Diferenciación y desarrollo sexual dimorfo del sistema reproductor

En los mamíferos la determinación del sexo es genética y la establece los cromosomas específicos que se heredan de los padres en la fertilización (mujer: 46, XX; hombre: 46, XY). Por tanto, la dotación cromosómica sexual es dimorfa (XX o XY). El proceso de diferenciación sexual tiene un principio básico: la presencia del cromosoma Y es esencial para dirigir la diferenciación de las gónadas indiferenciadas y bipotenciales hacia testículo y, a partir del funcionamiento de éste mediante la producción de andrógenos, la masculinización del sistema reproductor interno, los genitales externos y todos los tejidos incluido el Sistema Nervioso. En ausencia de cromosoma Y la gónada indiferenciada se diferencia a ovario y se produce la feminización corporal.

Si se considera el proceso globalmente, éste consiste en diferenciar órganos embrionarios indiferenciados y potencialmente bisexuales en la dirección fenotípica de macho o de hembra.

Para comprender el proceso de diferenciación también es necesario conocer la función del cromosoma X. En este cromosoma se encuentra el gen para la producción de los receptores de andrógenos que van a dirigir la diferenciación hacia macho.

La hembra contiene dos cromosomas X, uno procedente del padre y el otro de la madre. Como quiera que se precise una compensación de dosis que equilibre los niveles de expresión génica entre el cromosoma X y los autosomas y para conseguir una expresión génica similar entre los sexos, existen mecanismos regulatorios para inhibir en las hembras por completo, o en parte, el segundo cromosoma X.

Entonces, ¿se inhibe en la hembra el cromosoma X procedente del padre o de la madre? Por lo que se sabe la inhibición ocurre al azar entre estos dos cromosomas X. Por tanto, las hembras presentan mosaicismo con respecto al cromosoma X, en unas células el cromosoma X activo es el procedente de la madre y en otras el procedente del padre. El mosaicismo del cromosoma X en la hembra es otro aspecto dimorfo que las diferencia de los machos y que tiene consecuencia como se estudiará más adelante.

1. La diferenciación del testículo y el ovario

La determinación del sexo se debe a la diferenciación de la gónada indiferenciada del embrión en testículo u ovario. Un único gen, el gen determinante del testículo (SRY/Sry) identificado en el cromosoma Y dispara este proceso. El cromosoma Y es el más pequeño del genoma humano y sólo contiene un 2-3% del total del genoma.

Los primeros indicios de que el cromosoma Y regula la determinación del testículo proceden de la observación de que individuos XY y XXY (síndrome de Klinefelter) desarrollan testículos mientras que individuos XX y X0 (síndrome de Turner) desarrollan ovarios. Posteriormente, se comprobó que ratones XX con una porción del cromosoma Y adherida al cromosoma X presentaban un fenotipo masculino y, finalmente, Sinclair y cols (1990) identificaron un gen responsable de la determinación testicular en humanos que se denominó gen SRY (Sex-Determining Region del cromosoma Y). El gen SRY se sitúa en el brazo corto del cromosoma Y, y lo compone un único exón que codifica una proteína de 204 aminoácidos que regula la expresión genética. Por medio de este gen la gónada indiferenciada y bipotencial se diferencia hacia testículo.

Durante la embriogénesis el gen SRY inicia una cascada de acontecimientos moleculares que comienza por estimular la expresión del gen SOX9. Este gen es clave para que las células de soporte de la gónada indiferenciada se diferencien en células de Sertoli que, a su vez, dirigen la formación del testículo. Si esto no ocurriera, las células de soporte se diferenciarían en células granulosas propias del ovario (Sekido y Lovel-Badge, 2013).

El proceso de la formación del testículo se conoce en casi todos sus pasos (Kashimada y Koopman, 2010).

En el embrión de diez días se observan a los dos lados de la línea media del tronco unas estructuras que se denominan crestas o pliegues genitales. Estas crestas son idénticas morfológica y fisiológicamente en machos y hembras y contienen las células precursoras de las células de Sertoli. Estas células, una vez diferenciadas, se sitúan en los túbulos seminíferos y facilitarán soporte estructural y metabólico a la formación de espermatozoides. Además, las células de Sertoli estimularán:

  1. la diferenciación del las células de Leydig, que son las productoras de andrógenos, especialmente la testosterona, que masculinizará el resto del cuerpo;
  2. la formación de los túbulos seminíferos y
  3. la formación de la red vascular específica del testículo.

En el ratón, la expresión del gen Sry se produce entre los días 10.5 y 12 del desarrollo embrionario. La actividad SRY regula al alza el gen Sox9 y otros genes de las células precursoras que producirán la diferenciación de las células de Sertoli. La expresión del gen Sry se produce durante unas pocas horas. Esto quiere decir que la determinación del testículo tiene lugar durante una ventana de tiempo fuera de la cual no es posible que el gen ejerza su función. A estas ventanas que ocurren con frecuencia durante el desarrollo de muchos órganos, y también el cerebro, se las denomina periodos críticos o de máxima susceptibilidad. Otra función muy importante de las células de Sertoli es frenar la vía de la diferenciación de la gónada indiferenciada hacia ovario (Kashimada y Koopman, 2010).

El ovario tiene dos funciones principales, la producción de hormonas esteroideas sexuales (estrógenos) y la generación de oocitos maduros. Todavía no se conocen con precisión los mecanismos genéticos de la diferenciación sexual del ovario en la hembra como los que se han descrito del testículo. Inicialmente se pensó que el ovario se diferenciaba de forma pasiva. La ausencia del gen Sry conduciría a la formación «espontánea» o por defecto del ovario. Esta explicación presenta una parsimonia muy atractiva, pues explicaría con un solo mecanismo la diferenciación sexual tanto del testículo como del ovario. La presencia o ausencia de un gen (Sry) sería capaz de explicar la determinación del sexo (Kashimada y Koopman, 2010).

En la hembra todavía no se ha encontrado un gen para el ovario con funciones similares al Sry del macho con respecto al testículo. No obstante, se acepta que, además de la ausencia del gen Sry, el ovario se diferencia activamente y se baraja la hipótesis de que la función diferenciadora del ovario depende de un grupo de genes. Esta idea se apoya en dos hechos. En primer lugar, la expresión genética de la gónada indiferenciada hacia el periodo crítico es sexualmente dimorfa. Además, los programas genéticos del desarrollo sexual del macho y la hembra están estrechamente relacionados y se inhiben mutuamente en algunos puntos para permitir la diferenciación de un sexo o el otro.

En la hembra, la ausencia del gen Sry induce el inicio de una cascada de genes activadores y represores (Tevosian, 2013). En primer lugar se produce la activación de la expresión del gen Wnt4 y la represión del gen Dkk1 que codifica una proteína inhibidora del gen Wnt4. El gen Wnt4 activa la vía del gen de la G-catenina en las células somáticas del ovario. Este último gen activa a su vez dos genes Foxl2 y Fst. El primero inhibe al Sox9 y, por tanto, que la gónada indiferenciada se transforme en testículo y, el segundo, facilita la diferenciación del ovario.

Durante la formación del testículo y del ovario, al tiempo que se activan unas cadenas de genes activadores se activan genes represores que impiden que se forme el ovario en individuos XY o el testículo en individuos XX. El gen Sox9 inhibe los genes Wnt4, G-catenina y Foxl2 para la formación del ovario mientras que todos estos genes inhiben al gen Sox9. Esta función inhibidora se prolonga a lo largo de la vida, es decir que la identidad del testículo y el ovario se debe a una represión permanente de la expresión del otro a través de todos estos genes represores. Por ejemplo, la deleción del gen Foxl2 en los folículos del ovario adulto conduce a una regulación al alza del gen Sox9 y a la transdiferenciación de las células granulosas del ovario en células de Sertoli y a la aparición de una estructura testicular y funcional propia de testículo en el ovario. También las células del testículo se pueden reprogramar en la edad adulta. La falta del gen Dmrt1 en las células de Sertoli activa al gen Foxl2 y las transforma en células de la granulosa del ovario (McClelland y col., 2012).

La idea de que la gónada no sólo se diferencia hacia macho o hembra sino que mantiene la inhibición de la expresión de la gónada del otro sexo durante la vida adulta es un concepto que también es aplicable al cerebro y la conducta sexual como se verá más adelante. La diferenciación sexual a partir de una bipotencialidad inicial consiste en la diferenciación de un sexo a la par que se inhibe la expresión del otro sexo de forma permanente.

2. Diferenciación de los órganos sexuales internos

A continuación de la formación de la gónada masculina o femenina se diferencian los órganos sexuales internos. También estos órganos son potencialmente bisexuales en el embrión. Los órganos sexuales internos derivan de dos sistemas de conductos embrionarios: los conductos mesonéfricos de Wolf y los paramesonéfricos de Müller. Antes de la diferenciación de la gónada, tanto los embriones XX como los XY tienen ambos tipos de conductos que, en la especie humana, son ya patentes desde el día 25 de vida. En el varón, de los conductos de Wolf derivarán el epidídimo, el conducto deferente, las vesículas seminales y el conducto eyaculador. Por su parte, en la mujer, el útero, las trompas de Falopio y la región superior de la vagina se forman a partir de los conductos de Müller (Carlson, 2014).

¿Cómo se consigue la diferenciación sexual masculina y femenina de los órganos sexuales internos? Jost, a mediados del siglo pasado, realizó una serie de experimentos castrando embriones macho de conejo antes de que el testículo empezase a secretar testosterona y observó que se producía una regresión de los conductos de Wolf mientras que a partir de los conductos de Müller se diferenciaban el útero y las trompas de Falopio. En consecuencia, la diferenciación de los órganos sexuales femeninos se produce más por la ausencia de testículos que por la acción de los ovarios. En ausencia de la testosterona producida por el testículo los conductos de Wolf sufren regresión en la hembra (revisado por Jost, 1972).

Esto condujo a la idea de que la hembra se diferencia «espontáneamente». También se pensó que el ovario se diferenciaba «espontáneamente» de la gónada indiferenciada y bipotencial en ausencia del cromosoma Y o del gen Sry y vimos que también en la hembra, al igual que el macho, se pone en marcha una cadena de genes para formar el ovario. En los conductos de Müller el gen Wnt7 participa en el mantenimiento de la expresión de una secuencia de genes Hox, como también sucede en el aparato reproductor masculino. La expresión de estos genes es importante para la formación del sistema reproductor interno femenino. Así, en ausencia del gen Hoxa-10 los dos tercios internos del útero se transforman en trompa de Falopio (Carlson, 2014).

En el macho, la masculinización de los órganos genitales internos durante el desarrollo embrionario depende de hormonas secretadas por el testículo. La testosterona secretada por las células de Leydig, a partir de la 8ª semana de gestación, induce la diferenciación de los conductos mesonéfricos de Wolf en epidídimo, vasos deferentes y vesículas seminales mientras que la hormona anti-Mülleriana (HAM), que es una glicoproteína producida por las células de Sertoli, induce la regresión de los conductos paramesonéfricos de Müller.

3. Diferenciación de los genitales externos

Los conductos de Wolf y Müller están relacionados desde el inicio con el seno urogenital y tejidos anexos.

Los genitales externos del macho y la hembra también se diferencian a partir de un tejido embrionario bipotencial. Este tejido es similar en los dos sexos hacia la 9ª semana y termina de diferenciarse por completo al final del primer trimestre de la gestación.

En el estadio indiferenciado, en el polo caudal externo del embrión se observan tres estructuras: el tubérculo genital, un par de protuberancias (o montículos labioescrotales) y el pliegue cloacal. El estadio indiferenciado permanece hasta que la cloaca se divide en el seno urogenital y el ano (Sajjad, 2010).

La diferenciación de los genitales del macho se debe a la dihidrotestosterona (DHT) que se forma a partir de la testosterona producida por el testículo gracias a la enzima 5F-reductasa. En el macho el tubérculo genital se alarga formando el pene y los pliegues urogenitales se cierran formando la uretra. El hombre muestra genitales externos claramente masculinizados hacia la semana 14 de la gestación. No obstante el desarrollo del falo continúa y falta que desciendan los testículos al escroto, un proceso que se completa entre las semanas 25-35 de vida fetal. En el macho a partir del seno urogenital también se forman la próstata y las glándulas bulbo uretrales.

En el feto femenino, la diferenciación de los genitales externos la promueve la ausencia de andrógenos y la presencia de estrógenos en la circulación de la madre.

La parte distal de los conductos de Müller contactan con el seno urogenital para formar el tercio más externo de la vagina. En ausencia de testosterona, los pliegues urogenitales no se cierran y forman los labios menores mientras que las protuberancias labio-escrotales formarán los labios mayores. El clítoris se forma a partir del tubérculo genital (Sajjad, 2010).

A partir de una dotación cromosómica dimorfa (XX o XY) se ponen en marcha una cadena de acontecimientos genéticos y hormonales que diferencian a tejidos sexualmente bipotenciales (gónadas, sistema reproductor interno y genitales externos) en los propios del macho o de la hembra. Como se ha visto, la bipotencialidad sexual es la característica más importante de todo este proceso. Además, la diferenciación sexual no solo se produce en el sistema reproductor si no que se extiende a todos los tejidos del organismo.

En la especie humana, todo el proceso de diferenciación ocurre a lo largo de la gestación. Comienza en los primeros días de la vida embrionaria y hacia el final del primer trimestre ha concluido.

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