Dimorfismo sexual en el control de la presion arterial y la homeostasis hidrosalina: Rol de los sistemas angiotensinérgico y vasopresinérgico

Abstract

Las enfermedades cardiovasculares representan la principal causa de muerte a nivel mundial en hombres y mujeres (OMS). Sin embargo, a pesar de que existen evidencias clínicas y experimentales que indican un perfil dimórfico sexual en la regulación de la presión sanguínea arterial y en la incidencia y progresión de las enfermedades cardiovasculares, a lo largo de la historia la mayor parte de los estudios clínicos y experimentales han sido llevados a cabo en machos, en el entendimiento que machos y hembras son similares entre sí y difieren sólo en la magnitud de la respuesta (Huxley, 2007). Cabe señalar que machos y hembras no sólo difieren respecto a la presencia de testículos y ovarios (factor hormonal), sino que además sus células son portadoras de diferentes complementos cromosómicos sexuales (CCS: XY y XX-factor genético). Es así entonces, que las vías genéticas y/o hormonales podrían actuar independientemente o interactuar (sinérgica/antagónicamente) para así modular el desarrollo sexual dimórfico. Nos propusimos como objetivo general contribuir al conocimiento de algunos de los mecanismos que determinan la diferenciación sexual en el control de la presión sanguínea arterial y de la homeostasis hidrosalina, analizando en particular de qué manera las diferencias genéticas asociadas a los cromosomas sexuales y a las secreciones gonadales modifican el sustrato morfológico y funcional que subyace a las respuestas sexualmente dimórficas de dos sistemas implicados en la regulación del balance hidrosalino y presión sanguínea arterial, los sistemas angiotensinérgico y vasopresinérgico. Para ello empleamos el modelo de ratón transgénico de los cuatro genotipos el cual permite la valoración independiente de los efectos de los factores: a) hormonal (comparando machos versus hembras), b) del complemento cromosómico sexual, comparando hembras y machos separadamente pero cada uno de ellos con diferente complemento cromosómico sexual (es decir Machos-XY vs. Machos-XX y Hembras XX vs. Hembras-XY), c) así como de la interacción de ambos factores Evidencias clínicas y experimentales establecen que el sistema renina angiotensina (RAS) participa en la homeostasis de la presión arterial y que alteraciones en su actividad estarían implicadas tanto en el desarrollo/mantenimiento de enfermedades renales y cardiovasculares como así también en las diferencias sexuales referidas a la progresión de dichas enfermedades (Huxley, 2007; Sullivan y cols., 2010). Teniendo en cuenta evidencias previas que señalan que, independientemente del factor hormonal organizacional, el CCS-XX favorece la respuesta bradicárdica barorefleja inducida por la infusión de Angiotensina II (Ang II) en tanto que el CCS-XY atenúa dicha respuesta, nos planteamos en primer término, evaluar los niveles de expresión de los receptores angiotensinérgicos AT1a, AT2 y Mas en diferentes núcleos cerebrales implicados en dicha respuesta. Observamos que a nivel del área postrema (AP) existe un efecto significativo del factor CCS en los niveles de expresión de los genes Agtr1a y Mas1. Animales con CCS-XY, los cuales evidencian una respueta bradicárdica atenuada ante la administración aguda de Ang II presentaron una mayor expresión de Agtr1a, en tanto que ratones con CCS-XX, los cuales presentan una respuesta bradicárdica facilitada, mostraron una mayor expresión del gen Mas1.Entre los mecanismos implicados en la regulación a largo plazo de la presión arterial, los riñones cumplen un rol preponderante y el RAS está íntimamente implicado (Kai y cols., 1998, Hall y cols., 1999). Analizamos a nivel renal el perfil de expresión del ARNm de los receptores angiotensinérgicos AT1, AT2 y Mas. A nivel de la corteza se observó que el CCS modula los niveles del ARNm de Agtr2, siendo su expresión mayor en ratones con CCS-XX vs. aquellos con CCS-XY. También, se identificó un efecto de la interacción entre el factor organizacional hormonal y el CCS sobre la expresión del gen Mas1, donde Hembras-XX/GDX expresaron niveles más altos del gen en comparación con los demás genotipos, lo cual pone en evidencia que incluso en ausencia de los efectos hormonales activacionales, el balance del RAS se inclina hacia el brazo depresor en individuos con CCS-XX.Considerando los resultados antes descriptos, en los cuales se evidencia el rol del CCS sobre los componentes del RAS y teniendo en cuenta numerosas evidencias previas que señalan el rol activacional de los esteroides gonadales, nos propusimos analizar la participación del CCS así como la acción organizadora de la hormonas gonadales y la acción activadora de ß-estradiol sobre los cambios en la presión arterial (PA) en un modelo de infusión continua de Ang II. De los registros obtenidos de animales gonadectomizados (GDX: sin reemplazo hormonal), los resultados mostraron que en Machos-XX/GDX, Hembras-XX/GDX y Hembras-XY/GDX la infusión de Ang II produjo un aumento significativo de la presión; aumento que fue revertido por los efectos activacionales de ß-estradiol. Sin embargo la administración de Ang II en ratones Machos-XY/GDX con y sin reemplazo de ß-estradiol no repercutió en cambios en la presión arterial. Nuestros resultados sugieren, por lo tanto, que la regulación de la presión sanguínea arterial en respuesta a la infusión continua de Ang II estaría gobernada por la interacción del CCS y los efectos, organizacionales de las hormonas gonadales y activacionales de ß-estradiol.Numerosos estudios demuestran, que el sistema vasopresinérgico es también sexualmente dimorfico y destacan un importante rol hormonal activador de los esteroides gonadales; sin embargo, a la fecha existen escasas evidencias referidas al rol del CCS y la acción organizadora hormonal sobre la respuesta dimórfica de vasopresina relacionadas con la regulación de la PA y la homeostasis hidrosalina (Wang y cols. 1996). En base a ello nos propusimos analizar el rol del CCS y el efecto organizacional de las hormonas sobre la respuesta bradicárdica barorefleja inducida por la infusión aguda de Avp; así como su rol modulador en la expresión de los genes que codifican para vasopresina y para el receptor V2 ante un desafío osmótico inducido por una privación de agua por 24 hs. Al evaluar la respuesta bradicárdica barorefleja inducida por Avp, nuestros resultados mostraron una respuesta barorefleja facilitada en Hembras-XX/GDX respecto a la reportada para los otros genotipos (Machos-XY/GDX, Machos-XX/GDX y Hembras-XY/GDX), lo cual pone en evidencia el importante efecto de la interacción del CCS y de las hormonas durante el periodo crítico de desarrollo sobre los mecanismos de regulación a corto plazo de la presión arterial. Por otra parte observamos que la activación neuronal vasopresinérgica a nivel del SON es modulada por el componente hormonal organizacional, donde Machos/GDX (Machos-XX/GDX y Machos-XY/GDX) presentaron una mayor activación de estas neuronas comparado con las Hembras/GDX (Hembras-XX /GDX y Hembras-XY /GDX). Sin embargo cuando se analizaron los niveles de expresión del gen de Avp en este mismo núcleo, nuestros resultados revelaron que, independientemente de ser machos u hembras, animales con CCS-XX (Machos-XX y Hembras-XX) presentaban una expresión basal mayor del gen de Avp vs. aquellos con CCS-XY (Machos-XY y Hembras-XY). Por otro lado, también demostramos que frente a un estímulo fisiológico inductor de la activación del sistema vasopresinérgico, como es la privación de agua, existe un efecto modulador por parte del CCS sobre los niveles de expresión del gen de Avp a nivel del SON. Finalmente y a sabiendas de que uno de los mecanismos homeostáticos que se ponen en marcha frente a una deshidratación es la reabsorción renal de agua por la acción de vasopresina sobre sus receptores V2 y evidencias previas que señalan una expresión diferencial basal del gen en hembras y machos, evaluamos el patrón de expresión renal del gen en el modelo de los cuatro genotipos. Nuestros resultados demuestran, en contraposición a lo que fuera previamente reportado en animales intactos, que no existe influencia por parte del CCS ni del factor hormonal organizacional en los niveles basales de expresión del gen del receptor V2 en animales gonadectomizados. Estas evidencias nos podrían estar indicando que la sola presencia del complemento cromosómico sexual no sería suficiente en determinar una expresión diferencial del gen en individuos con CCS-XX. Por otra parte el análisis del efecto de la privación de agua puso en evidencia un efecto significativo del tratamiento en los niveles de ARNm para Avpr2; independientemente del sexo (macho o hembra) y del CCS (XY o XX) los ratones privados de agua expresaron menores niveles de ARNm para Avpr2 en comparación con animales controles, pudiendo esta disminución en el mensajero deberse al inicio de los mecanismos compensatorios frente a la perdida de agua corporal, observada como una mayor traducción a proteína a nivel de los túbulos renales. En resumen, nuestros resultados manifiestan el importante rol que juega el CCS, así como su interacción con las acciones organizacionales y activacionales de ß-estradiol en la respuesta angiotensinérgica dimórfica cardiovascular como así también la participación del CCS y la acción hormonal organizacional dimórfica vasopresinérgica involucrada en el control del balance hidrosalino y regulación de la presión arterial.

Cardiovascular diseases are the leading cause of deaths worldwide, affecting both men and women. In recent years, clinical and experimental data have shown sex differences in blood pressure (BP) regulation, as well as in the incidence and progression of heart and circulatory diseases ; however; most of the studies have been conducted in males, assuming that males and females are similar differing only in the magnitude of the response (Huxley, 2007). But why do male and female show differences in blood pressure and hydroelectrolyte regulation? Sex steroids can induce organizational (long-lasting or permanent) effect during critical periods of development but can also impart (temporary or reversible) activational effects. Furthermore, males and females also carry different sex chromosome complements (SCC:XY/XX) and thus are influenced throughout life by different genomes. Thus both hormonal and genetic factors could act independently or interact with each other in a synergistic or antagonic way to influence sexual dimorphism in physiological and pathophysiological states. The purpose of this work was to study in more detail the mechanisms underlying sex differences in blood pressure and hydroelectrolytic homeostasis regulation assessing the relative contribution of sex hormones and SCC on sexually dimorphic angiotensinergic and vasopresinergic systems. In order to evaluate the different factors involved in sexually dimorphic phenotypes we used the four core genotype mouse model (FCG) in which the effect of gonadal sex and SCC is dissociated, allowing comparisons of sexually dimorphic traits between XX and XY females as well as in XX and XY males. Comparing these genotypes, it is possible to segregate the role of a) SCC (comparing mice with the same gonadal type but different SCC, XX vs. XY) b) sex (females vs. male) and c) the interaction of SCC and sex factors. It is well-known that RAS plays a major role in the regulation of blood pressure and fluid balance and its chronic activation is involved in the development and progression of kidney and cardiovascular diseases as well as in sex differences observed in these health complications (Huxley, 2007; Sullivan et al., 2010). Clinical and basic findings demonstrate major sex differences in the way males and females respond to stimulation and inhibition of the RAS under physiological and pathophysiological circumstances (Brown et al., 2012; Xue et al., 2014). Previous evidences have shown that SCC-XX promotes bradycardic responses while SCC-XY attenuates this effect, independently of gonadal sex (Caeiro et al., 2011). This study 6 aimed to define in first place whether sex chromosome complement (SCC) may differentially modulate sex differences in relative gene expression of basal Agtr1a, Agtr2, and Mas1 receptors at fore/hindbrain nuclei involved in the bradycardic baroreflex response. Our data showed a significant effect of the SCC on Agtr1a and Mas1 expression in the area postrema (AP): Gonadectomized mice with SCC-XY, which show an attenuated bradycardic response to Ang II, showed a higher expression of Agtr1a and Agtr1a/Agtr2 ratio, while mice with SCC-XX, which present a facilitated bradycardic response, showed a greater expression of Mas1 gene when compared to XY-SCC mice. Thus, these results might suggest that the increase in the vasodilator arm of the RAS in the AP of SCC-XX mice could facilitate bradycardic responses while the elevation of vasoconstrictor components of the RAS in SCC-XY could be responsible for the attenuated angiotensin II-induced baroreflex response. Kidneys play a major role in long-term BP regulation (Kai et al., 1998; Hall et al., 1999). We evaluated whether sex chromosome complement (SCC) may differentially modulate sex differences in relative gene expression of basal Agtr1a, Agtr2, and Mas1 receptors at medulla and cortex kidney samples. In the renal cortex, a SCC effect for Agtr2 and Mas1 was observed; regardless of sex (male or female), SCC-XX mice expressed higher levels of mRNA Agtr2 and Mas1 than SCC-XY mice. Furthermore, XX-female mice showed a significant increase in Mas1 expression compared to XY-female mice. Taken together, these data demonstrate that even in the absence of the activational hormonal effects, SCC exerts a modulatory action at central and kidney level on angiotensin receptor expression, with an enhancement of the vasodilator arm in XX-mice and an increase in the vasoconstriction arm in XY-mice, which may underlie sex differences in the regulation of arterial pressure. A growing body of evidence demonstrates that the pressor response to Ang II is sexually dimorphic under physiological and pathophysiological circumstances. Based on our results showing the effects of the SCC on RAS components and considering the activational role of sex hormones, we analyzed the organizational effects of gonadal steroids and the activational effects of ß-estradiol as well as SCC involvement on BP regulation in response to a 30 min-Ang II infusion protocol. Mice of the four genotypes were gonadectomized (GDX) and 15 days later their BP was measured under urethane anesthesia (control group – CON). We also analyzed, in a separate group of mice, the activational estradiol effect on blood pressure response during Ang II infusion; for hormonal replacement experiments GDX mice were daily injected with ß-estradiol (2ug/g) for a 4 day period ( ß-estradiol group – E2). The statistical analysis indicated an interaction of SCC and organizational-sex factors; XX-male/GDX-CON, XY-female/GDX-CON and XX-female/GDX-CON mice showed an 7 increase in MAP due to Ang II infusion, while no changes were observed in XY-males/GDX-CON mice. Furthermore, this increase in MAP was reversed by the activational effect of ß-estradiol (CON vs. E2) in XX-male/GDX-E2, XY-female/GDX- E2 and XX-female/GDX- E2, while no effect on blood pressure was observed in XY-male/GDX- E2. These results thus suggest that in absence of the activational hormonal factor an interaction between CCS and the organizational effects of the sex hormones differently modulate changes in the arterial pressure in response to Ang II infusion. Furthermore, estrogen replacement exerts an important activational effect by preventing the increase in blood pressure observed in most groups, except in XY-male/GDX mice. Several studies have demonstrated sex differences and the activational effects of gonadal steroids on the vasopresinergic system; however few have focused in the influence of SCC and the organizational effects of gonadal steroids (Wang et al., 1996). Therefore, we studied in first place the participation of SCC and organizational hormonal effect on sexually dimorphic-vasopressin (Avp) induced bradycardic baroreflex response. Our results show that acute Avp infusion in XX/GDX females induced a facilitated bradycardic response when compared to XY/GDX females, XY/GDX and XX/GDX male mice; which demonstrates the influence of SCC and hormones on short-term BP vasopresinergic-responses. Furthermore we studied changes in Avp neuronal activation and expression at supraoptic (SON) and paraventricular (PVN) nuclei as well as V2-Avp receptor kidney expression after an osmotic challenge of water deprivation. Twenty four hours after water deprivation GDX males (XY/GDX and XX/GDX) showed an increased number of Fos-Avp positive neurons in the SON when compared with GDX females (XX/GDX and XY/GDX). These results suggest how the organizational effects of gonadal hormones modulate neuronal activation in brain areas involved in Avp synthesis and release. Moreover, our results demonstrate that baseline Avp gene expression in the SON was increased in SCC-XX (both XX males and females) when compared to SCC-XY (XY males and females). We also showed that the SCC modulates Avp gene expression in response to water deprivation, a well-known osmotic challenge that induces Avp synthesis and release.Regardless of sex (male or female) XY-DEP mice (XY-male and XY-female) expressed higher AVP mRNA levels compared to XY-CON animals. However, XX mice (both XX-male and XX-female) showed similar levels of AVP mRNA expression for both controls and deprived groups (XX-CON and XX-DEP). At the PVN no statistical significant differences were observed. In summary, the activational effects of gonadal hormones, in 8 particular estradiol, could influence osmoregulatory mechanisms by enhancing vasopresinergic neuronal activation; while Avp gene expression could be modulated, at least in part, by the SCC. Since water deprivation also stimulates Avp mediated-water reabsorption in the kidneys, we also analyzed vasopressin 2 (V2) receptor gene expression in the kidneys of FCG mice. No significant effect of the SCC or organizational effects of gonadal hormones were observed in baseline V2 gene expression, suggesting that SCC by itself is not enough to change gene expression in XX individuals. In conclusion, our results demonstrate in more detail the role of the SCC, as well as the interaction between SCC and the organizational and activational effects of estradiol, on sexually dimorphic angiotensinergic and vasopressinergic responses involved in the hemodynamic and hydroelectroly balance.