Blga. MARÍA LETICIA AMESQUITA CARDENASAREA DE GENETICA Y BIOLOGIA CELULAR

DPTO. DE MORFOLOGIA HUMANA

FAC DE MEDICINA UNT

BASES GENÉTICO MOLECULARES

DEL DESARROLLO DEL SISTEMA

UROGENITAL

GENES DEL DESARROLLO DE LA

NEFRONA

Nefrogenesis = vida prenatal

Genes= Pax-2, WT-1, Wnt-4

F .T. y moléculas señal regulan

c/evento forman riñón

DNA binding of Pax

(Figure 3). The DNA binding is mainly confirmed by helix 3 of the PAI domain in the major groove whereas helix 1+2 are

antiparallel Additionally the homeo and RED domain can be involved so various combinations of DNA binding are possible

(Jun et al. 1996).

(Figure 2). A paired domain has two subdomains (PAI domain and RED domain) which consists of three a-helixes each

In addition to the paired domain some Pax proteins comprise a paired type homeo domain and a conserved octapeptide.

GEN PAX-2 10q11.2qter

Estructura del gen

A. Desarrollo del sistema nefrítico se da en tres fases: pronéfros, mesonéfros y metanéfros. Este

último se conserva en el adulto mientras que las dos formas transitorias se transforman en

componentes del sistema genital. Cada fase se forma a partir de su precedente, el desarrollo

renal comienza con la inducción del pronéfros.

B. Factores de transcripción Pax2 y Pax8 son necesarios y suficientes para inducir el destino

nefrítico a partir de las células intermedias del mesodermo que formarán al pronefros.

GEN WT1 Gen = 11p13 = 10 exones

FIG. Organización del locus (WT1) Wilms’ tumor .

El gen WT1 gene de ~50 kb . Consiste de 10 exones. Presenta dos

eventos de splicing alternativos:

Splicing alternativo en el exón 5 que codifica 17 aa

Splicing alternativo en el exón 9, conducen a la inserción/deleción de 3

aminoácidos—lisina, treonina and serina (KTS)—entre los dedos de zinc

3 y 4 de la proteìna WT1.

Deleción =defectos en riñón y reversión sexual de masculino a femenino

Proteína en dominio carboxilo terminal = dedos de zinc = FT

La proteína WT-1 = Papel critico nefrogénesis

Condensación mesenquima metanefrico proliferación y diferenciación

células epiteliales nefrona.

Activa embrionario CC últimas fases desarrollo riñón,

Adulto en podocitos

ESTRUCTURA BASICA DE LA PROTEINA WT1

FIGURA 2. El papel de WT1 durante la Formación de desarrollo del riñón es inducido por la

interacción recíproca del mesénquima metanéfrico que invade el brote uretral (A). WT1 una vez

sobre expresada en el mesénquima empieza a formar epitelios condensados alrededor del

brote uretral (B). En la ausencia de WT1 el mesénquima se vuelve apoptótico y la

invasión del brote uretral no ocurre, se sugiere que WT1 actúa como un factor de

supervivencia para las poblaciones de células embrionarias del riñón. Durante las fases

más tardías de desarrollo renal, WT1 pueden inhibir proliferación de células de

mesénquima y permitir la formación de cuerpos S- (C) cuerpos S se alargarán y en el

futuro conectarán con el conducto colector para dar lugar a la nefrona madura (D).

ROL DE WT1 DURANTE EL DESARROLLO DEL

RIÑON

1 Capillary lumen

2 Bowman’s space

3 Endothelium with pores

4 Glomerular basal membrane

5 Podocyte6 Golgi apparatus

7 Primary podocyte process

8 Secondary podocyte processes and

filtration slits

9 Parietal lamina of Bowman’s capsule,

single-layered squamous epithelium

10 Subepithelial connective tissue fibers

11 Erythrocyte

Electron microscopy; magnification: ×

7200

Parte de la Cápsula de Bowman

Expresa solo podocitos y células epiteliales cápsula de Bowman.

Induce gen PODOCALIXINA 7q32, proteína cubre a podocitos. Experimentalmente

déficit gen podocalixina conduce a anuria y defecto en el desarrollo y diferenciación de

los podocitos

ROL DE WT-1 EN RIÑON ADULTO

Figure 6.12. (A) Mediante hibridización in situ de

expresión Wnt4 en el rudimento embrionario

urogenital de ratón de 14 días macho. (manchando

azul oscuro) se ve que el mesénquima se condensa

para formar la nefrona del riñón.

(B) El rudimento urogenital de un tipo salvaje de

ratón hembra recién nacido.

(C) El rudimento del urogenital de un ratón knockout

blanco de genes Wnt4 en ratón hembra se ve que el

riñón no desarrolla.

GEN Wnt-4

Producto génico:

•Desarrollo órganos urogenitales

Sexo femenino

•Expresa brote uretral:

mesenquima

nefrona

REGULACIÓN MOLECULAR DEL

DESARROLLO DEL RIÑÓN

WT1

FGF-2 ; BMP7

GDNF / HGF

Receptor RET

/MET

Wnt-4 PAX-2

GDNF= factor neurotópico derivado de

glía

HGF= Factor de crecimiento Hepatocitos

FGF-2= factor de crecimiento de

fibriblastos

BMP-7= Proteína morfogenética del

hueso

La formación de sistema de túbulos renales está regulado por interacciones

entre :

- células epiteliales :brote uretral

- Células mesenquimatosas

Mecanismo de inducción del mesénquima sobre

el brote uretralGDNF=factor neurotrofico

derivado de la glia

Inducción del crecimiento y

ramificación del brote uretral, que a

su vez emite señales para procesos

recíprocos en el mesenquima.

DIFERENCIACION SEXUAL

Diferenciación sexual normal: 3 componentes

Cromosómico o Genética

Gonadal

Fenotipo

Anormalidades en cualquier etapa puede resultar en desordenes del desarrollo sexual

DIFERENCIACION GENETICA

Se inicia con el proceso de la fecundaciónCariotipo : 46 cromosomas

22 pares de cromosomas autosomales1 par de cromosomas sexuales XX o XY

Progenitores : Padre XY Madre XX

Meiosis :

Gametos :Esp. (X) Esp (Y) Ovulos (X)

XX ( mujer)

50%

XY ( varón)

50%

GPD

Deutran

Protan

Hemofilia A

Retraso mental y macroorquidia

/ PHOG = ESTATURA BAJA

ALFA TALASEMIA

DISTROFIA MUSCULAR DE

DUCHEME

RECEPTOR DE INTERLECUCINA 9

Presencia del cromosoma Y normal determina desarrollo de testículos(46,XY, 47XXY y 48XXXY)

La diferenciación testicular es complejo, implica participación de genes presente en:

Cromosoma Y, Cromosoma X y Cromosomas autosómicos

Cromosoma Y

SRY Gen testículo determinante

Localización :Yp11.3 1kb, no contiene intrones

Marco de lectura abierto de 614 pb

Codifica una proteína HMG con 240 aa y tres regiones

dominio central de unión al DNA

Reconoce secuencia AACAAAG

Dianas:

Gen HAM (hormona antimulleriana)

Gen aromatasa p450

MECANISMOS DE DIFERENCIACIÓN SEXUAL

Acción directa del SRY

Unión ADN dobla en 80 grados

Doblez dejaría exponer ciertas secuencias facilita

interacción proteínas

SRY se expresa en cresta genital e induce a lascélulas a secretar un factor quimiotáctico quepermite la migración de las células mesonefrica a lagonada, éstas células mesonefrica inducen alepitelio gonadal a convertirse en

células de sertoli con patrones de

expresión génica masculina

Existe una estricta correlación entre

-presencia de SRY,

-la migración de células mesonefrica y

- la formación de cordones testiculares

-Las células mesonefrica son criticas para

la formación de cordones testiculares

Gen Proteína ribosómica S4

Centro inactivación X

Proteína dedos de Zinc

Síndrome Kallman

Región seudoautosómica

Dosis sexual reversa

Distrofia muscular de DuchumeHiperplasia adrenal congénita

DAX -1

Gen DAX 1 Localización: Xp21.3 Kb, con 2 exones Promotor contiene un lugar de unión

para SF-1, que enlaza a los Factores de transcripción

Codifica un miembro de la familia de receptores hormonales nucleares de 470 aa Extremo NH2: Dominio de unión al

ADN Dominio de unión al ligando

Acción: antagonista al SRY Permite el desarrollo del ovario

Mutaciones : Hipogonadismo Hipoplasia renal

GEN DAX-1

Fenotipo sexual reverso en humanos cuando existen dos copias de DAX1

• DAX1 (en el cromosoma X) + SRY (en el cromosma Y) produce testiculos

• DAX1 sin SRY (otro DAX1 está inactivoen el cromosoma X) produces ovarios.

• Dos copias activas de DAX1 (en un cromosma X activo) + SRY (en el

cromosoma Y) conduce a la pobre formación de la gonada.

Dado que la gónada no contribuye ni AMH ni la testosterona, el fenotipo es

femenino.

WT1: 11p13

Gen tumor supresor involucrado en desarrollo renal y gonadal

codifica a una proteína que actúa como regulador transcripcional

Se expresa en etapa temprana en la cresta urogenital

En adulto se expresa en células de Sertoli y células foliculares

Mutaciones: Insuficiencia renal, anomalías gonadales y genitales

SF-1: 9p33 ( factor esteroidógeno- 1)

Se expresa en testículos y ovarios

Codifica una proteína receptora nuclear esteroidogénicas

Involucrado en desarrollo adrenal y gonadal: regulación de genes involucradosen esteroidogenesis en síntesis de testosterona (en la célula Leydig)

En células de sertoli Regula la expresión de HAM

Deficiencia: no desarrollo de gonadas,

Genes autosómicosnecesarios para el desarrollo del testículos

Ni Sf1 ni Gata puede funcionar si Sox9 estáausente

SOX9: 17q24-25 Codifica proteína semejantes a SRY de 509 aa, con dominio de unión al DNA Expresión en gónada bipotencial: expresión persiste en las células Sertoli Mutaciones: malformaciones esquelética, hipogonadismo

Mecanismo: La sinergia de Sox9 y Sf1

para activar la expresión delgen de la AMH. (A) La uniónde Sox9 al promotor AMHinicia la transcripción delgen de la AMH en lascélulas de Sertoli.

(B) Después de la unión deSox9, la expresión de laAMH es estimulada por launión de SF1 y WT-1. AMHse crea las posición de SF1en su sitio de unión delADN, y WT-1 se une a laproteína Sf1.

(C) Gata (un factor detranscripción comunes amuchos tipos de células)regula la sobreexpresiónAMH.

Modelo posible.

SRY compite con DAX1 para activar

o reprimir al gen SF1.

Si el cromosoma X e Y está presente, el SRY

es favorecido, y activa SF1

Si hay 2 copias de DAX1 en el cromosoma X (o si

está en el cromosoma Y ), el gen SF1 no se activaría.

La proteína SF1 activa al gen SOX9 , e induce el desarrollo de los cordones

sexuales en células de Sertoli de los testiculos, y también puede reprimir aWNT4.

WNT4 por lo contrario causa la diferenciaqción de la gonada en ovario

La mayoría de los genes activados por WNT4 y SOX9 no han sido identificados, y

los mecanismos por los que el SRY y DAX1 funcionan aún no se conocen.

Wnt4:Es un gen que puede ser critico para la determinación del ovario

Se expresa en la cresta genital en etapa bipotencial

Se expresa en gonadas XX, y no en gonadas XY

En ratones transgénicos sin Wnt4 no se desarrollan los ovarios

Cascada principal de la formación del

fenotipo sexual en mamíferos

Experimentan

apoptosis

AMHGen en cromosoma 19p13.3

Codifica proteína de 560 aas cuyo dominio

carboxilo muestra homología con factor

transformador del crecimiento β

Secretada por células de sertoli fetales y

posnatales hasta los 8- 10 años de edad

Receptor de AMH cromosoma 12q13

DIFERENCIACION GONADAL

Gónada no muestra

particularidad en uno u otro sexo

Coexistencia: cond. Wolff

Müller

8va.S: XY= SRY cresta

diferencian testículos

XX= Indiferenciadas más

tiempo 13 ava S.

SRY

LHX9 SF-1 y Wt1 5 S a 51/2S

Moléculas involucradas en la

determinación y diferenciación sexual

DIFERENCIACION GONADAL

Células germinales

primordiales

migran

Primordio gonadal

Las CGP son rodeadas

por células de Sertoli

Células mioides

peritubulares

Foliculogénesis:

Fragmentación de

cordones epiteliales

Ovocito cubierto por

epitelio y lamina delgada

Formación de tecas

18-22 S max ovocitos: 2

mll

TIPOS CELULARES y DIFERENCIACIÓN

GONADAL

Cuatro tipos celulares participan en la diferenciación gonadal

1: . Células soporte que derivan epitelio celómico cresta

gonadal Sertoli = ♂

Granulosa = ♀

2. Células productoras esteroides: Leydig = ♂

Teca = ♀

3. Células de tejido conjuntivo: mioides y endoteliales vasos

4. Células germinales primordiales: no esenciales

esenciales = ovario

DIFERENCIACIÓN FENOTIPICA MASCULINA

19p13.3

12q13: Recep.

AMH

REGULACIÓN DE ACTIVIDAD DE CÉLULAS

LEYDIG PARA FORMACIÓN DE TESTOSTERONA

Testosterona

GONADA FETAL: DOS POBLACIONES

CELULARES CON FUNCIÓN ENDOCRINA

Viriliza C. de Wolff

Masculiniza

Regresión

MECANISMO DE ACCION DE TESTOSTERONA

DIFERNCIACIÓN Y

CRECIMIENTO DE CELULAS

GEN RECEPTOR DE ADROGENOS

En el cromosoma 2 se localiza el gen del receptor de la LH, en el cromosoma 15 el gen de CYP11A

(P450scc), en el cromosoma 8 el gen de StAR, en el cromosoma 1 el gen de la 3-HSD tipo II, en el

cromosoma 10 el gen CYP17, en el cromosoma 9 el gen de la 17-HSD tipo III, en el cromosoma 19 el gen

de MIF, en el cromosoma 12 el gen del receptor de MIF, en el cromosoma 2 el gen de 5-reductasa tipo 2 y

en el cromosoma X el gen del receptor de andrógenos

Cascada de genes implicados en la diferenciación gonadal y genital masculina

durante la vida fetal.

DIFERENCIACIÓN FENOTIPICA FEMENINA

ANOMALIAS DE LA DIFERENCIACION SEXUAL

Ocurren en las diferentes etapas del proceso

• Anomalías cromosómicas

• Anomalías gonadales

• Anomalías fenotipicas

ANOMALIAS CROMOSOMICAS

1. Síndrome de Klinefelter

2. Síndrome de Turner (disgenesis gonadal)

Síndrome de Klinefelter

47XXY

“Non disjunction”

Incidencia 1:1000 hombres

Manifestaciones clínicas:

Testículos pequeños

(<3cm y firmes)

Infertilidad (hipogonadismo primario),

Ginecomastia

Eunucoidismo

Desordenes de personalidad o dificultades deaprendizaje, venas varicosas

Azoospermia

>LH y FSH

Síndrome de Turner• 1 : 5000 mujeres

• Cariotipo

50% 45X

25% 45XX/45X

25% anormalidades estructurales; isocromosomos, fragmentos del X, anillos

• 99% de fetos 45X no sobreviven a partir de 28 semanas, 15% de abortos en el primer trimestre tienen 45X

• Características

fenotipo femenino- infantilismo sexual

estrías gonadales bilaterales

amenorrea primaria

estatura baja

anormalidades congénitas

DESORDENES DE DIFERENCIACIÓN GONADAL

1. Disgenesis gonadal 46XY (estrías gonadales bilaterales, fenotipofemenino, no estigma de Turner, infantilismo sexual, estatura normal oalta, eunucoidismo)

Causa: mutacion del SRY

2. Síndrome de ausencia gonadalCariotipo 46,XYAusencia de tejido testicularCausa factores: mecánicos , inmunológicos, vasculares

3. Disgenesia gonadal XXFenotipo femeninoInfantilismo sexualEstrías gonadales bilaterales, genitales internos femeninos

Causa: mutación en 2p21 gen del receptor de FSHHeterogeneidad genética

4. Síndrome de varón XX.Fenotipo masculino

Genitales externos normales

Problemas

Testículos pequeños

Azoospermia

Ausencia de derivados mullerianos

Ginecomastia

Desarrollo sexual secundario deficiente

infertilidad

Causa : 90%: Cromosoma X presenta SRY

10% no presenta SRY, puede deberse a mutaciones en genesrepresores que inducen el desarrollo testicular en ausenciade SRY

Regiones determinantes del fenotipo masculino SRY en cromosoma Y

TRANSLOCACION DE SRY

Varones XX= Producto de error en meiosis padre en mayor %

Otro varones XX gen Z inhibidor de SRY mutado

Mujeres XY= Características = turner, mayor mortalidad

Inversión de sexo 46,XY Inversión de sexo

46,XX

•Cariotipos 46,XY con ovarios o

gónadas.

•Mutaciones de SRY, SOX9, DAX-1,

WT1.

•Conocida= disgenesia gonadal poco

frecuente 1 de c/100,000

• Cariotipo 46,XX

• Con testículos.

• Translocación de SRY

Mutación en regulador del

desarrollo de testículos.

ENFERMEDADES DE LA DETERMINACIÓN

DEL SEXO

Hermafroditos verdaderos (tienen tejido

ovárico y testicular- ovotestis)

Coexistencia de tejido testicular y ovárico en un

mismo individuo

Existe ambigüedad en genitales externos

Ginecomastia en la pubertad

Causa:

60% cariotipo XX

40% quimeras 46,XY/46,XX

Mosaico del Y normal o anormal o 46,XY

Pseudohermafroditismo

46,XY

Pseudohermafroditismo

46,XX

•Testículos y genitales femeninos

•Alteración en testosterona

Defecto receptor

Defecto síntesis de testosterona

•Alteraciones de respuesta

androgénica

Déficit en 5-reductasa

•Síndrome de inestabilidad de

andrógenos

•Ovario y genitales masculinos

o interno o externos

•Exceso andrógenos fetales

Hiperplasia suprarenal

congénita

Déficit aromatasa =

andrógenos estrógenos

ALTERACIONES FENOTIPICAS

Pseudohermafrodismo masculinoCAUSASHipoplasia/ agenesis de las células Leydig –

Mutación en el receptor de LHNo respuesta a hCG y LH- deficiencia en la producción detestosterona y DHT- no virilización de los genitales internos yexternos

Fenotipo típico - genitales externos femeninos + vagina cortaAnomalías de las hormonas inhibidoras de estructuras

mullerianasPresencia de trompas , utero, tercio superior de la vagina

Causa: mutaciones puntual del gen HIM 19p13.3Deleción parcial del gen HIMMutaciones en el receptor de HIM situado en 12q13

Pseudohermafrodismo masculinoDesordenes del síntesis de testosterona:

Alteraciones simples hasta ambigüedad genital

Conductos de wolff hipoplasicos

Defectos de las enzimas afectando síntesis de corticosteroides +testosterona (Hiperplasia adrenal congénita)

Mutaciones de

Deficiente StAR 8p11.2

3-beta hidroxisteroide dehidrogenasa 1p13.1

17-beta hidroxisteroide dehidrogenasa 9q22

17-alfa hidroxilasa 10q24-25

17,20 liasa

Pseudohermafrodismo masculino

• Desordenes del acción de los andrógenos:

1. Síndrome de resistencia a los andrógenos (completo o incompleto)

2. Defectos en el metabolismo del testosterona en el tejido (5-alfa reductase deficiency) T---DHT

Genitales externos ambiguos (vagina corta, microphallus/ hipospadias), diferenciación de genitales internos normales, testículos ubicados en labia o canal inguinal. Durante pubertad, hay virilización de hombres. Dx. >>T/DHT

Síndrome de resistencia a los andrógenos: Testicular feminización

46XY

Testículos bilaterales (canal inguinal)

Ausencia de conductos Wolffianos

Genitales externos ambiguos-apariencia femenino + vagina corta

Durante pubertad desarrollan características sexuales secundarias femeninas- no menarca

Mutación en el receptor de andrógenos resulta en resistencia a los andrógenos

Mutaciones en receptores androgénicos

PSEUDOHERMAFRODISMO FEMENINO

CAUSAS

• Hiperplasia adrenal congénita virilizante

Causa: mutaciones en

21 hidroxilasa

11-beta hidroxilasa

Aromatasa P450

17 b-hidroxilasa

Star

GIF. 1. – Esquema de la diferenciación sexual genética, gonadal y genital en

el feto humano.

SF-1 = Steroidogenic Factor 1; WT-1 = Wilm’s tumor factor 1; SRY = Sex

determining-Region

Referencias

Guizar –Vasquez. Genética Clínica

Lodish: Biología celular y molecular

González Buitrago. Patología molecular

Gilbert Scott F.: Developmental biology. Disponible en:

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=dbio

http://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0716-

98682001000100012&script=sci_arttext

Gocenspan F y Gardner D. Endocrinología básica y Clínica 2005