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Implicación del Sistema de Melanocortinas en la Reproducción del Pez Cebra

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Universitat de Barcelona. Departament de Biologia Cel·lular, Fisiologia i Immunologia

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[spa] El sistema de melanocortinas es probablemente uno de los sistemas hormonales más complejos involucrados en la regulación de la ingesta de alimentos y la homeostasis energética. Las melanocortinas son péptidos derivados de un complejo precursor peptídico denominado proopiomelanocortina (POMC). Su procesado genera diversos péptidos de melanocortina entre los que se encuentran las hormonas estimulantes de melanocitos (MSHs) y la hormona adrenocorticotrópica (ACTH). Las funciones de las melanocortinas se median a través de 5 receptores diferentes (MC1R-MC5R). Tanto ACTH como MSH activan los MCRs con diferente afinidad, pero MC2R solo es activado por ACTH. La señalización de melanocortinas también puede ser modulada por dos antagonistas endógenos, la proteína de señalización de agutí (ASIP) y la proteína relacionada con agutí (AGRP) que compiten con los péptidos de melanocortina al unirse a MCR.
Entre los MCR, el MC4R está involucrado en el control de la ingesta y la reproducción. Las mutaciones negativas dominantes de Mc4r se han relacionado con un tamaño corporal más grande y un inicio tardío de la pubertad en Xiphophorus. Investigaciones en el pez cebra demuestran que la supresión de la actividad central del Mc4r es esencial para el crecimiento larvario. De forma similar, la supresión del Mc4r resulta en una disminución de la expresión de fshb y lhb. Esto sugiere que, en los peces, el Mc4r participa no solo en el control de la ingesta de alimentos, sino que también en la reproducción.
Experimentos desarrollados en nuestro laboratorio, han demostrado que Asip1 funciona como un antagonista endógeno tanto de Mc1R como de Mc4R. Además, la generación de una cepa transgénica de pez cebra que sobreexpresa asip1 de pez dorado (asip1-Tg), demostró la participación del sistema de melanocortinas en la regulación del patrón pigmentario dorsoventral y estimulación del crecimiento. En consecuencia, este modelo transgénico supone una excelente oportunidad para estudiar la relación entre el sistema de melanocortinas, el crecimiento y la reproducción.
 
Los resultados presentados en esta tesis demuestran que la disminución de la actividad del sistema de melanocortina inducida por la sobreexpresión de asip1 retrasa significativamente el crecimiento temprano de los animales transgénicos, exhibiendo un crecimiento reducido hasta completar el desarrollo gonadal. Además, no tuvo efecto fenotípico sobre la pubertad y mermó el potencial reproductivo en comparación con los peces WT, lo que se refleja en una menor calidad del huevo y diámetro del vitelo, un retraso en el tiempo de eclosión y el crecimiento larvario.
La caracterización de los niveles de expresión relativa de los receptores de melanocortinas, proteínas accesorias, agonistas y antagonistas en gónadas de pez cebra así como la expresión de mc1r y mc4r en oocitos previtelogénicos y vitelogénicos y en células germinales masculinas, respalda el papel del sistema de melanocortinas en la fisiología gonadal. Además, nuestros experimentos in vitro sugieren que los pétidos de melanocortinas pueden modular la síntesis de esteroides gonadales.
Finalmente, la expresión de mc4r en gonadotropos y la modulación de la síntesis de gonadotropinas por los péptidos melanocortina sugiere un posible rol paracrino en la síntesis y liberación de hormonas reproductivas desde la adenohipófisis.

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[eng] The melanocortin system is probably one of the most complex hormonal systems involved in the regulation of food intake and energy homeostasis. Melanocortins are peptides processed from a complex precursor named proopiomelanocortin (POMC). Its processing generates different melanocortin peptides, including melanocyte-stimulating hormones (MSHs) and adrenocorticotropic hormone (ACTH). Melanocortin functions are mediated by five receptors (MC1R-5). ACTH and MSHs activate MCRs with different affinities, while MC2R only binds ACTH. Melanocortin signaling can also be modulated by two endogenous antagonists, agouti signaling protein (ASIP) and agouti-related protein (AGRP), that compete with melanocortin peptides for binding to MCRs.
Among the MCRs, MC4R plays a role in the control of food intake and reproduction. Dominant negative mutations of Mc4r have been linked to larger body size and delayed onset of puberty in Xiphophorus. In zebrafish, it has been demonstrated that suppression of central Mc4r activity is essential for larval growth. Similarly, suppression of Mc4r results in decreased expression of fshb and lhb. In fish, Mc4r plays a role not only in the control of food intake, but also in reproduction.
Experiments in our laboratory have shown that Asip1 works as an endogenous antagonist of Mc1R and Mc4R. In addition, the transgenic zebrafish line overexpressing goldfish asip1 (asip1-Tg), demonstrated the participation of the melanocortin system in the dorsoventral pigmentation pattern and fish growth. This transgenic model is an excellent opportunity to study the relationship between the melanocortin system, body growth and reproduction.
The results presented in this thesis show that a decrease in the activity of the melanocortin system induced by asip1 overexpression significantly delays early growth in transgenic animals, exhibiting reduced growth until they reach the full gonadal development. The transgene has no phenotypic effect on puberty timing but decreases reproductive performance reflected in egg quality and yolk diameter, delayed hatching time and larval growth.
 
Characterization of the relative expression levels of melanocortin receptors, their accessory proteins, agonists and antagonists in zebrafish gonads as well as the expression of mc1r and mc4r in previtellogenic and vitellogenic oocytes and male germ cells supports a role for the melanocortin system in the gonadal physiology. Furthermore, in vitro studies suggest that melanocortin peptides may modulate gonadal steroid synthesis.
Finally, the expression of mc4r in the gonadotropes and the modulation of gonadotropin synthesis by melanocortin peptides, suggest a paracrine role in the synthesis and secretion of reproductive hormones from the adenohypophysis.

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Tesis Doctorals - Departament - Biologia Cel·lular, Fisiologia i Immunologia

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Implicación del Sistema de Melanocortinas en la Reproducción del Pez Cebra