Desentrañando el papel de las áreas discretas del cerebro de la rata en la regulación de la ovulación a través de la inactivación reversible por microinyecciones de tetrodotoxina

La ovulación es el proceso por el cual uno o más ovocitos maduros se liberan de los ovarios una vez cada ciclo estral/menstrual. Como todas las especies de mamíferos dependen de la producción de gametos para reproducirse, la comprensión de los mecanismos que regulan la ovulación tiene un gran impacto en áreas que van desde la biomedicina, la industria ganadera y el mantenimiento de especies en peligro de extinción. La ovulación está regulada por el eje hipotalámico-hipofisario-ovárico, que involucra varias áreas hipotalámicas y extra-hipotalámicas, los gonadotropos en la hipófisis anterior y las células de la teca y la granulosa que, junto con los ovocitos, forman los folículos ováricos dentro de los ovarios¹.

Los folículos ováricos crecen, se desarrollan y eventualmente ovulan en respuesta a la secreción tónica y fásica de la hormona estimulante del folículo y la hormona luteinizante, las dos gonadotropinas secretadas por los gonadotropos. El patrón de secreción de gonadotropina es fundamental para el desarrollo folicular adecuado y la ovulación y está regulado por la hormona liberadora de gonadotropina (GnRH)^1,2. Este neuropéptido es sintetizado por neuronas dispersas por todo el diencéfalo basal y luego secretadas a la vasculatura portal que une el hipotálamo y la hipófisis anterior. La actividad secretora de las neuronas GnRH es a su vez modulada por la entrada sináptica que surge de diversas estructuras cerebrales. Estas estructuras transmiten información sobre el estado del entorno externo e interno del organismo, incluida la disponibilidad de alimentos, la duración del fotoperíodo y la concentración de hormonas en la sangre. En este sentido, dan forma al patrón reproductivo de cada especie y se deben determinar los roles específicos de tales estructuras para comprender adecuadamente los mecanismos que gobiernan la ovulación. A título de ejemplo, se ha demostrado que la fluctuación en los niveles de estradiol durante el ciclo estral regula la secreción de GnRH; sin embargo, las neuronas GnRH no expresan la isoforma del receptor de estradiol necesaria para detectar tales cambios. Dos poblaciones de neuronas que expresan estos receptores se localizan en la región periventricular rostral del tercer ventrículo y en el núcleo arqueado, respectivamente, y establecen sinapsis con las neuronas GnRH. Existe evidencia que sugiere que estas neuronas interpretan la concentración de estradiol y luego estimulan la actividad de las neuronas GnRH liberando kisspeptina, un potente inductor de la secreción de GnRH³.

Los experimentos que involucran lesiones térmicas o químicas, así como la deaferenciación mecánica, permitieron a los investigadores determinar la participación de varias estructuras cerebrales en la regulación de la ovulación^{4,5,6,7,8,9,10,11,12} . Estos experimentos, sin embargo, tienen la desventaja de ser invasivos y traumáticos, requiriendo varios días de recuperación antes de evaluar los efectos del tratamiento, impidiendo el análisis de los efectos agudos del tratamiento. Además, afectan permanentemente las áreas objetivo e interrumpen otros procesos fisiológicos a largo plazo. Debido a estos problemas, los resultados de estos experimentos suelen estar oscurecidos por los mecanismos compensatorios homeostáticos en el cuerpo del animal y extraer información precisa sobre la dinámica reguladora temporal en la que está involucrada el área es bastante difícil.

La microinyección de fármacos que interrumpen transitoriamente la actividad de las neuronas a través de cánulas guía es una alternativa adecuada que supera las desventajas mencionadas anteriormente. Las cánulas se pueden colocar en cualquier región del cerebro mediante una cirugía estereotáxica, lo que permite al investigador comenzar el tratamiento farmacológico después de que desaparezcan los efectos de confusión de la cirugía. La microinyección cronometrada de los medicamentos permite a los investigadores probar hipótesis sobre la contribución de la región a un paso particular del proceso y se puede realizar en animales despiertos restringidos o en movimiento libre. Una variedad de medicamentos que incluyen anestésicos locales, agonistas, antagonistas, agonistas inversos y toxinas biológicas como la tetrodotoxina (TTX) pueden microinyectarse en la región de interés en momentos específicos.

TTX es una toxina biológica sintetizada por bacterias que viven en el cuerpo del pez globo, así como otros vertebrados e invertebrados. TTX silencia la actividad neuronal a través del bloqueo selectivo y transitorio de los canales de sodio, lo que resulta en la inhibición de los potenciales de acción dependientes del sodio. En presencia de TTX, las células experimentan una alteración en la fase de despolarización y, por lo tanto, no son excitables, sino que permanecen vivas. El efecto de bloqueo de TTX se explica por su composición molecular: un grupo guanidinio es capaz de pasar a través del aspecto extracelular del canal de sodio, pero el resto de la molécula no puede pasar debido a su tamaño, por lo que se atasca y bloquea el canal^{13,14,15,16,17} . El mecanismo de acción del TTX permitió su uso como herramienta para estudiar el sistema nervioso tanto in vitro como in vivo. La inyección intracerebral de esta toxina se ha utilizado para estudiar el papel de las áreas discretas del cerebro en varios procesos como la retención de la memoria^18,el sueño y la excitación^19,el reconocimiento de^{lugares 20,}la navegación espacial^21,el abuso de drogas^22,la termorregulación^23,el desarrollo de la esquizofrenia^24,el comportamiento sexual²⁵ y la regulación de la ovulación²⁶ entre otros. En este protocolo describimos los efectos sobre la ovulación de la inactivación transitoria de núcleos hipotalámicos por microinyección TTX en ratas despiertas y desenfrenadas.