Download pesticidas organoclorados y sus efectos en la esteroidogénesis

Bustos Jaimes I, Castañeda Patlán C, Rendón Huerta E,
Reyes Vivas H, Romero Álvarez I, (eds). Mensaje
Bioquímico, Vol XXXIII. Depto de Bioquímica, Fac de
Medicina, Universidad Nacional Autónoma de México. Cd
Universitaria, México, DF, MÉXICO (2009).
(http://bq.unam.mx/mensajebioquimico)
(ISSN-0188-137X)
PESTICIDAS ORGANOCLORADOS Y SUS EFECTOS EN LA
ESTEROIDOGÉNESIS OVÁRICA
Fabián Arechavaleta-Velasco, Laura Díaz-Cueto y Pablo Domínguez-López
Unidad de Investigación Médica en Medicina Reproductiva
Instituto Mexicano del Seguro Social
fabianj@unam.mx
Resumen
La síntesis y acción de las hormonas esteroides es fundamental para asegurar la
homeostasis de cualquier organismo vivo y con esto evitar el desarrollo de diversas patologías.
Sin embargo, hoy en día y debido a los cambios de nuestro hábitat, nos encontramos en
contacto frecuente con sustancias químicas tanto naturales como sintéticas conocidas como
disruptores endocrinos, que una vez incorporadas al organismo afectan el equilibrio hormonal.
Los mecanismos mediante los cuales estos compuestos químicos afectan la función endocrina
incluyen: 1) la simulación de la acción de la hormona, 2) la competencia por el receptor
hormonal, 3) la modificación de la síntesis de la hormona o 4) la alteración de la expresión del
receptor hormonal. Entre los ejemplos de disruptores endocrinos encontramos a los pesticidas
organoclorados como el diclorodifeniltricloroetano y sus metabolitos. En este trabajo se
describirán algunos de los principales mecanismos mediante los cuales estos pesticidas alteran
la biosíntesis de los esteroides en los ovarios o su mecanismo de acción.
Palabras clave: Esteroidogénesis, hormonas esteroides, pesticidas organoclorados, ovario.
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Abstract
Ovarian steroid production and subsequent steroid-mediated signaling controls a wide
range of homeostatic processes. In contrast, dysregulated steroidogenesis and/or steroid
signaling may cause systematic pathophysiological changes in the body. Endocrine disruptors
represent one class of environmental agent that can affect the endocrine system of an organism
in a wide variety of ways: 1) binding and activating the hormone receptor, 2) binding but not
activating the hormone receptor, 3) modifying the synthesis of natural hormones or 4) altering the
number of hormone receptors in a cell. Recognized examples of endocrine disruptors are the
organochlorine pesticides as is dichlorodiphenyltrichloroethane and its metabolites. This review
discusses ovarian steroidogenesis and steroids function and how these processes are affect by
organochlorine pesticides.
Keywords: Steroidogenesis, steroid hormones, organochlorine pesticides, ovary.
Introducción
Los ovarios son considerados los principales órganos reproductores femeninos ya que
son esenciales para el almacenamiento y liberación de los óvulos, así como la producción de las
principales hormonas sexuales femeninas. Desde el punto de vista funcional, los ovarios están
constituidos por dos capas: la corteza que contiene folículos diferenciados, folículos quiescentes
y ovocitos sometidos a procesos apoptóticos; y la médula, cuyas células se encargan de la
producción de andrógenos. Es importante mencionar que para llevar acabo sus funciones, el
ovario se integra en un proceso cíclico y repetitivo de maduración folicular, ovulación, formación
del cuerpo lúteo y finalmente la regresión de éste último, logrando con esto que se cumplan los
dos objetivos principales de la función ovárica: (1) la generación de un óvulo fertilizable y (2) la
preparación del endometrio para la implantación secuencial a través de la secreción cíclica de
hormonas esteroides como son los estrógenos y la progesterona [1,2].
Ciclo ovárico
La producción de hormonas esteroides a partir del ovario comprende una unidad
funcional constituida por el folículo, que desde su génesis está formado por una capa de células
de la granulosa que rodean al ovocito, y que se encuentran a su vez separadas del estroma
adyacente por una lámina basal. Este complejo denominado folículo primordial, sufre una serie
de cambios morfológicos durante el proceso de foliculogénesis hasta convertirse en un folículo
de De Graaf o dominante, en el que el ovocito ocupa una posición excéntrica rodeado de dos o
tres capas de células de la granulosa, dando lugar al cúmulo oóforo, el cual está unido al resto
de las células de la granulosa por uno de sus lados. Finalmente este complejo se encuentra
rodeado de dos capas de células epiteliales denominadas células de la teca interna y externa
(figura 1) [1-5].
Una vez conseguida la maduración total del folículo De Graaf, se produce su ruptura con
la subsiguiente liberación del óvulo, proceso conocido como ovulación. Tras este proceso, tanto
los capilares como los fibroblastos de la teca interna proliferan y penetran la lamina basal. Las
células de la granulosa experimentan cambios morfológicos, que en su conjunto determinan el
proceso de luteinización. Todas estas células de la granulosa transformadas, mas las células de
la teca y los vasos, se entremezclan para dar lugar al cuerpo lúteo [6-8].
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Es importante mencionar que durante este proceso de maduración el folículo es la
estructura encargada de sintetizar estrógenos, mientras que el cuerpo lúteo es el responsable de
la producción de progesterona [2].
Figura 1. Crecimiento y desarrollo del folículo
Esteroidogénesis ovárica
Las rutas bioquímicas para la síntesis de hormonas esteroides son similares en todos los
tejidos esteroidogénicos como los ovarios, los testículos y las glándulas suprarrenales [2]. De
manera general, las hormonas esteroides se sintetizan a partir del colesterol que deriva de
lipoproteínas de baja densidad (LDL) circulantes en sangre, o bien de ésteres de colesterol
almacenados en estos tejidos. El primer paso enzimático consiste en la conversión del colesterol
en pregnenolona por medio de la enzima mitocondrial P450scc, la cual elimina la cadena alifática
del colesterol como ácido hipocaproico. Esta reacción es considerada como el paso limitante en
el proceso biosintético y está controlado principalmente por la hormona luteinizante (LH) [9-12].
La pregnenolona formada ahora puede ser convertida en progesterona o en 17ahidroxipregnenolona por la acción del complejo enzimático 3-hidroxiesteroide deshidrogenasa y
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4,5
+
cetoesteroide isomerasa, el cual utiliza NAD como aceptor de electrones y cambia el doble
5
4
enlace de la posición a la posición [13].
En general la progesterona es secretada por las células, sin embargo ésta también
puede ser precursor para la síntesis de andrógenos y estrógenos, ya que puede ser convertida
en 17-hidroxiprogesterona por la enzima P450c17, la cual presenta actividad de 17-hidroxilasa
y 17,20 liasa [9,14,15].
Por otra parte, la P450c17 también convierte a la 17a-hidroxipregnenolona en
dehidroepiandrosterona (DHEA), la cual puede a su vez transformarse en androstenediona por la
4,5
acción del complejo enzimático 3-hidoxiesteroide deshidrogenasa y cetoesteroide
isomerasa. Cabe mencionar que esta es la principal vía de síntesis de andrógenos en el ovario y
que aunque se secretan principalmente como androstenediona, el ovario también es capaz de
liberar cantidades pequeñas de DHEA y testosterona [9, 13].
En lo que se refiere a la síntesis de estradiol, el estrógeno más activo producido en el
ovario, éste es elaborado a partir de los andrógenos por la enzima P450 aromatasa, la cual
primero hidroxila al grupo metilo en el carbono 19, para posteriormente oxidarlo e hidroxilarlo en
la posición 3 (figura 2) [9,16,17].
Figura 2. Biosíntesis de hormonas esteroides en el ovario. (1) P450scc, (2) P450c17
(17a-hidroxilasa), (3) P450c17 (17,20 liasa), (4) 17-hidroxiesteroide deshidrogenasa, 5)
4,5
3-hidroxiesteroide deshidrogenasa y cetoesteroide isomerasa, (6) P450 aromatasa,
(7) 5-reductasa.
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Es importante mencionar que debido a la expresión diferencial de las enzimas
esteroidogénicas en el ovario, la producción de estrógenos requiere de la interacción entre las
células de la teca y las células de la granulosa, ya que las primeras, con suficiente
vascularización y receptores para LDL, disponen de los sistemas enzimáticos capaces de
transformar la pregnenolona en andrógenos, pero en contraste no tienen las enzimas
aromatizantes para llegar a la biosíntesis del estradiol. Por su parte, las células de la granulosa
tienen poco acceso al colesterol-LDL, lo que disminuye su capacidad de biosintetizar
pregnenolona y progesterona. Sin embargo estas células son capaces de sintetizar cantidades
elevadas de estrógenos, siempre y cuando los andrógenos precursores les sean suministrados
por las células de la teca (Figura 3) [18].
Figura 3. Interacción entre las células de la teca y de la granulosa en la biosíntesis de
estrógenos.
Acciones fisiológicas de las hormonas esteroides
Estrógenos
Los estrógenos ejercen múltiples acciones tanto en órganos del sistema reproductivo
como en otros sistemas corporales. Por ejemplo, durante la pubertad estimulan el desarrollo de
los caracteres sexuales femeninos, induciendo el crecimiento mamario, la distribución
característica de la grasa corporal predominantemente alrededor de muslos y caderas y el
desarrollo de genitales internos y externos. Además, los estrógenos inducen la proliferación del
endometrio al estimular la mitosis del estrato basal y la angiogénesis del estrato funcional.
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También en el útero los estrógenos aumentan los receptores de oxitocina así como la producción
de moco cervical acuoso. En el ovario su efecto principal es el incremento de la mitosis en las
células de la granulosa; mientras que en la glándula mamaria los estrógenos estimulan el
crecimiento y diferenciación del epitelio ductal, inducen actividad mitótica de las células
cilíndricas ductales y estimulan el crecimiento del tejido conectivo. En lo que respecta al hígado,
los estrógenos modulan la expresión de genes de apoproteína y aumentan la síntesis del
receptor de lipoproteína, lo que resulta en una disminución de las concentraciones séricas de
colesterol total y colesterol de lipoproteína de baja densidad, pero provoca un aumento del
colesterol de lipoproteínas de alta densidad y triglicéridos. Por otra parte, los estrógenos regulan
la expresión hepática de genes relacionados con la fibrinólisis y la coagulación. En el sistema
nervioso central, los estrógenos ejerce efectos neuroprotectores y su disminución, vinculada con
la edad, se relaciona con declinación en la función cognitiva. En lo que respecta al hueso, los
efectos estrogénicos son antirresortivos, ya que promueven la maduración ósea y el cierre de
placas epifisarias en huesos largos; conservando la masa ósea al suprimir el recambio óseo y
manteniendo los índices equilibrados de formación y resorción óseas [19-23].
Progesterona
En general, la progesterona prepara el tracto reproductor para el inicio y mantenimiento
del embarazo. Las principales acciones fisiológicas de la progesterona están mediadas en el
útero y el ovario, donde estimula la liberación de ovocitos maduros, facilita la implantación del
blastocito y mantiene el embarazo al estimular el crecimiento y la diferenciación uterina, así
como por supresión de la contractilidad miometrial [24].
De manera particular, en el útero, la progesterona induce la diferenciación de las células
del estroma, estimula las secreciones glandulares a partir de las células endometriales, y modula
la proliferación cíclica durante el ciclo menstrual. Además, la progesterona desempeña un papel
importante en la preparación del endometrio para la implantación del huevo fertilizado, ya que
promueve la síntesis de enzimas responsables para la lisis de la zona pelúcida. También la
progesterona induce la quiescencia del miometrio al aumentar el potencial de membrana en
reposo y evitar el acoplamiento eléctrico entre células miometriales; además, disminuye la
captación del calcio extracelular requerido para la contracción de células miometriales mediante
la regulación a la baja de la expresión de genes que codifican subunidades de canales de calcio
dependientes de voltaje. La progesterona también evita las contracciones uterinas al bloquear la
capacidad del estradiol para inducir la expresión de los receptores a-adrenérgicos. Otro
mecanismo utilizado por la progesterona para inhibir las contracciones uterinas consiste en
disminuir la síntesis de prostaglandina y aumentar su índice de inactivación mediante la
estimulación de prostaglandina 15-deshidrogenasa. Asimismo, contrarresta los efectos
estimuladores del estrógeno en la expresión endometrial de la prostaglandina F2 en la fase lútea
del ciclo menstrual. Finalmente, la progesterona mantiene los niveles de relaxina, hormona que
inhibe la contracción espontánea del miometrio contribuyendo con esto a la desensibilización del
útero. Por otra parte, la progesterona estimula el desarrollo lóbulo-alveolar en la glándula
mamaria como preparación para la secreción de leche durante la lactancia, sin embargo esta
hormona contrarresta los efectos de la prolactina en las fases media y tardía del embarazo, para
suprimir la síntesis de la proteína láctea durante el embarazo. Cabe mencionar que el súbito
descenso de progesterona circulante que ocurre con el parto, se relaciona con aumento
concomitante de secreción de prolactina y con el inicio de la lactancia [24-27].
Es un hecho que las hormonas esteroideas juegan un papel fundamental en la
homeostasis de organismo humano femenino, es por eso que cualquier alteración en su
secreción o acciones pueden modificar este equilibrio y por lo tanto inducir cambios fisiológicos
que culminen con patologías tales como cáncer, osteoporosis, enfermedades cardiovasculares,
alteraciones del ciclo menstrual, infertilidad y pérdidas fetales recurrentes o abortos.
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Pesticidas organoclorados y la esteroidogénesis
El diclorodifeniltricloroetano o DDT es un insecticida organoclorado sintético cuyo uso
principal es el control del paludismo a través del exterminio de los mosquitos vectores. En
México su uso como plaguicida y control del paludismo fue indiscriminado entre los años de 1971
a 1993, período en el cual se utilizaron 226,000 toneladas de este insecticida. En el año de 1999
el gobierno mexicano decidió sustituir al DDT por otro plaguicida/insecticida de menor toxicidad
denominado deltametrina. Sin embargo, dada la estructura química del DDT y su vida media que
se ha calculado entre 5 a 30 años, la población mexicana tendrá una alta concentración
sistémica de este insecticida por un tiempo prolongado, por lo que este compuesto químico es
considerado como un problema toxicológico real en México [28-31].
El grado técnico del DDT en realidad es una mezcla de tres isómeros de DDT, el
principal es el p,p'-DDT (85%), mientras que los isómeros o,p'-DDT y o,o'-DDT se presentan en
cantidades mucho menores [28]. En los sistemas animales el DDT y sus isómeros se
transforman lentamente a 1,1-dicloro-2,2-bis (4-diclorodifenil)-eteno (DDE) y a 1,1-dicloro-2,2bis(4-clorofenil)-etano (DDD). Estos metabolitos, al igual que el compuesto original son capaces
de almacenarse en tejido adiposo, presentando características toxicológicas similares [28, 3033].
El DDT y sus metabolitos están considerados dentro del grupo de compuestos llamados
disruptores endocrinos, ya que por su estructura química son capaces de alterar la acción de las
hormonas esteroides como los estrógenos y progesterona. Los mecanismos mediante los cuales
estos compuestos afectan la función endocrina incluyen: 1) la simulación de la acción de la
hormona (agonista), 2) la competencia por el receptor hormonal (antagonista), 3) la modificación
de la síntesis de la hormona o 4) la alteración de la expresión del receptor hormonal [34].
En cuanto al efecto sobre la progesterona se ha demostrado que existen dos formas
principales de cómo el DDT afecta su función. La primera involucra la síntesis de la hormona
mientras que la segunda se relaciona con la función de la misma. En lo referente a la producción
de la progesterona, en estudios in vitro se observó que tanto el DDE como el DDT disminuyen la
síntesis de esta hormona tanto en células del cumulus como en una línea celular proveniente de
células de la granulosa. Asimismo, en este estudio se mostró que el mecanismo que opera en
dicha reducción es mediante la disminución en la concentración de AMPc y la expresión de la
enzima P450scc, la cual convierte al colesterol en pregnenolona como paso previo a la síntesis
de progesterona [35, 36]. En cuanto a la función de la hormona, se ha demostrado la unión de
los metabolitos o,p’-DDE y p,p’-DDE al receptor de progesterona (RP) en diversas especies
animales, incluyendo patos, gallinas, conejos [37], lagartos [38] y más recientemente ovocitos de
peces [39]. El hecho de que exista una unión entre los metabolitos del insecticida y el RP no
implica una funcionalidad, sin embargo, estudios realizados in vitro, han demostrado un efecto
antagonista. Por ejemplo, en sistemas in vitro con células humanas y levaduras, se observó que
el DDT y sus metabolitos disminuyen la expresión de genes que contienen los elementos de
respuesta a la progesterona [40, 41] (Tabla I).
En lo que respecta al estradiol, el DDT presenta efectos duales, ya que dependiendo del
isómero se pueden inducir efectos estrogénicos o anti-estrogénicos, es decir, el p,p-DDT
disminuye la síntesis de esta hormona, mientras que el o,p-DDT incrementa su producción en
co-cultivos de células de la granulosa y células de la teca provenientes de folículos obtenidos de
ganado porcino. En contraste, los isómeros de DDE solamente inducen un aumento en la
síntesis de estradiol en el mismo modelo experimental. El mecanismo molecular mediante el cual
el DDT y DDE incrementan la síntesis de estradiol es a través del aumento de la actividad de la
enzima P450aromatasa, la cual convierte a la testosterona en estradiol [42, 43]. Finalmente, en
lo que se refiere a la unión con el receptor de estrógenos, el DDT y DDE presentan una actividad
agonista, por lo que se consideran como xenoestrógenos (Tabla I) [43, 44].
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Tabla I. Efectos del DDT y sus metabolitos sobre la síntesis de estradiol y progesterona.
Metabolito
E2
P4
DDT
*
DDE
DDD
AMPc
P450scc
Aromatasa
E2, Estradiol; P4, Progesterona; * Depende del isómero
Consideraciones finales
Las dos últimas décadas han sido testigo de la creciente preocupación científica y el
debate público acerca de los efectos adversos potenciales que pueden resultar de la exposición
a un grupo de sustancias químicas que tienen la capacidad de alterar el funcionamiento normal
del sistema endocrino en la vida silvestre y seres humanos. Más aún, estos compuestos,
también llamados disruptores endocrinos, no sólo modulan al sistema endocrino, sino que
además afectan al sistema inmune, el desarrollo y el comportamiento de los individuos
expuestos, e igualmente tienen efectos sobre los tejidos reproductivos masculino y femenino, la
fertilidad, la función tiroidea y el sistema nervioso central. Entre los efectos potenciales de estas
sustancias cabe mencionar los siguientes: anomalías intrauterinas por daños del tejido fetal en
formación, cambios del fenotipo genital al nacer y diversas manifestaciones clínicas durante la
adolescencia; además, no pueden perderse de vista los efectos sobre las generaciones futuras.
Un ejemplo de estos disruptores endocrinos es el DDT, que fue utilizado ampliamente
durante los años 70’s, y que hoy en día comienza a reutilizarse a nivel mundial y nacional para el
control de la malaria. En relación a este pesticida, es importante mencionar que los estudios
sobre los efectos inducidos en seres humanos han generado, en general, resultados inconclusos
e inconsistentes y la información obtenida ha sido calificada de "débil". Esta calificación no
minimiza los efectos potenciales de este compuesto y sus metabolitos sino que pone de
relevancia la necesidad de efectuar estudios más rigurosos.
Más aún, los mecanismos de acción tóxica por los cuales este compuesto y sus
metabolitos interfieren con la función endocrina, específicamente con la esteroidogénesis
ovárica, es un área relativamente inexplorada, por lo tanto es necesario continuar o comenzar
con estudios encaminados a dilucidar el conocimiento detallado de dichos mecanismos para
poder evaluar correctamente los riesgos de la exposición al DDT y sus metabolitos.
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Semblanza del Dr. Fabián Arechavaleta-Velasco
El Dr. Fabián Arechavaleta-Velasco nació obtuvo su título de Químico
Farmacéutico Biólogo en la Facultad de Química, de la Universidad
Nacional Autónoma de México (UNAM). Los grados de Maestría y
Doctorado en Ciencias los obtuvo en la Facultad de Medicina de la
Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). En el 2000 fue
premiado con una beca Fogarty Internacional Center/National
Institutes of Health (NIH) para realizar una estancia postdoctoral en el
“Center for Research on Reproduction and Women's Health”,
University of Pennsylvania, Philadelphia, USA. Actualmente es
Investigador Asociado en la Unidad de Investigación en Medicina
Reproductiva, UMAE en Ginecología y Obstetricia del IMSS. Asimismo es Investigador Nacional
Nivel I. Además es profesor de asignatura de la materia de fisiología en la Facultad de Medicina
de la UNAM. Cuenta con 23 publicaciones en revistas indexadas, 1 capítulo de libro y 231 citas a
sus publicaciones. Entre sus reconocimientos, el Dr. Fabian Arechavaleta Velasco ha sido
distinguido con el premio “SGI President’s Presenter Award otorgado por la Society for
Gynecologic Investigation; Premio a la Tesis del Año en Nutrición 2002 otorgado por el Fomento
de Nutrición y Salud, A. C. y el Premio de Investigación sobre Defectos al Nacimiento otorgado
por el Grupo de Estudios del Nacimiento, A. C. La investigación en su laboratorio esta
encaminada a entender el efecto tóxico de los pesticidas sobre el trofoblasto humano y las
implicaciones de este daño en la salud materno-fetal. Por otra parte, en su laboratorio también se
realizan estudios de la asociación genética con patologías gineco-obstetricas tal como el parto
pretérmino y la vaginosis bacteriana.
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