Azione Molecolare E Cellulare Degli Ormoni Della Riproduzione

Classically, follicle-stimulating hormone receptor (FSHR) and luteinizing hormone (LH) receptor (LHCGR) -driven cAMP-mediated signaling boosts human ovarian follicle growth and oocyte maturation. However, contradicting in vitro data suggest a different view on physiological significance of FSHR-mediated cAMP signalling, showing at the same time the activation of steroidogenic and pro-apoptotic events. These signals can be impaired by estrogens inducing anti-apoptotic events via nuclear receptors and non-genomic action of a G protein-coupled estrogen receptor (GPER). The aim of the project is to better understand the role of estrogens/gonadotropins and their membrane receptors in regulating ovarian physiology and the selection of the dominant follicle. In this study it was demonstrated that GPER heteromerizes both with FSHR and LHCGR at the cell surface of HEK293 cells overexpressing the two receptors as well as human primary granulosa lutein cells (hGLC). FSHR/GPER heteromers reprogram cAMP/death signals into proliferative stimuli fundamental for sustaining oocyte survival. In human granulosa cells, survival signals are missing at high FSHR:GPER ratio, which negatively impacts follicle maturation and strongly correlates with preferential Gαs protein/cAMP-pathway coupling and FSH responsiveness of patients undergoing controlled ovarian stimulation. In contrast, FSHR/GPER heteromers triggered anti-apoptotic/proliferative FSH signaling delivered via the Gβγ dimer, whereas impairment of heteromer formation or GPER knockdown enhanced the FSH-dependent cell death and steroidogenesis. On the other hand, GPER/LHCGR complex does not affect the LH and hCG-induced cAMP production and do not compromise the activation of the cAMP/PKA pathway, as it is indicated by similar CREB and ERK1/2 phosphorylation and same progesterone production in hGLC treated with siRNA against GPER, and the mock-treated one. Interestingly, GPER displace the LHCGR/Gαq coupling and consequently impedes the intracellular Ca2+ release and IP1 accumulation in LHCGR-GPER co-expressing HEK293 cells upon LH and hCG treatment compared to LHCGR-expressing cells. Also, it was demonstrated that in presence of GPER the kinetic of FSHR internalization through early and late endosomes is reduced, suggesting its ability to blockade FSHR at the intracellular level and reduce FSHR recycling on cell membrane. Indeed, FSHR internalization is necessary for GPER to inhibit FSH-induced cAMP response. According to our results, estrogens are selectively involved in the regulation of pro- and anti-apoptotic signals and receptor internalization through FSHR/GPER complexes and in modulation of LHCGR-mediated signaling cascade. Our findings indicate how oocyte maturation depends on the capability of GPER to shape FSHR and LHCGR selective signals, indicating hormone receptor heteromers may be a marker of cell proliferation.

Classicamente, la segnalazione dipendente dall’attivazione del cAMP mediata dal recettore dell'ormone follicolo-stimolante (FSHR) e dal recettore dell'ormone luteinizzante (LH) (LHCGR) favorisce la crescita del follicolo ovarico umano e la maturazione degli ovociti. Tuttavia, esistono dati in vitro contraddittori che suggeriscono un diverso significato fisiologico della segnalazione di cAMP mediata da FSHR, mostrando allo stesso tempo l'attivazione di eventi steroidogenici e pro-apoptotici. Questi segnali possono essere alterati dagli estrogeni che inducono eventi anti-apoptotici attraverso i loro recettori nucleari e all'azione non genomica di un recettore degli estrogeni accoppiato a proteine G (GPER). Lo scopo del progetto è chiarire il ruolo degli estrogeni/gonadotropine e dei loro recettori di membrana nella regolazione della fisiologia ovarica e nella selezione del follicolo dominante. In questo studio è stato dimostrato che GPER forma dimeri sia con FSHR che con LHCGR sulla superficie cellulare di cellule HEK293 che sovraesprimono i due recettori e di cellule primarie della granulosa luteina umana (hGLC). Gli eteromeri FSHR/GPER riprogrammano i segnali del cAMP e di morte, in stimoli proliferativi fondamentali per sostenere la sopravvivenza degli ovociti. Nelle cellule della granulosa umana, i segnali di sopravvivenza mancano quando è presente un rapporto FSHR:GPER elevato, che influisce negativamente sulla maturazione del follicolo e si correla con l'accoppiamento preferenziale alla proteina Gαs, l’attivazione della via cAMP/PKA e la capacità di risposta ad FSH dei pazienti sottoposti a stimolazione ovarica controllata. Gli eteromeri FSHR/GPER, invece, mediano segnali anti-apoptotici e proliferativi dipendenti da FSH tramite il dimero Gβγ e la compromissione della formazione degli eteromeri o il knockdown GPER aumenta la morte cellulare e la steroidogenesi FSH-dipendenti. Al contrario, il complesso GPER/LHCGR non influenza la produzione di cAMP indotta da LH e hCG e non compromette l'attivazione della via cAMP/PKA. Ciò si evince dalla simile fosforilazione di CREB ed ERK1/2 e dalla stessa produzione di progesterone in hGLC trattate con siRNA contro GPER e quelle trattato con mock. È interessante notare che GPER riduce l’accoppiamento LHCGR/Gαq e di conseguenza impedisce il rilascio intracellulare di Ca2+ e l'accumulo di IP1, dopo stimolazione con LH e hCG, in cellule HEK293 che co-esprimono LHCGR e GPER rispetto alle cellule che esprimono solo LHCGR. Inoltre, è stato dimostrato che in presenza di GPER la cinetica dell'internalizzazione di FSHR attraverso endosomi precoci e tardivi è ridotta, suggerendo la sua capacità di bloccare FSHR a livello intracellulare e riducendo il riciclaggio di FSHR sulla membrana. Infatti, l'internalizzazione di FSHR è necessaria affinché GPER inibisca la risposta del cAMP indotta da FSH. Secondo i nostri risultati, gli estrogeni sono selettivamente coinvolti nella regolazione dei segnali pro e anti-apoptotici, nell'internalizzazione dei recettori attraverso i complessi FSHR/GPER e nella modulazione della cascata di segnali mediata da LHCGR. I nostri risultati indicano come la maturazione degli ovociti dipenda dalla capacità del GPER di modulare i segnali selettivi di FSHR e LHCGR, indicando che gli eteromeri dei recettori delle gonadotropine possono essere un marker della proliferazione cellulare.