  Hox  in  vitro  (Figura  11),  tanto  en  teratocarcinomas  como  en  embriones  tempranos  (Durston  y  cols., 1997). 

  Pocos autores han estudiado los efectos de los retinoides en los  ovocitos  bovinos,  el  desarrollo  embrionario  o  la  expresión  de  ciertos  genes. Sin embargo, aunque es sabida la inducción o la represión de la  expresión de cientos de genes producida por los retinoides, el número  de genes  estudiados detalladamente es escaso (Ikeda y cols., 2005).    

  Durante  el  desarrollo  del  ovocito  se  sintetizan  y  poli‐adenilan  grandes cantidades de ARNm en el núcleo (Neugebaeuer, 2002). Estas  cadenas de poli‐A regulan la traducción y la estabilidad del ARNm. La  cantidad de poli‐A en el ovocito está asociada al aumento de la calidad  del  ARNm  almacenado  en  el  ooplasma  (Lonergan  y  cols.,  2003c).  Igualmente,  los  ovocitos  con  baja  capacidad  de  desarrollo  muestran  niveles reducidos de poli‐A (Brevini y cols., 2002). 

  Los  retinoides  pueden  también  modificar  la  expresión  génica  mediante  mecanismos  ajenos  a  la  transcripción.  De  este  modo,  el  tratamiento  con  9‐cis‐AR  produce  un  aumento  en  la  poli‐adenilación  de los ARNm detectados en los ovocitos tras la detención meiótica, y  decrece  nuevamente  cuando  los  ovocitos  maduran  in vitro  (Gómez  y  cols., 2003).  

  La administración de retinoides en el cultivo embrionario debe  de  establecerse  dentro  de  un  rango  fisiológico  y  en  un  intervalo  temporal  adecuado,  ya  que  tanto  el  exceso  como  la  deficiencia  de  retinoides  pueden  causar  defectos  en  el  embrión.  Si  bien  es  necesario  profundizar en los mecanismos de acción de los retinoides in vitro, es 

posible que los requerimientos de vitamina A sean diferentes entre la  reproducción convencional y la producción de embriones in vitro.