Regulação da secreção gonadotrófica

Prof. Nelly PitteloudUniversidade de Lausanne

By Durval Damiani

Visão geral

• Controle da secreção gonadotrófica por GnRH

• Função do gonadotrofo

• Controle da secreção de gonadotrofinas por esteroides sexuais e inibina B

Visão geral do eixo reprodutor

• Múltiplos níveis de regulação– Hipotálamo – programas precisos de pulsatilidade de GnRH,

“inputs” múltiplos e complexos

– Hipófise – regulação diferencial da síntese e secreção de LH e FSH

– Gônada – regulação sexo-específica da esteroidogênese e gametogênese

• Regulação autócrina, parácrina e endócrina (alças de feed back)

Regulação da secreção gonadotrófica por GnRH

Estreita relação entre a liberação de GnRH e a secreção de gonadotrofinas

(evidências na síndrome de Kallmann)

• História (1943)– Boa saúde geral– Genitais pequenos – ausência de puberdade– Anosmia

• Exame físico – Baixa estatura– Envergadura > altura– Ausência de pelos axilares ou pubianos– Microfalus – Testículos pequenos ou não palpáveis

Reproductive function: mode in the 1960’s

LH FSH LH FSH LH FSH

Pituitary

Gonads

Gonadotropins

Gonadal Fxn

normal

normal

Hyper ↑

1º failure

Hyper

2º failure

Kalmann Syndrome:Hypothalamic GnRH Deficiency?

Normal GnRH Deficient

GnRH

Hypothalamus

Pituitary

Gonads

LH FSH LH FSH

Pulsatile GnRH Rx

30

20

10

0 0 4 6 12 15 20 24

Normal Adult Male T= 17nmol/L

30

20

10

0 0 4 6 12 15 20 24

IHH Male: Baseline T= 1.2nmol/L

LH

(IU

/L)

LH

(IU

/L)

80

60

40LH

(IU

/L)

0

20

0 2 4 6 8 10

Gn RH IV q 2hr (ng/kg) T= 12nmol/L

250257.52.575

Pulsatile GnRH Rx:Re-Constitutes

NormalHPG Axis in IHH

Normal range for Healthy adult men

Crowley et al . J Clin Endocrinol Metab, 1980Hofman et al. New Eng J Med. 1980

Pulsatile GnRH stimulates gonadotropin secretion Continuous GnRH downregulates gonadotropin secretion

PulsatileGnRH

ContinuousGnRH

Pulsatile 199

GnRH

FS

H (

mU

/L)

LH

(m

Ug

/L)

Days10 5 0 5 10 15 20 25 30 35

0

50

100

150

200

0

5

10

15

20

Belchets PE, et al. Science 1978

Hypothalamic (GnRH) , Pituitary (LH, FSH, free -subunit), Gonadal (Steroid)

Hormone Secretory Dynamics

GnRH

LHFSH

LHFSH

TestosteroneEstradiol

Progesterone

GnRHT ½

2-4 min

FAS 15 min

LH 20-40 min

FSH 3 h

P

E2 2-3hP<E2<T

T

Variation in GnRH Pulse Pattern Results in Divergent LH and FSH Secretion

• GnRH avtivates gene expression for gonadotropin subunits and , dimerization , and glycosylation LH/FSH

• Pulse frequency has differential modulation

Finkelstein et al. J Clin Invest, 1988

FAVOR

FAVOR

Faster GnRH pulses

Slower GnRH pulses

LH synthesis & release

FSH synthesis & release

Ciclo menstrual : Dinâmica hipofisária,ovariana, uterina

LHFSH

primary antral dominant ovulation Corpusluteum

Corpusalbicans

LutealPhase

Ovarian follicles

Follicular Phase

E2

Prog

Endo

Proliferative Secretory

Hall et al, J Endocrinol Invest, 1998

Secreção de GnRH/LH durante o ciclo menstrual

40

0

40

0

200

0

40

0

40

0

40

0

40

0

Mid-cycle Surge

Early/Mid/LateFollicular Phase

Early/Mid/LateLuteal Phase

LFP ELP

MFP MLP

LLPEFP

FSHE2

LHP4

MENSES

GnRH Pulse Frequency

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

0

10

20

30

600

400

200

0

0

10

20

30

0

50

100

150

90’ 60’ 120’L

H (

U/L

)F

SH

(U

/L)

E2

(pg

/ml)

PR

OG

(n

g/m

l)

Days from ovulation

Idiopatic HH

Acquired HH

Hypothalamic Amenorrhea

Normal range (Mean ± SD, n=24 healthy women)

Pulsatile GnRH RXChanging the GnRH pulse

frequency recapitulates normal menstrual cycles in HH women

A frequência de pulso é crítica para a secreção diferencial de LH e FSH

(evidência de pacientes com SOP)

• Causa mais comum de infertilidade em mulheres em idade reprodutiva (8% da população)

• Diagnóstico segundo o workshop de Roterdam (2003)

(2 de 3)

– Hiperandrogenismo clínico ou bioquímico

– Ciclos menstruais irregulares ou anovulação

– Morfologia de ovários policísticos

• Ausência de outras causas de hiperandrogenismo

Fisiopatologia dos ovários policísticos

Anomalias Neuroendócrinas

Anormalidades androgênicas

Anormalidades da insulina

GnRH Pulse Frequency is critical for differential FSH and LH secretion

Evidence from patients with Polycystic Ovarian Syndrome

LHFSH

Pituitary

FSH

Ovaries

HypothalamusNormal GnRH

LHCholesterol

ProgesteronePregnenolone

Thecacell

Androstenedione

Testosterone Estradiol

Estrone

cellGranulosa

aromatase

LH

FSH

Pituitary

Ovaries

Hypothalamus

Cholesterol

ProgesteronePregnenolone

ThecacellAndrostenedione

Testosterone Estradiol

Estrone

cellGranulosa

aromatase

GnRH Pulse Frequency is critical for differential FSH and LH secretion

Evidence from patients with Polycystic Ovarian Syndrome

17-OH Progesterone

Insulin

PCOS

GnRHfrequency

A frequência de pulso é crítica para a secreção diferencial de LH e FSH

(evidência de pacientes com Amenorreia Hipotalâmica)

• Amenorreia secundária

• Causa frequente de infertilidade feminina

• LH e FSH baixos a despeito de hipoestrogenemia

• História de exercícios extenuantes, distúrbios alimentares e/ou psicológicos

Fisiopatologia da amenorreia hipotalâmica funcional

LH

FSH

GnRH

Stress

Weight lossExtensive physical

Exercise

Variable GnRH/LH Secretion Patterns in Women with Hypothalamic Amenorrhea (n=12)

0 4 8 12 16 20 24

Time (h)

LH

(IU

/mL

)

0

5

10

15

20

0 4 8 12 16 20 24

5

10

15

20

Healthy Controls (n=22) Apulsatile (n=2)

0 4 8 12 16 20 24

5

10

15

20

Amplitude (n=1)

0 4 8 12 16 20 24

Time (h)

LH

(IU

/mL

)

0

5

10

15

20

Frequency (n=1)

0 4 8 12 16 20 24

Time (h)

0

5

10

15

20

Nocturnal Pulses (n=8)

LH Pulse

Nighttime

Hypothalamic Amenorrhea

GnRHDeficiency

Normal

GnRH/LH

• Functional GnRH deficiency

• Stress, energy availability

• Genetic susceptibility?

Suscetibilidade genética em pacientes com amenorreia hipotalâmica

Caronia LM et al. NEJM, 2011

Frequency of loss-of-function Mutation in the study participants, According to group.

Mutation In vitrofunctionality

Patients with Hypothalamic Amenorrhea

(N=55)

Patients withidiopathic

Hypogonadotropic Hypogonadism

(N=160)

Controls who were Menstruating but not exercising

(N=375)

Controls who were

menstruating and

exercising >5 Hr/Wk

(N=47)

FGFR1R756H Decreased 1 0 0 0G260E Decreased 1 0 0 0

PROKR2R85H Decreased 1 0 0 0L173R Decreased 1 5 0 0

GNRHR R262Q Decreased 2 3 0 0KAL1 V371l Not Assessed 1 0 0 0

Resumo

• Concentrações oscilantes de LH e de FSH estão sob controle do GnRH hipotalâmico pulsátil

• Variações no padrão de pulso do GnRH associam-se a secreções divergentes de LH e de FSH

• Alterações na regulação gonadotrófica normal pelo GnRH associam-se a vários distúrbios clínicos

Os gonadotrofos hipofisários

• 7-15% das células da adenohipófise

• Grânulos mono e bi-hormonais

• As gonadotrofinas são compostas por 2 sub unidades

– α (homóloga)

– β (distinta para cada gonadotrofina)

• A sub-unidade β confere atividade hormonal específica para o heterodímero

Human Gonadotrophs

AntiLH

AntiFSH

GHRH1(crom 8p11.2-p21)

GnRHR(crom 4q21.2)

Cheng & Leung, 2005

TM 1 TM 2 TM 3 TM 4 TM 5 TM 6 TM 7

44bp

741bp

161bp

109bp 844bp

158bp 60bp

Exon 1 Exon 2 Exon 3 Exon 4

Exon 1 Exon 2 Exon 3

~4.2 kb ~5 kb

Human type I GnRHReceptor cDNA

3281

5’-UTR 522bp 220bp 245bp 3’-UTR

Structure of the human GnRH receptor

Millar et al, Endocr Rev, 2004

Signaling cascades downtream of the human GnRH receptor

Naor Z, Front Neuroendocrinol, 2009

Conn et al, 2010

HH patient with a GnRHR mutation fails to respond to pulsatile GnRH

IHH Female: HomozygousSer217Arg

-20 -15 -10 -5 0 5 10 150

10

20

30

Pro

g (

ng

/ml)

0

100

200

300

400

E2

(p

g/m

l)

0

10

20

30F

SH

(IU

/L)

0

50

100

150

200

LH

(IU

/L) 75 ng/kg

Conn et al, 2010

Uso de “chaperones” farmacológicos para resgatar GnRHR incorretamente dobrado

Doenças conformacionais: distúrbios associados ao dobramento alterado da proteína

Doença ou anomalia GPCR

Retinite pigmentosa

Diabetes insipidus nefrogênico

Hipogonadismo hipogonadotrófico

Hipercalcemia hipocalciúrica familial

Pseudo hermafroditismo masculino

Disgenesia ovariana

Hipotireoidismo congênito

Cabelo vermelho e pele clara

(propensão a câncer de pele)

Deficiência familial de glicocorticoides

Obesidade

Ressitência a infecção pelo HIV-1

Rodopsina

V2R

GnRH R

CaR

LHR

FSHR

TSHR

E-BR

MC1R

MC2R

MC3R, MC4R

CCR5

Resumo:

• GnRH liga-se ao receptor GnRHR na superfície celular dos gonadotrofos e tem o potencial de estimular diversas cascatas de sinalização

• Mutações do GnRHR afetando “trafficking” são a base de muitas doenças

• Chaperones farmacológicos são um tratamento potencial para distúrbios do “trafficking”

• Síntese diferencial do genes da sub-unidade β das gonadotrofinas está associado a modificações de ativação / estabilidade de importantes proteínas regulatórias e fatores de transcrição

Regulação da secreção gonadotrófica por esteroides sexuais e inibina B

Regulação gonadotrófica no homem: Esteroides sexuais vs Inibina B

HIPÓFISE

HIPOTÁLAMO

TESTÍCULOS

GnRH?

T

LH FSH

?

?

?E2

- Inh B

Objetivos

• Caracterizar o componente de hormônios sexuais no feed back de gonadotrofinas em termos de:

• Sítio de ação

• Papeis relativos de T & E2

• Determinar a contribição relativa dos esteroides sexuais vs inibina B para a regulação da secreção de FSH

Study Protocol (2)

Normal Men25-45y

Ketoconazole 400mg QID x 7d

Dexamethasone 0.5mg BID

T-, E2- T-, E2+T+, E2-

Relative roles of T & E2

+T +E2

LH Response to sex steroidAblation & Physiologic Replacement

0

10

20

30

40

LH

(IU

/L)

BL D3 D6

n=9

* *

(-T, -E2)

BL D3 D6

n=6 *

(+T, -E2)

BL D3 D6

n=4 *

(-T, +E2)

Ketoconazole RXBoth T& E2 Normalize LH levels

LH Pulse Frequency Post Sex SteroidAblation & Physiologic Replacement

Ketoconazole RXBoth T& E2 Slow GnRH Pulse Frequency

02

BL D3 D6

n=9

*

(-T, -E2)

BL D3 D6

n=6 *

(+T, -E2)

BL D3 D6

n=4 *

(-T, +E2)

4

6

81012

14*NS

P=0.05

# P

uls

e / 1

2h

LH Pulse Amplitude Post Sex SteroidAblation & Physiologic Replacement

Ketoconazole RXE2 addback has no effect on LH Amplitude

02

BL D3 D6

n=9

(-T, -E2)

BL D3 D6

n=6 *

(+T, -E2)

BL D3 D6

n=4

(-T, +E2)

468

10121416

LH

am

p (

IU/L

)

FSH Response to Sex SteroidAblation & Physiologic Replacement

Ketoconazole RXE2, but not T, Normalizes FSH Levels

0BL D3 D6

n=9

(-T, -E2)

BL D3 D6

n=6 *

(+T, -E2)

BL D3 D6

n=4

(-T, +E2)

4

8

12

16

FS

H (

IU/L

)

**

NS*

NS*

Study Protocol (3)

Agonadal Men23-47y(n=3)

Ketoconazole Dexamethasone

T-, E2-, IB+

Role of Inhibin B

Normal Men25-45y( n=9)

Off androgensX 8 weeks

T-, E2-, IB+-

Inhibin B is the major regulator of FSH Secretion in the Male

80

60

40

20

0

*

*P<0.005

Upper limit of normal

FS

H (

IU/L

)

T

E2

IB

+

+

+

-

-

+

-

-

-

Sex Steroids Regulation of LH secretion in the Male

PITUITARY

HYPOTHALAMUS

TESTES

GnRH-

T

LH FSH

?

E2

Inh B -

E2

-

-

E2 -

Grazie per avermi regalato una giornata meravigliosa...