Las kisspeptinas (incluida la kisspeptina-54 ( KP-54 ), anteriormente conocida como metastina ) son proteínas codificadas por el gen KISS1 en humanos. Las kisspeptinas son ligandos del receptor acoplado a proteína G , GPR54 . [5] Kiss1 se identificó originalmente como un gen supresor de metástasis humano que tiene la capacidad de suprimir la metástasis del melanoma y el cáncer de mama . [6] La señalización de kisspeptina-GPR54 tiene un papel importante en el inicio de la secreción de la hormona liberadora de gonadotropina (GnRH) en la pubertad, cuyo alcance es un área de investigación en curso. [7] La hormona liberadora de gonadotropina se libera desde el hipotálamo para actuar sobre la pituitaria anterior, desencadenando la liberación de la hormona luteinizante (LH) y la hormona folículo estimulante (FSH). Estas hormonas gonadotrópicas conducen a la maduración sexual y la gametogénesis . La alteración de la señalización de GPR54 puede provocar hipogonadismo hipogonadotrófico en roedores y seres humanos. El gen Kiss1 se encuentra en el cromosoma 1 y se transcribe en el cerebro, la glándula suprarrenal y el páncreas.
En 1996, el laboratorio de Danny Welch en Hershey, Pensilvania, aisló un ADNc de una célula cancerosa que no pudo sufrir metástasis después de que se le añadiera el cromosoma humano 6. [8] Este gen se denominó KISS1 debido a la ubicación donde se descubrió (Hershey, Pensilvania, hogar de los besos de Hershey ). [9] [10] La introducción de este cromosoma en la célula cancerosa que alguna vez estuvo activa inhibió su propagación y el ADNc responsable se tomó de esa célula. El hecho de que KISS1 fuera responsable de esto se demostró cuando se transfectó en células de melanoma y, una vez más, se suprimió la metástasis. [11] Más tarde, se produciría un avance que no involucraba a la kisspeptina, sino a su receptor.
Tres años después, en 1999, se identificó un receptor acoplado a proteína G en ratas, se clonó y se denominó GPR54. [11] [12] Además, dos años después, se aislaría el ortólogo de este receptor en humanos. [11] Utilizando los receptores identificados, se aislaron ligandos endógenos de células (células HEK293, B16-BL6 y CHO-K1) que tenían estos receptores insertados en ellas. [11] El siguiente paso en la historia de la kisspeptina implicó revelar más de sus vías y el mecanismo involucrado.
En 2003 se descubrió que la kisspeptina desempeña un papel en el hipogonadismo hipogonadotrópico , lo que fue apoyado por varios grupos de laboratorio independientes. [11] Se consideró que una mutación en GPR54 era responsable de esta anomalía porque quienes presentaban esta mutación, o carecían de GPR54 por completo, tenían problemas en el desarrollo gonadal durante la pubertad . [11] Varios otros fenotipos relacionados con esta mutación incluían una menor concentración de esteroides sexuales y gonadotropina en la sangre circulante e incluso esterilidad . [11] Estas observaciones impulsaron la investigación sobre cómo participa la kisspeptina durante el comienzo de la pubertad. Esta investigación condujo al descubrimiento de que la kisspeptina estimula las neuronas que estaban involucradas en la liberación de la hormona liberadora de gonadotropina (GnRH) y posiblemente puede tener algún impacto en la liberación de la hormona luteinizante (LH) y la hormona folículo estimulante (FSH). [11]
Hoy en día, se están realizando muchos esfuerzos para caracterizar la regulación de la kisspeptina y su expresión genética , así como para determinar más específicamente el mecanismo detrás de la acción de la kisspeptina sobre la liberación de GnRH y LH. [13]
La kisspeptina se expresa principalmente en el hipotálamo , pero también se encuentra en otras áreas del cerebro, incluido el giro dentado del hipocampo . Se sabe que el hipocampo integra información sobre el entorno espacial y la memoria de una persona . Se sabe que KISS1 se expresa en el hipocampo . Sin embargo, los niveles de ARNm de KISS1 expresados son decididamente más bajos que en el hipotálamo y la amígdala . Los estudios han demostrado que los niveles de ARNm de KISS1 expresados en el hipocampo son proporcionales a menos de la mitad de los niveles encontrados en el hipotálamo. A pesar de esto, se sugiere que la expresión de KISS1 está influenciada por las hormonas gonadales similares al hipotálamo. Hay un alto grado de expresión de GPR54 en el hipocampo. La densidad de GPR54 no es discernible en las células piramidales , pero tiene altos niveles de expresión en la capa de células granulares . Se sabe que se encuentra en núcleos y neuronas específicos. [14]
El neuropéptido kisspeptina desempeña un papel importante en la reproducción , pero también estimula la secreción de aldosterona de la corteza suprarrenal . La kisspeptina se distribuye desde la corteza suprarrenal y se transcribe en el neocórtex . Lamentablemente, la naturaleza exacta de la expresión de las kisspeptinas en las glándulas suprarrenales humanas aún no se ha aclarado por completo y sigue siendo un gran tema de investigación entre muchos científicos. [15]
La kisspeptina es un producto del gen KISS1, que se escinde de una proteína inicial de 145 aminoácidos en un péptido de 54 aminoácidos de longitud. [16] Este gen se encuentra en el brazo largo del cromosoma 1 (1q32) y tiene cuatro exones, de los cuales los exones 5' y 3' solo experimentan traducción parcialmente . El gen KISS1 fue aislado por primera vez como un gen de propagación de tumores por investigadores y se denominó metastina. La metastina se deriva de la proteína kisspeptina y es un ligando natural del receptor conocido como GPR54. [17] Se han aislado diferentes tipos compuestos de 14 y 13 aminoácidos y cada uno comparte una secuencia C-terminal común . Estos péptidos truncados en el extremo N se conocen como kisspeptinas y pertenecen a una familia más grande de péptidos conocidos como RFamidas, que comparten un motivo arginina - fenilalanina -NH2 común en su extremo C. Entre estos aminoácidos conservados se encuentran los residuos de arginina y fenilalanina , que se encuentran emparejados en esta familia de péptidos. También dentro de esta familia conservada hay un extremo C al que se le ha añadido una amida . Esta familia, que incluye la kisspeptina, incluye el péptido liberador de prolactina y la hormona inhibidora liberadora de gonadotropina. [17]
Un polimorfismo en el exón terminal de este ARNm da como resultado dos isoformas de proteína . Una adenosina presente en el sitio polimórfico representa la tercera posición en un codón de terminación . Cuando la adenosina está ausente, se utiliza un codón de terminación corriente abajo y la proteína codificada se extiende por siete residuos de aminoácidos adicionales. [18]
El gen de la kisspeptina codifica un péptido que se puede escindir en varias piezas. [13] En los seres humanos, una de estas piezas está formada por 54 aminoácidos, mientras que en los ratones está formada por 52 aminoácidos . [19] A continuación, este fragmento se procesa proteolíticamente en varios fragmentos más pequeños que se han aislado en seres humanos compuestos por 13 y 14 aminoácidos (kisspeptina-13 y kisspeptina-14 respectivamente). Cada uno de estos fragmentos tiene una región conservada similar en la secuencia C-terminal que consta de diez aminoácidos. [11] Específicamente, las posiciones 2, 4, 6, 7, 8 y 9 en esta región están completamente conservadas donde cualquier variación observada se debe a mutaciones aleatorias. La secuencia en el lado carboxiterminal de la región conservada es un sitio bien conocido para la escisión en neuropéptidos . [11]
La estructura de GPR54 es muy similar en muchos vertebrados diferentes . [11] Está compuesta por 398 aminoácidos que forman siete dominios transmembrana , como la mayoría de los receptores acoplados a proteína G. Las secuencias que se encuentran en las regiones transmembrana uno, cuatro y siete están muy conservadas en todas las especies. Aparece variación alrededor de los dominios amino y C-terminal, lo que explica los diferentes tipos de receptores de kisspeptina observados en varias especies . [11]
La kisspeptina-54 interactúa con los receptores acoplados a proteína G , específicamente GPR54 (Kiss1R). Otras versiones de kisspeptina también pueden interactuar con Kiss1R. [13] La investigación tanto en ratas como en humanos ha proporcionado evidencia de que la unión de kisspeptina estimula la hidrólisis de PIP2 , la movilización de Ca 2+ , la liberación de ácido araquidónico , la proteína quinasa 1 regulada por señal extracelular (ERK1), ERK2 y la fosforilación de la quinasa p38 MAP. [13] Aunque la GnRH se encuentra en muchas áreas, como la glándula pituitaria y las neuronas GnRH , la investigación demuestra que la GnRH depende en gran medida de la activación de las neuronas GnRH y menos de los gonadotropos hipofisarios . [13] Muchos estudios muestran que la kisspeptina tiene la capacidad no solo de causar despolarización , sino también de excitar muchas neuronas GnRH, lo que lleva a una alta expresión de kisspeptina en estos genes . [13] Pero, se plantea la hipótesis de que hay dos tipos diferentes de neuronas GFP-GnRH debido a la expresión en algunas neuronas pero no en otras, de las cuales solo una responde a la kisspeptina. [13] También se plantea la hipótesis de que la respuesta de las neuronas a la kisspeptina está relacionada con la edad y la pubertad . [13] La unión de la kisspeptina al receptor de GnRH puede tener efectos sobre la pubertad, la supresión tumoral y la reproducción .
La kisspeptina puede estimular la secreción de aldosterona y la liberación de insulina .
La kisspeptina parece activar directamente las neuronas GnRH. La evidencia de esto incluye la persistencia de una respuesta neuronal a los niveles de kisspeptina incluso en presencia de TTX, una neurotoxina que bloquea las señales nerviosas.
El inicio de la pubertad está marcado por un aumento en la secreción de gonadotropina , que conduce a la madurez sexual y la capacidad de reproducirse. La pubertad también puede verse afectada por una variedad de factores ambientales, y se sabe que se ve afectada por la capacidad metabólica de una persona. [ aclaración necesaria ] [20] La secreción de gonadotropina es provocada y regulada por la hormona liberadora de gonadotropina (GnRH). GnRH conduce a la liberación de la hormona luteinizante (LH) y la hormona folículo estimulante (FSH), que se dirigen principalmente a las gónadas para desencadenar la pubertad y la reproducción . El evento principal que conduce al inicio de la pubertad es la activación de las neuronas GnRH. Se cree que este evento involucra la señalización kisspeptina/GPR54, que conduce a la activación final de las neuronas GnRH . [17] Varios estudios han confirmado que la adición de kisspeptina a sistemas biológicos, incluidos ratas, ratones y ovejas, puede provocar la liberación de LH y FSH.
La capacidad de la kisspeptina para estimular la liberación de GnRH y gonadotropinas es el resultado de su efecto sobre la liberación de GnRH en el hipotálamo . En el hipotálamo de ratas, se encontró que más de tres cuartas partes de las neuronas GnRH coexpresan el receptor para kisspeptina, GPR54, en su ARN. La kisspeptina también fue capaz de provocar la liberación de GnRH tanto ex vivo como in vivo en ratas y ovejas. Se puede concluir que al activar las neuronas GnRH en el hipotálamo, la kisspeptina provoca la liberación de GnRH que conduce a la liberación de FSH y LH. [20] El papel principal que desempeña la kisspeptina/GPR54 en el desarrollo sexual se encontró inicialmente en humanos y ratones sexualmente inmaduros que tenían mutaciones que bloqueaban la expresión del gen GPR54. En ratas, el inicio de la pubertad acompañó una mayor presencia de KISS1 y GPR54 en el ARNm. Los mismos eventos se observaron posteriormente en mamíferos , donde el ARNm de KISS1 y GPR54 aumentó más del doble en el hipotálamo . Esto sugiere que hay una mayor expresión de KISS1 y potencialmente incluso de GPR54 al inicio de la pubertad, lo que conduce a un aumento en la señalización de kisspeptina/GPR54 que da como resultado la activación de la vía de la gonadotropina . [20] La adición de kisspeptina a ratas hembra que aún no habían madurado condujo al inicio de la vía de la gonadotropina. En humanos, se demostró que las hembras en las etapas iniciales de la pubertad tenían niveles de kisspeptina mucho más altos que las hembras de la misma edad que aún no habían comenzado la pubertad. Se ha concluido que la activación de la vía GPR54/kisspeptina es un catalizador que conduce al inicio de la pubertad. [20]
La kisspeptina desempeña un papel en la supresión tumoral . En un estudio en el que se inyectaron células tumorales malignas en un sistema modelo , se analizó el sistema en busca de genes implicados en el cromosoma 6 inyectado. Se descubrió que KISS1 era el único gen expresado en células no metastásicas y ausente en las metastásicas, lo que significa que el cáncer tiene la capacidad de propagarse a áreas no conectadas. Esto sugirió que la kisspeptina es un factor de regulación esencial para determinar si una célula será metastásica o no. Experimentos adicionales identificaron a CRSP3 como el gen exacto responsable de la regulación de KISS1 dentro del cromosoma 6. En estudios de evidencia clínica, se encontraron KISS1 y Kisspeptin en tumores primarios, metastásicos y tumores en crecimiento que mostraban niveles disminuidos de KISS1 y Kisspeptin. [16] En conclusión, la kisspeptina desempeña un papel importante en la supresión tumoral . Cuando está activa en las células, el tumor permanece consolidado y no se propaga ni crece.
La expresión de la kisspeptina durante el embarazo es elevada. En placentas de término temprano, la expresión de GPR54 es mayor que en placentas a término. Sin embargo, la expresión de la kisspeptina permanece inalterada en la placenta durante todo el embarazo. La mayor expresión de GPR54 en placentas de término temprano se debe a la mayor presencia de trofoblastos intrusivos durante el comienzo del embarazo. Las células a término, en comparación, son menos invasivas. Al medir la kisspeptina-54 durante el embarazo, se observó un aumento de 1000x en el embarazo temprano y un aumento de 10 000x en el tercer trimestre. Después del nacimiento, los niveles de kisspeptina-54 volvieron a la normalidad, lo que demuestra que la placenta es la fuente de estos niveles aumentados de kisspeptina. [16]
La kisspeptina-54 ha sido sometida a ensayos clínicos tempranos como un posible medicamento para el tratamiento de la libido baja , con una única infusión intravenosa de kisspeptina-54 que ha sido bien tolerada y ha mostrado cierta evidencia de eficacia tanto en hombres como en mujeres diagnosticados con trastorno del deseo sexual hipoactivo . [21] [22]
La kisspeptina y su receptor se encontraron en varios sitios en el riñón, incluyendo en el conducto colector , músculo liso vascular y en las células del túbulo renal . [23] Gran parte del impacto en el riñón tiene que ver con el aumento de la producción de aldosterona en las glándulas suprarrenales estimuladas por la kisspeptina. [24] La kisspeptina aumenta directamente la liberación de aldosterona por varios medios, el primero es a través de estos receptores que conducen a una ruta directa a la liberación de aldosterona . [24] En segundo lugar, las células suprarrenales H295R estimuladas por la kisspeptina pueden sintetizar aldosterona descomponiendo la pregnenolona de manera más eficiente. [24] Por último, aumenta la vía de producción de aldosterona de la kisspeptina-angiotensina II. [24] La aldosterona que proviene de las glándulas suprarrenales vecinas provoca la reabsorción del filtrado para retener agua, lo que conduce a un aumento de la presión arterial . [25]
Las neuronas que expresan kisspeptina se encuentran en:
Las neuronas que expresan kisspeptina residen en el núcleo periventricular anteroventral y el núcleo arqueado, entre otros, y envían proyecciones hacia el MPOA , donde hay una abundancia de cuerpos celulares de GnRH. Esta evidencia anatómica sugiere que las fibras de kisspeptina aparecen en estrecha relación anatómica con las neuronas GnRH (parvicelulares). De hecho, la kisspeptina parece actuar directamente sobre las neuronas GnRH (a través de GPR54) para estimular la secreción de GnRH.
Sin embargo, para que la kisspeptina esté involucrada en la regulación de la liberación de GnRH, también debe ser sensible a los niveles de esteroides sexuales circulantes, ya que se ha establecido que los esteroides producidos por las gónadas ejercen efectos reguladores sobre los niveles de FSH y LH a través de la mediación de GnRH. Por lo tanto, existen al menos dos escenarios posibles: que las neuronas de kisspeptina expresen receptores de esteroides sexuales por sí mismas, o que reciban información sobre los niveles de esteroides sexuales circulantes de un mecanismo diferente.
La obtención de imágenes de coexpresión del ARNm de KISS1 (utilizando el vector rojo) y los receptores de esteroides determinó que las neuronas que expresan el ARNm de KISS1 son objetivos de la acción de los esteroides sexuales tanto en ratones machos como hembras.