UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEAR PROGRAMA DE PSGRADUAO EM

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ZOOTECNIA TÓPICOS ESPECIAIS EM REPRODUÇÃO E LACTAÇÃO HORMÔNIO DO CRESCIMENTO E SEUS EFEITOS FISIOLÓGICOS SOBRE A REPRODUÇÃO MASCULINA E FEMININA Erika Bezerra de Menezes Arlindo de A. A. Moura

ESTRUTURA DO HORMÔNIO DO CRESCIMENTO Hormônio do crescimento GH c Isolado 1944 c Cadeia única – 191 aa c Família - prolactina e lactogênio placentário (Somatotropinas coriônicas) c Superfamília – Fatores hematopoiéticos, interleucinas, Factor estimulador de colonias de granulócitos e macrófagos

ESTRUTURA DO HORMÔNIO DO CRESCIMENTO Apresenta variações na sequência de aa Varias espécies domesticas c Primatas ÊHomem ( ≠ na posição de 4 aa) c Bovinas x humana Ê30% c Bovina x ovina Ê1% (Soares et al. , 1999)

ESTRUTURA DO HORMÔNIO DO CRESCIMENTO Duas pontes dissulfeto Posição 120 c Glicina ÊConfere sua atividade biológica

ESTRUTURA DO HORMÔNIO DO CRESCIMENTO Estrutura tridimensional do GH

GENE QUE DECODIFICA O HORMÔNIO DO CRESCIMENTO Mamíferos único gene Primatas – ocorreu duplicações ao ponto de originar vários genes semelhantes ao GH c GH-N Hipófise c GH-V c CS Cromossomo 17 q 22 -q 24 Placenta Homem - h. GH-N, h. CS-L, h. GH-V h. CS-A e h. CS-B 5 exóns e 4 introns c 2, 6 – 3, 0 pb (3, 5 -4, 5 pb)

CONTROLE DA EXPRESSÃO DO GENE DO GH NA HIPÓFISE Regulação Basal c Dedos de zinco (Zinc fingers) Especifica c Fator específico de sua secreção na hipófise (PIT-1) ÊGAF-1 ou PUF -1

CONTROLE DA EXPRESSÃO DO GENE DO GH NA HIPÓFISE Específica T 4 AMPc Glicorticoides Ácido retinóico Ativina (Família do fator de transformação do crescimento) c Basal c GHRH Ê PIT-1 Ø m. RNA GH

RECEPTOR DO HORMÔNIO DO CRESCIMENTO Receptor Superfamília dos receptores para citocinas (Kelly et al. , 1991) Modelo Domínio extracelular (24 aa) Cascata transcriptacional Domínio intracelular (350 aa)

RECEPTOR DO HORMÔNIO DO CRESCIMENTO Local de expressão Órgãos não reprodutivos c Fígado c TGI c Hipotálamo Órgãos reprodutivos c Ovário (Oócito, céls. da teca e granulosa) c Testículo (Céls. Leyding e Sertoli) c Útero c Glândula mamária (Marshal et al. , 2003)

RECEPTOR DO HORMÔNIO DO CRESCIMENTO Dois locais de interação com seu receptor Brooks et al. , 2008

REGULAÇÃO DA SECREÇÃO DO HORMÔNIO DO CRESCIMENTO Hexapeptídeo sintético GHRP ATP AMPc Metilquefalina (Bowers et al. , 1993)

REGULAÇÃO DA SECREÇÃO DO HORMÔNIO DO CRESCIMENTO Grelin – peptídeo bioativo natural

REGULAÇÃO DA SECREÇÃO DO HORMÔNIO DO CRESCIMENTO

MECANISMO DE AÇÃO DO HORMÔNIO DO CRESCIMENTO Mediadores extracelular IGF-1 (Kaiser et al. , 2001) Mediadores intracelular JAK 2 tirosina quinase MAP quinase Inositol 3 fosfato (IP 3) AMPc (Rotwein et al. , 1994) (Makarevich e Sirotkin, 1997)

MEDIADORES INTRACELULAR DO HORMÔNIO DO CRESCIMENTO Pequenas GTPase semelhante a RAS Ral. A Ral. B (Ihle e Gilliland, 2007) (Waters et al, 2006) Stat response elements

METABOLISMO DO HORMÔNIO DO CRESCIMENTO Secreção (ritmo circadiano) c 3 a horas de intervalos c 45 ng/m. L Ação c Após o inicio do sono GHBP c Clivagem da porção extracelular do receptor do GH c Transcritos GHR ou gene GHBP

METABOLISMO DO HORMÔNIO DO CRESCIMENTO Circulação 2 isoformas do GH c Alta afinidade à GHBP Ø 22 KDa c Baixa afinidade à GHBP Ê20 KDa GH GHBP Prolongar ½ vida sua circulação

HORMÔNIO DO CRESCIMENTO E SEUS EFEITOS FICIOLÓGICOS NO MACHO

HORMÔNIO DO CRESCIMENTO E SEUS EFEITOS FISIOLÓGICOS NO MACHO Ratos, camundongos e humanos Deficiência congênita do GH Resistência ao GH (Rosenfeld et al, 1994) Defeitos reprodutivos (Chubb, 1987) (Bartlett et al, 1990) Atraso na puberdade; Desenvolvimento abaixo do normal dos órgãos reprodutivos (genitália externa); Redução do comportamentos sexual

HORMÔNIO DO CRESCIMENTO E SEUS EFEITOS FISIOLÓGICOS NO MACHO Pacientes com excessiva produção de GH Adenoma adenohipofisário c Acromegalia c Redução da libido e potência (Janduic et al, 1982) Ratos transgênicos - GH Alterações no padrão de liberação de gonadotrofinas; Déficits no comportamento sexual; Alterações patológicas nas glândulas sexuais acessórias. (Bartke et al, 1997)

HORMÔNIO DO CRESCIMENTO E SEUS EFEITOS FISIOLÓGICOS NO MACHO Camundongos Deficiência do IGF-I c Maturação sexual c Infertilidade (Baker et al, 1996)

HORMÔNIO DO CRESCIMENTO E SEUS EFEITOS FISIOLÓGICOS NO MACHO Fig. Ações do GH direta e mediada pelo IGF-1 e, função das IGFBPs e suas degradações proteolíticas

EFEITOS DO GH NO MACHO Puberdade Maturidade sexual Desenvolvimento do Sistema Reprodutor Interno Desenvolvimento da Genitália externa Comportamento sexual Efeitos no SNC [hipotálamo (GH-R)] (Rosenfeld et al, 1994)

EFEITOS DO GH SOBRE AS CÉLULAS DE LEYDIG E CÉLULAS DE SERTOLI GH LH GH Potencializa ação do LH (+LH-R) Estimula a produção de IGF-1 (Kanzaki e Morris, 1998)

EFEITOS DO GH SOBRE A PRODUÇÃO DE ANDRÓGENOS In vitro In vivo GH GH X Células de Leydig (+) T 4 (Chandrashekar et al. , 1999, 2001) T 4 (Deaver e Bryan, 1999)

EFEITOS DO GH SOBRE O COMPORTAMENTO SEXUAL GH Comportamento sexual Camundongos c Mutações no gene GH ÊAlterações na libido Ø Nº de montas Ø Penetrações Ø Ejaculações Ø Nº de montas antes da exteriorização (Chubb, 1987) do pênis Ação direta GH SNC T 4

EFEITO DO GH SOBRE AS CÉLULAS DE SERTOLI E ESPERMATOGÊNESE Células de Sertoli Proliferação Maturação funcional Espermatogônias Síntese de DNA (Swanlund et al, 1995)

EFEITOS DO GH SOBRE O TRATO REPRODUTIVO MASCULINO Modula o desenvolvimento do trato reprodutor masculino Associação com a testosterona GH T 4 (Henricks et al. , 1998) (Champion et al. , 2002)

EXPRESSÃO DO GH NA LINHAGEM DE CÉLULAS GERMINATIVAS E EFEITO SOBRE O ESPERMATOZÓIDE. Expressão de GH Espermatogônias Espermatócitos primários (Berger et al. , 1999; Harvey et al. , 2004) Espermatozóides (+) Motilidade (eqüinos) (Henricks et al. , 1998) (Champion et al. , 2002

HORMÔNIO DO CRESCIMENTO E SEUS EFEITOS FISIOLÓGICOS NA FÊMEA

EFEITOS DO GH SOBRE O DESENVOLVIMENTO FOLICULAR Ovário folículos ≠ grau de diferenciação c Primordial ÊIndependente de gonadotrofinas (LH e FSH) ÊInicia seu crescimento GH RGH, m. RNA GH, GH (Hull e Harvey, 2002) Oócitos, Céls da teca e granulosa, Cumulus c Media a ação do GH nessas células (Izadyar et al. , 1999)

EFEITOS DO GH SOBRE O DESENVOLVIMENTO FOLICULAR Estrutura GH RGH Folículo primordial + (P) Folículo primário + (P) Folículo secundário + (P) Folículo antral em crescimento + (B, M) Oócito + (B, M) Cumulus + (B, M) Granulosa + (B, M) Teca + (C) P – primatas / B – bovino / C - Camundongo (Silva et al. , 2009)

EFEITOS FISOLÓGICOS DO GH NA FÊMEA GH Ovário Proliferação, crescimento e diferenciação Atresia Apoptose (Hsuch et al. , 1996) (Kolle et al. , 2003) In vitro r. GH Bovinos Maturação CCOs Ovinos

EFEITOS DO GH SOBRE A FASE PREANTRAL FOLICULAR Folículos pré-antrais de camundongos 1 m. UI/m. L do GH – 4 dias de cultivo c diâmetro folicular (Kikuchi et al. , 2001) Folículos pré-antrais bovinos 30 e 100 ng/m. L do GH – 4 dias de cultivo c síntese de P 4 c Proliferação nas células da granulosa (Langhout et al. , 1991)

EFEITOS DO GH SOBRE O DESENVOLVIMENTO FOLICULAR Ovário Cascata de sinalização celular c GH AMPc c GH MAP quinase (Sirotkin e Makarevich, 1999; 2002)

EFEITOS DO GH SOBRE O DESENVOLVIMENTO FOLICULAR Fig. - Expressão de m. RNA para o IGF-I, IGF-II e receptores de IGF em folículos ovarianos Estrutura IGF-II IGF-IR Primordial + (C, P) – (B) + (C) – (B) + (P) – (B) Primário + (C, P) – (B) - (B) + (P, B) Secundário + (C, B, M, P) - (B) + (P, B) IGF-IIR ANTRAL EM CRESCIMENTO Oócito + (P) – (S, M) - (B, S) + (P, B) – (S) Cumulus + (S, M) + (S) - (B) + (P, B) – (S) Granulosa + (S, M) + (S) - (B) + (P, O, B, S) + (O, B) Teca + (P) – (S, M) + (S, B, P, O) + (O, B) – (S) + (O, B) B – bovina / C- caprina / C- camundongo / O – ovina / P – primatas / S - suína

EFEITOS DO GH SOBRE O DESENVOLVIMENTO FOLICULAR Fig. - Expressão de m. RNA para o IGF-I, IGF-II e receptores de IGF em folículos ovarianos Estrutura IGF-II IGF-IR IGF-IIR PRÉ-OVUÁTÓRIO Oócito + (S, M) - (S) + (S) Cumulus - (S, M) + (S) - (S) Granulosa - (S, M) - P + (S, P) - (S, P) + (P) Teca + (S, M, P) - (S) + (P) B – bovina / C- caprina / C- camundongo / O – ovina / P – primatas / S - suína

EFEITOS DO GH SOBRE O DESENVOLVIMENTO FOLICULAR PRÉ-ANTRAL Estágio GH IGF-1 IGF-2 Início do crescimento Atresia folicular Início do crescimento Sobrevivência folicular Crescimento céls Teca Diferenciação céls da granulosa Sobrevivência folicular Crescimento folicular Proliferação e diferenciação céls. Granulosa Produção E 2 Expressão de RFSH Formação dos grânulos corticais Proliferação cels. granulosa (Silva et al. , 2009)

EFEITOS DO GH SOBRE O DESENVOLVIMENTO FOLICULAR ANTRAL Estágio GH IGF-1 IGF-2 ñ Secreção IGF-1 pelas céls. Teca e granulosa Proliferação céls. Granulosa Proliferação cels. Granulosa Esteroidogênese pelas céls da granulosa Produção E 2 e P 4 céls. da garnulosa Maturação oocitária ñ da sensitividade a gonadotrofinas Expansão céls do cumulus Maturação oocitária Estimulo esteroidogênico céls da teca (Silva et al. , 2009)

EFEITOS DO GH SOBRE SUA UTILIZAÇÃO EM PROTOCOLOS DE SUPEROVULAÇÃO In vivo – Mestiças de holandes-Zebu 13 doadoras (2 grupos) c 500 mg de rb. ST, SC no 3º dia do ciclo (Borges et al. , 2001) c 10º dia do ciclo tratamento superovulatório Ê500 UI FSH/LH IM (estro = 0) Ø 4 dias (8 aplicações) c 13º dia (7º aplicação) ÊPG F 2α

EFEITOS DO GH SOBRE A PRODUÇÃO DE LEITE Desenvolvimento da glândula mamária GH mamogênese Crescimento dos ductos c Pré-perberdade - Puberdade Crescimento lobo-alveolar c Gestação Animal adulto Mamogênese Lactogênese Involução (Sejrsen et a, 1993) (Johnsson et al. , 1985) (Lyons et al)

EFEITOS DO GH SOBRE A PRODUÇÃO DE LEITE Lactogênese Direta do GH Indiretamente - IGF-I Involução Prolactina/GH/IGF-I m. RNA GHR Todas as fases da lactação

EFEITOS DO GH SOBRE A PRODUÇÃO DE LEITE Mecanismos envolvidos no efeito galatopoiéticos Mecanismo homeorréticos (Bauman, 1989) c Incremento na capacidade sintética da glândula mamária; (Prosser & Mepham, 1989) ÊIGF-1 c Utilização de nutrientes e mobilização de tecidos não mamários, que fornecem nutrientes essenciais para a síntese do leite ÊTecido adiposo; (Mc. Dowell et al. , 1987) (Soderholm et al. , 1988) c no fluxo sangüíneo para a glândula mamária. (Mepham et al. , 1984)

EFEITOS DO GH SOBRE A PRODUÇÃO DE LEITE Vacas Curto e longo prazo (Chilliard, 1988) Principais efeitos Curva de lactação c Aumento da produção de leite ÊModificação da curva c Persistência da lactação ÊAltos níveis de produção por um período de tempo (Grant e Keown , 1999)

EFEITOS DO GH SOBRE A PRODUÇÃO DE LEITE 41 vacas Holandesa (PO) em lactação (30, 0 kg/dia) Avaliação - 60 aos 150 dias de lactação, Tratamentos I - sem aplicação de r. BST c Controle (n= 15) II - aplicação de r. BST aos 60 dias após o parto c r. BST-60 (n=15) 14/14 dias III - aplicação de r. BST aos 100 dias após o parto c r. BST-100 (n= 11) A r. BST 1 14/14 dias (Rennó et al. , 2006)

EFEITOS DO GH SOBRE A PRODUÇÃO DE LEITE

EFEITOS DO GH SOBRE A PRODUÇÃO DE LEITE In vivo rb. ST Produção de leite (Barbosa et al. , 2002) rb. ST de liberação lenta (BOOSTIN 250 mg) 0, 56 m. L (1/4 dose – vacas) 14/14 dias T 1 - tratamento controle T 2 - tratamento hormonal, após o pico de lactação 45 dias PP até o final do experimento T 3 - tratamento de entressafra 154 dias PP até final do experimento

EFEITOS DO GH SOBRE A PRODUÇÃO DE LEITE In vivo rb. ST Produção de leite Φ Produção de leite (Barbosa et al. , 2002) persistência da lactação

CONSIDERAÇÕES FINAIS Apesar das importantes descobertas obtidas sobre o hormônio do crescimento, atualmente ainda são observadas divergências nos resultado obtidos in vitro e in vivo. A real compreensão da atuação biológica e molecular do hormônio do crescimento na reprodução, poderá consolidar sua aplicação prática nas áreas médicas, veterinárias e biotecnologias.