Mecanismos nucleares de la respuesta al

estrés por transporte en bovinos, genes

involucrados a proliferación, apoptosis y

respuesta inmune.

Por: MVZ. Benito Avila Jaime. Posgrado Conjunto Agronomía-Veterinaria.

Introducción

En la actualidad la mayoría de los bovinos son transportados por lo menos una vez

en su vida (Schwartzkopof-Genswein, 2012). El transporte es considerado como uno de los

eventos más estresantes en la vida del ganado, y se ha propuesto como el más estresante

debido a la acumulación de estímulos adversos (Appleby et al 2008). El transporte de

ganado afecta enormemente el bienestar de los animales, ocasionando considerables

pérdidas económicas debido a varios factores que les

producen estrés y un impacto negativo en su salud

(Buckham, et al, 2008).

El estrés es un disturbio fisiológico que ha sido

impuesto por un estímulo adverso para el animal o una

situación que lo haga percibir que está en peligro o una

situación que sea físicamente demandante o una acumulación

de los factores anteriores, lo cual se define como estrés severo. Cuando el estrés es severo,

los mecanismos de regulación homeostáticos son sometidos a una enorme presión, el

comportamiento del animal se vuelve desorganizado y puede haber efectos patológicos. El

estrés se puede clasificar de acuerdo al factor que lo produce, que puede ser: un estímulo

que provoca la respuesta del estrés o el contexto en que el que ocurre el estrés (Neville,

2004).

La respuesta fisiológica de los animales a un estresor o varios puede llegar a tener

tres niveles. El primero es una respuesta inmediata por medio de la adrenalina, cuando el

animal recibe una amenaza real o cree que está amenazado, se estimula la liberación de

adrenalina por la médula adrenal, ésta induce la producción de glucosa a partir del

glucógeno del hígado para proveer una fuente de energía inmediata. Cannon (1914)

describió ésta primera respuesta, le dio el conocido nombre de „fight or flight response’,

menciona que “ocasiona un cese de la actividad del canal alimentario, un notable cambio

de la circulación desde los grandes vasos abdominales hacia los pulmones, corazón,

extremidades y sistema nervioso central”.

La segunda respuesta al estrés es llamada respuesta aguda al estrés, es un

mecanismo mediado por corticosteroides, la principal función de este mecanismo es

proveer glucosa desde el alimento o desde la proteína muscular, cualquiera de estos dos

niveles de estrés es capaz de ayudar al animal a sobrepasar alguna situación adversa, y si el

agente estresor es removido es un periodo corto de tiempo no se genera ningún efecto

patológico salvo el agotamiento de sus reservas de energía. Si el estresor continúa, la

respuesta sube a un tercer nivel: el estrés crónico. Este tercer nivel de estrés también es

mediado por el cortisol, pero, mientras que en la fase aguda sus efectos son potencialmente

beneficiosos, en la fase crónica se afecta negativamente el crecimiento, la reproducción y la

salud en general, debido a los efectos inmunosupresores, catabólicos sobre las proteínas y

las reservas de energía que producen los corticosteroides (Moberg y Mench , 2000).

Diagrama del estrés en los mamíferos, tomado de Animal Physiology(Hill 2004).

La clave para determinar cuando el estrés afecta el bienestar animal es el costo

biológico del estrés (Moberg y Mench, 2000). Cuando el costo biológico necesario para

adaptarse ante el estrés desvía recursos de otras funciones biológicas, tales como mantener

la función del sistema inmune, la reproducción o el crecimiento el estrés produce un

agotamiento fisiológico, que se puede llamar también estrés severo. Durante el estrés

severo, este deterioro de las funciones sitúa al animal en un estado pre patológico que lo

hace vulnerable a diversas enfermedades, en el transporte la más importante sería la fiebre

de embarque (Duff et al., 2006). Conforme aumenta el estrés las reservas se van

consumiendo, y el tiempo de recuperación de las mismas aumenta.

En este esquema hipotético se muestra cómo afecta el estrés a las funciones del

animal, se ejemplifica que el estrés si no es muy fuerte va a desgastar las reservas

biológicas del mismo, pero no va a afectar las funciones normales ni el metabolismo

basal y el tiempo de recuperación es relativamente corto (Moberg,1999).

En este esquema hipotético se muestra cómo si el estrés es severo, consumirá

las reservas del animal y afectará las funciones normales del mismo y el tiempo de

recuperación será más prolongado (Moberg, 1999).

Cortisol

En el cerebro existen varias áreas que participan en la organización de respuestas a

estímulos adversos o amenazadores, las neuronas en el hipotálamo (la principal área del

cerebro relacionada con la respuesta al estrés) son sensitivas a estímulos internos y

externos, el hipotálamo responde liberando el Factor liberador de Corticotropina hacia la

hipófisis anterior y produce la liberación de ACTH u hormona corticotrópica, que a su vez

viaja por el torrente sanguíneo hasta la corteza adrenal donde estimula la producción de

cortisol (Appleby et al 2008).

La hormona liberadora de corticotropina (CRH) es un péptido sintetizado por

neuronas parvocelulares en el núcleo paraventricular del hipotálamo (Pineda, et al 2003).

Estas neuronas parvocelulares acumulan la CRH en gránulos secretores y la liberan cuando

reciben un estímulo. La regulación de la transcripción de CRH depende cAMP/Proteina-

kinasa A, provocando el reclutamiento del elemento de respuesta cAMP-fosforilado-

proteína de unión (pCREB) por un elemento de respuesta cAMP (CRE) localizado en la

posición -230 en el promotor de CRH, el CRE es esencial para la regulación cAMP-

dependiente de la transcripción del CRH, estudios recientes han demostrado que un factor

denominado Transductor de la actividad regulada de CREB (TORC) es esencial para la

activación de la transcripción del CRH (Liu, et al 2011).

Esta CRH es enviada hacia la adenohipófisis através del portal hipofisial, donde se

une a receptores en la membrana celular de las corticotropas hipofisiales en la pars distalis.

El complejo receptor de CRH activa la adenil ciclasa en las células corticotropas y en

cuestión de segundos se produce un incremento en el cAMP el cual estimula la liberación

de la hormona adrenocorticotropina (ACTH) en la sangre (Pineda et al 2003).

La ACTH es un péptido de 39 aminoácidos derivado de un precursor llamado

propiomelanocortina, esta viaja por el torrente sanguíneo hasta los corticocitos de la

glándula adrenal, donde provoca un incremento en la talla de las mitocondrias, el retículo

endoplásmico liso y el núcleo (Pineda et al 2003). La hipertrofia y los efectos de la ACTH

en la esteroidogénesis está mediada por el “insulin-like growth factor” (Pineda et al 2003).

La adquisición de lipoproteínas por las células adrenales, y su conversión a colesterol es

estimulado por la ACTH, estas acciones son mediadas por receptores de alta afinidad en la

membrana plasmática de éstas células, por medio de la activación de adenilato ciclasa,

acumulación de cAMP, incremento de la actividad de la proteína kinasa y la fosforilación

de proteínas reguladoras (Pineda et al 2003).

Efectos de la hormona adrenocorticotrópica sobre los corticocitos, tomada de

Veterinary Endocrinology and Reproduction (Pineda et al 2003).

En la biosíntesis del cortisol, que empieza con el colesterol, las enzimas necesarias

se encuentran en la mitocondria y el retículo endoplásmico liso, (Pineda et al 2003).

Vías y componentes intracelulares envueltos en la biosíntesis de cortisol y

aldosterona (LDL= Low density lipoprotein; R=receptor) Tomado de Veterinary

Endocrinology and Reproduction (Pineda et al 2003).

El cortisol es entonces secretado al torrente sanguíneo, sus efectos en los tejidos

diana pueden ser detectados alrededor de una hora después de que se inició la respuesta al

estrés (Hill, 2004).

Efectos del cortisol en el sistema inmune

El cortisol es usado por su actividad de supresión de la inflamación en

enfermedades inflamatorias crónicas como el asma, la artritis reumatoide, etc., la actividad

inmunodepresora del cortisol está bien estudiada (Stites 1983). El cortisol se une a los

receptores de glucocorticoide de las células diana, el cual se dimeriza y se transloca hacia el

núcleo, donde se une a los elementos de respuesta de glucocorticoides (GRE) a genes

sensibles a glucocorticoides resultando en un incremento en la transcripción de proteínas

antiinflamatorias incluyendo lipocortina-1, interleucina-10, receptor antagonista de

interleucina-1, endopeptidasa, por mencionar algunos. Pero el efecto más relevante del

cortisol es la inhibición de la expresión de genes relacionados con el proceso inflamatorio

(citocinas, enzimas, receptores y moléculas de adhesión), esto se debe a la interacción

inhibitoria directa entre los receptores activados para glucocorticoides y los factores de

transcripción activados tales como el factor nuclear ƘB y el activador de proteína-1, los

cuales regulan la expresión de genes inflamatorios (Barnes 1998).

Acción del cortisol en los genes:

Incrementa transcripción en:

Lipocortina-1

Adrenorreceptor b2

Proteína inhibidora de leucocitos

Proteína célula clara

Receptor antagonista de IL-1

Receptor señuelo IL-1R2

LkB-a

Inhibe transcripción en:

Citocinas (IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, L-6, IL-11, IL-12, IL-13, TNF-α, GM-CSF,

inhibidor de células madre).

Quimocinas (IL-8, RANTES, MIP-1ª, MCP-1, MCP-3, MCP-4, eotaxina)

iNOS

COX-2

PLA2 citoplásmico

Endotelina-1

Receptores NK1 y NK2

Moléculas de adhesión (ICAM-1, E-selectina)

Modelo clásico de la acción del cortisol (Tomado de Barnes 1998).

Es reconocido que el cortisol cambia la estructura de la cromatina interactuando con

la proteína de unión CREB, la cual actúa como coactivador de la transcripción, uniendo

otros factores de transcripción que compiten por los sitios de unión en esta molécula, el

incremento en la transcripción está asociado con el desarrollo de una apertura en el ADN

alrededor de la histona y la acetilación de los residuos de la histona por la acción

enzimática del CBP, además el cortisol puede provocar la desacetilación de la histona

resultando en un ADN más apretado y reduciendo el acceso a los factores de transcripción a

sus sitios de unión, por lo tanto suprimiendo la expresión de los genes (Barnes 1998).

Efecto del cortisol en la cromatina (Tomado de Barnes 1998).

Otros efectos del cortisol.

El cortisol tiene un efecto gluconeogénico utilizando el receptor de glucocorticoides

(GR) incrementando la traducción del gen de la tirosin aminotransferasa (TAT) y el gen de

la fosfoenolpiruvato-carboxiquinasa (PEPCK), esto en los hepatocitos (Newton 2000),

también como parte de su efecto proteolítico aumenta la concentración de aminoácidos en

plasma que podrían entrar a la ruta gluconeogénica (Simmons 1984).

El cortisol además induce la proliferación de eritroblastos promoviendo la

eritropoyesis ( Zager 1986); también se ha demostrado que el cortisol tiene una función en

el metabolismo del hueso disminuyendo la producción de osteocalcina por los osteoblastos

(Kapersen 1991).

También se conoce que esta hormona tiene un efecto proteolítico (en casi todas las

células excepto en las hepáticas), en la administración experimental se ha observado un

incremento del nitrógeno uréico en plasma, un aumento en los aminoácidos libres en

plasma y un incremento de la actividad de la dipeptidasa muscular, asimismo un

incremento en la concentración plasmática de alanina como resultado de la proteólisis

(Simmons 1984).

Estructura del receptor de glucocorticoides. (A) Representación linear del receptor de

glucocorticoides que esta compuesto por 777 aminoácidos mostrando sus dominios

principales. DBD=dominio de unión a ADN, LBD=dominio de unión a ligando, τ1 y

τ2= los dos dominios de activación, NT=aminoterminal, CT= terminal carboxilo. (B)

Aumento de una porción del DBD mostrando la secuencia de aminoácidos y los dos

dedos de zinc ( Tomado de Newton 2000).

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