O Fator de crescimento e diferenciação 9 (GDF9) é uma proteína que, em humanos, é codificada pelo gene GDF9.
Fatores de crescimento produzidos por células somáticas ovarianas influenciam diretamente o crescimento e a função dos ovócitos. O fator de crescimento e diferenciação 9 (GDF9) é expresso em ovócitos e acredita-se ser essencial para a foliculogênese ovariana. O GDF9 pertence à .
Fator de Crescimento e Diferenciação 9 (GDF9)
O fator de crescimento e diferenciação 9 (GDF9) é um fator de crescimento derivado do ovócito, pertencente à superfamília do fator de crescimento transformador β (TGF-β).Otsuka, F., McTavish, K. e Shimasaki, S. (2011). Integral role of GDF-9 and BMP-15 in ovarian function. Mol. Reprod. Dev., 78(1), pp.9-21 Ele é altamente expresso no ovócito e exerce uma influência crucial sobre as células somáticas circundantes, especialmente as células da granulosa, do cúmulo e da teca. As interações parácrinas entre o ovócito em desenvolvimento e as células foliculares ao seu redor são fundamentais para a progressão adequada do folículo e do ovócito.Castro, F., Cruz, M. e Leal, C. (2015). Role of Growth Differentiation Factor 9 and Bone Morphogenetic Protein 15 in Ovarian Function and Their Importance in Mammalian Female Fertility — A Review. Asian Australas. J. Anim. Sci, 29(8), pp.1065-1074 O GDF9 é indispensável para os processos de foliculogênese, oogênese e ovulação, desempenhando um papel central na fertilidade feminina.
Via de sinalização
O GDF9 atua por meio de dois receptores nas células que circundam o ovócito, ligando-se ao receptor de proteína morfogenética óssea tipo 2 (BMPRII) e, posteriormente, utilizando o receptor de TGF-β tipo 1 (ALK5).Gilchrist, R., Lane, M. e Thompson, J. (2008). Oocyte-secreted factors: regulators of cumulus cell function and oocyte quality. Human Reproduction Update, 14(2), pp.159-177 A ativação do receptor permite a fosforilação e ativação das proteínas SMAD. As proteínas SMAD são fatores de transcrição encontrados em vertebrados, insetos e nematoides, sendo os substratos intercelulares de todas as moléculas de TGF-β. Huang, Q., Cheung, A., Zhang, Y., Huang, H., Auersperg, N. e Leung, P. (2009). Effects of growth differentiation factor 9 on cell cycle regulators and ERK42/44 in human granulosa cell proliferation. AJP: Endocrinology and Metabolism, 296(6), pp.E1344-E1353 O GDF9 ativa especificamente as proteínas SMAD2 e SMAD3, que formam um complexo com a SMAD4, uma parceira comum de todas as proteínas SMAD, que então se desloca para o núcleo para regular a expressão gênica.
Papel na foliculogênese
Desenvolvimento folicular inicial
Em muitas espécies de mamíferos, o GDF9 é essencial para o desenvolvimento folicular inicial por meio de sua ação direta nas células da granulosa, promovendo proliferação e diferenciação. A deleção do gene GDF9 resulta em ovários menores, interrupção do desenvolvimento folicular no estágio de folículo primário e ausência de corpos lúteos.Dong, J., Albertini, D., Nishimori, K., Kumar, T., Lu, N. e Matzuk, M. (1996). Growth differentiation factor-9 is required during early ovarian folliculogenesis. Nature, 383(6600), pp.531-535 A capacidade proliferativa das células da granulosa é significativamente reduzida, limitando a formação de mais de uma camada de células da granulosa ao redor do ovócito em desenvolvimento. Qualquer formação de células somáticas após a camada primária é atípica e assimétrica. Normalmente, o folículo se tornaria atrésico e degeneraria, mas isso não ocorre, destacando a anormalidade dessas células de suporte. A deficiência de GDF9 também está associada à regulação positiva de inibinas. A expressão normal de GDF9 permite a regulação negativa de inibinas, promovendo a capacidade do folículo de progredir além do estágio primário.Elvin, J., Yan, C., Wang, P., Nishimori, K. e Matzuk, M. (1999). Molecular Characterization of the Follicle Defects in the Growth Differentiation Factor 9-Deficient Ovary. Molecular Endocrinology, 13(6), pp.1018-1034
A exposição in vitro de tecido ovariano de mamíferos ao GDF9 promove a progressão do folículo primário.Hreinsson, J., Scott, J., Rasmussen, C., Swahn, M., Hsueh, A. e Hovatta, O. (2002). Growth Differentiation Factor-9 Promotes the Growth, Development, and Survival of Human Ovarian Follicles in Organ Culture. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, 87(1), pp.316-321Nilsson, E. (2002). Growth and Differentiation Factor-9 Stimulates Progression of Early Primary but Not Primordial Rat Ovarian Follicle Development. Biology of Reproduction, 67(3), pp.1018-1024 O GDF9 estimula o crescimento de folículos pré-antrais, prevenindo a apoptose das células da granulosa.Orisaka, M., Orisaka, S., Jiang, J., Craig, J., Wang, Y., Kotsuji, F. e Tsang, B. (2006). Growth Differentiation Factor 9 Is Antiapoptotic during Follicular Development from Preantral to Early Antral Stage. Molecular Endocrinology, 20(10), pp.2456-2468 Isso pode ocorrer pelo aumento da expressão de receptores de hormônio folículo-estimulante (FSH) ou como resultado da sinalização pós-receptor.
Algumas raças de ovelhas apresentam uma gama de fenótipos de fertilidade devido a oito polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) na região codificante do GDF9.Hanrahan, J. (2003). Mutations in the Genes for Oocyte-Derived Growth Factors GDF9 and BMP15 Are Associated with Both Increased Ovulation Rate and Sterility in Cambridge and Belclare Sheep (Ovis aries). Biology of Reproduction, 70(4), pp.900-909 Um SNP no gene GDF9, resultando em uma mudança de aminoácido não conservativa, foi identificado, sendo que ovelhas homozigotas para esse SNP eram inférteis e não apresentavam crescimento folicular.Nicol, L., Bishop, S., Pong-Wong, R., Bendixen, C., Holm, L., Rhind, S. e McNeilly, A. (2009). Homozygosity for a single base-pair mutation in the oocyte-specific GDF9 gene results in sterility in Thoka sheep. Reproduction, 138(6), pp.921-933
Desenvolvimento folicular tardio
Característico das fases tardias do desenvolvimento folicular é o aparecimento das células do cúmulo.Elvin, J., Clark, A., Wang, P., Wolfman, N. e Matzuk, M. (1999). Paracrine Actions Of Growth Differentiation Factor-9 in the Mammalian Ovary. Molecular Endocrinology, 13(6), pp.1035-1048 O GDF9 promove a expansão das células do cúmulo, um processo característico do desenvolvimento folicular normal. O GDF9 induz a síntese de hialuronan synthase 2 (Has2) e suprime a síntese de mRNA do ativador de plasminogênio tipo uroquinase (uPA) nas células da granulosa. Isso permite a formação de uma matriz extracelular rica em ácido hialurônico, possibilitando a expansão das células do cúmulo.Zhao, H., Qin, Y., Kovanci, E., Simpson, J., Chen, Z. e Rajkovic, A. (2007). Analyses of GDF9 mutation in 100 Chinese women with premature ovarian failure. Fertility and Sterility, 88(5), pp.1474-1476 O silenciamento da expressão de GDF9 resulta na ausência de expansão das células do cúmulo, destacando o papel integral da sinalização de GDF9 na alteração das enzimas das células da granulosa e, consequentemente, na expansão das células do cúmulo nas fases tardias da foliculogênese.Gui, L. (2005). RNA Interference Evidence That Growth Differentiation Factor-9 Mediates Oocyte Regulation of Cumulus Expansion in Mice. Biology of Reproduction, 72(1), pp.195-199
Papel na oogênese e ovulação
Papel na oogênese
A ausência de GDF9 causa alterações fisiopatológicas no próprio ovócito, além de anormalidades foliculares graves. Os ovócitos atingem tamanho normal e formam uma zona pelúcida, embora os organelos se tornem agrupados e os grânulos corticais não se formem. Em ovócitos deficientes em GDF9, a capacidade meiótica é significativamente alterada, com menos da metade progredindo para metáfase 1 ou 2, e uma grande porcentagem de ovócitos apresenta ruptura anormal da vesícula germinativa. Como as células do cúmulo circundam o ovócito durante o desenvolvimento e permanecem com ele após a ovulação, a expressão de GDF9 nas células do cúmulo é importante para criar um microambiente ideal para o ovócito. O fenótipo alterado observado em ovócitos deficientes em GDF9 provavelmente resulta da falta de contribuição das células somáticas nas fases tardias da foliculogênese.
Papel na ovulação
O GDF9 é necessário pouco antes do pico de hormônio luteinizante (LH), um evento crucial para a ovulação. Antes do pico de LH, o GDF9 suporta a função metabólica das células do cúmulo, permitindo a glicólise e a biossíntese de colesterol.Sugiura, K., Pendola, F. e Eppig, J. (2005). Oocyte control of metabolic cooperativity between oocytes and companion granulosa cells: energy metabolism. Developmental Biology, 279(1), pp.20-30 O colesterol é um precursor de muitos hormônios esteroides essenciais, como a progesterona. Os níveis de progesterona aumentam significativamente após a ovulação para apoiar as fases iniciais da embriogênese. Em folículos pré-ovulatórios, o GDF9 promove a produção de progesterona por meio da estimulação da via de sinalização do receptor de prostaglandina EP2. Elvin, J., Yan, C. e Matzuk, M. (2000). Growth differentiation factor-9 stimulates progesterone synthesis in granulosa cells via a prostaglandin E2/EP2 receptor pathway. Proceedings of the National Academy of Sciences, 97(18), pp.10288-10293
Expressão alterada de GDF9 em humanos
Mutações no GDF9
Mutações no GDF9 estão presentes em mulheres com insuficiência ovariana prematura, além de mães de gêmeos dizigóticos.Yan, C., Wang, P., DeMayo, J., DeMayo, F., Elvin, J., Carino, C., Prasad, S., Skinner, S., Dunbar, B., Dube, J., Celeste, A. e Matzuk, M. (2001). Synergistic Roles of Bone Morphogenetic Protein 15 and Growth Differentiation Factor 9 in Ovarian Function. Molecular Endocrinology, 15(6), pp.854-866 Três mutações missense específicas no GDF9, GDF9 P103S, GDF9 P374L e GDF9 R454C, foram identificadas, embora a GDF9 P103S esteja presente tanto em mulheres com gêmeos dizigóticos quanto em mulheres com insuficiência ovariana prematura. Dado que a mesma mutação está associada a um fenótipo poliovulatório e à falha na ovulação, acredita-se que essas mutações alterem a taxa de ovulação, em vez de aumentá-la ou diminuí-la especificamente. A maioria dessas mutações está localizada na região pró do gene que codifica o GDF9, uma área essencial para a dimerização e, consequentemente, para a ativação da proteína codificada.Laissue, P. (2006). Mutations and sequence variants in GDF9 and BMP15 in patients with premature ovarian failure. European Journal of Endocrinology, 154(5), pp.739-744Shimasaki, S., Moore, R., Otsuka, F. e Erickson, G. (2004). The Bone Morphogenetic Protein System In Mammalian Reproduction. Endocrine Reviews, 25(1), pp.72-101
Relação com a síndrome dos ovários policísticos (SOP)