Periovulatory sex steroid tone controls transcription and function of the bovine uterus

O estabelecimento gestacional é determinado por interações entre o perfil endócrino e o trato reprodutivo materno. Eventos endócrinos são primariamente mediados pela ligação do hormônio a receptores específicos e subsequente transcrição de genes alvos. O endométrio bovino é um tecido dinâmico que passa por alterações espaço-temporais dirigidas pelos hormônios ovarianos, estradiol (E2) e progesterona (P4). A hipótese é que os efeitos combinados das concentrações plasmáticas de E2 e P4 à abundância tecidual de seus respectivos receptores estabelecem um “tônus de esteroides sexuais” que dirige funções do endométrio durante o período periovulatório em vacas. Os objetivos foram comparar diferentes tônus de esteroides na (1) expressão de receptores específicos e sua distribuição tecidual, (2) expressão de genes de resposta que regulam a função uterina, e (3) abundância e distribuição de mucina pelo epitélio, uma glicoproteína que indica pobre receptividade endometrial. Vacas Nelore (Bos indicus) foram farmacologicamente manipuladas para ovular um folículo pequeno (FP-CLP) ou grande (FG-CLG) e produzir, respectivamente, menores ou maiores concentrações plasmáticas de E2 no proestro e de P4 no diestro. O grupo FG-CLG representa um modelo de maior fertilidade. Tecido endometrial foi coletado através de biópsia transvaginal no dia zero (D0; FP-CLP, n=4; FG-CLG, n=5) e post mortem no D4 (n=8 por grupo; Experimento 1) ou D7 (FP-CLP, n=8; FG-CLG, n=9; Experimento 2) após indução da ovulação com GnRH. Para estudar a regulação endometrial dos receptores de esteroides, a abundância de transcritos para receptores nucleares e de membrana de esteroides foi mesurada por qPCR: receptor de estrógenos alpha (ESR1) e beta (ESR2), receptor de estrógeno acoplado a proteína G (GPER), receptor de P4 isoformas A (PGR1), B (PGR2) e C (PGR3), receptor de P4 componente de membrana 1 (PGRMC1) e 2 (PGRMC2). Genes previamente mostrados estarem envolvidos em vias de resposta ao E2 foram selecionados: GREB1, CCND1, WNT5a, FGF2 (proliferação), SERPINA14, LTF, NRIP1 (atividade secretória), MMP2 (remodelamento de matriz extracelular), AQP4 (transporte de água) e MUC1 (adesão celular). Os dados foram analisados por one-way ANOVA para efeito de tratamento. O tamanho do POF, subsequente CL, concentrações plasmáticas de E2 (D0) e P4 (D4 e D7) foram significativamente maiores no grupo FG-CLG. No D0, a abundância de mRNA para ESR1, PGR1, PGR2 e PGR3 foi significativamente maior no tecido endometrial de vacas do grupo FG-CLG. A abundância de transcritos envolvidos na proliferação e remodelamento de matriz extracelular sugeriu maior atividade proliferativa e remodelamento no endométrio do grupo FG-CLG no D0. No D4, a expressão de PGR1 e PGRMC2 foi menor no grupo FG-CLG. A abundância de mRNA para AQP4 foi maior no grupo FG-CLG e positivamente correlacionada com a concentração de E2 pré-ovulatório. No D7, a abundância de mRNA foi maior para ESR2, PGRMC1 e PGRMC2, e reduzida para PGR2 e PGR3 em vacas do grupo FG-CLG. Abundância de mRNA para OXTR e MUC1 foi menor neste grupo. Análise histológica de amostras endometriais revelaram que o sinal para mucinas anti-adesivas no epitélio do grupo FG-CLG foi consistentemente menor quando comparado ao grupo FP-CLP (33.3% vs. 62.0%) no D7. A menor expressão de mucinas transmembranas indica a condição receptiva do endométrio. Estes resultados confirmam que a complexa modulação da expressão dos receptores de esteroides pelo ambiente endócrino periovulatório altera a transcrição de genes alvos de maneira tempo-específica para regular a receptividade uterina ao embrião em desenvolvimentoEstablishment of pregnancy depends on a well-balanced interplay between the endocrine profiles and the maternal reproductive tract. Endocrine actions are primarily mediated by binding to specific receptors and subsequent transcription of responsive genes. The bovine endometrium is a dynamic tissue that undergoes spatiotemporal functional changes directed by ovarian hormones, estradiol (E2) and progesterone (P4). Hypothesis is that the combined effects of plasma concentrations of E2 and P4 and tissue abundance of their respective receptors establish a “sex steroid tone” that directs endometrial function during the periovulatory period in cattle. Therefore, the aims were to compare different sex steroid tones on (1) steroid receptors gene expression and protein distribution, (2) expression of steroid responsive genes that regulate uterine function and (3) abundance and distribution of epithelial mucin, a glycoprotein that indicates poor endometrial receptivity. Nelore (Bos indicus) cows were pharmacologically manipulated to ovulate small (SFSCL) or large (LFLCL) follicles. Consequently, LF-LCL group was associated with greater proestrus concentrations of E2 and diestrus concentrations of P4, which were previously associated with greater receptivity and fertility. Endometrial tissue was collected by transvaginal biopsy on day zero (D0; SF-SCL, n=4; LF-LCL, n=5), and post mortem on D4 (n=8 per group; Experiment 1) or D7 (SF-SCL, n=8; LF-LCL, n=9; Experiment 2) after GnRH-induced ovulation. To study the regulation of endometrial steroid receptors, abundance of the following transcripts for nuclear and membrane receptor for steroids was measure by qPCR: estrogen receptor alpha (ESR1) and beta (ESR2), G protein-coupled estrogen receptor (GPER), progesterone receptor isoforms A (PGR1), B (PGR2) and C (PGR3), progesterone receptor membrane component 1 (PGRMC1) and 2 (PGRMC2). A subset of genes previously shown to be involved with estrogen-dependent pathways was also studied: GREB1, CCND1, WNT5a, FGF2 (proliferation), SERPINA14, LTF, NRIP1 (secretory activity), MMP2 (extracellular matrix remodeling), AQP4 (aqueous transport) and MUC1 (cell-adhesion pathways). Data were analyzed by one-way ANOVA for the effect of treatment. The POF, subsequent CL size, plasmatic E2 (D0) and P4 concentrations (D4 and D7) were significantly greater in the LFLCL group. On D0, the abundance of mRNA for ESR1, PGR1, PGR2 and PGR3 genes was significantly up-regulated in the endometrial tissue from LFLCL cows compared to the SFSCL counterparts. Abundance of transcripts for growth-related and extracellular matrix remodeling-related genes suggested greater proliferative and remodeling activity on LF-LCL than SF-SCL endometrial tissue at D0. On D4, expression of PGR1 and PGRMC2 was down-regulated in the LFLCL group. The AQP4 mRNA abundance was greater in LF-LCL group and it was positively correlated with preovulatory E2 concentration. On D7, mRNA abundance was greater for ESR2, PGRMC1 and PGRMC2, while it was reduced for PGR2 and PGR3 in the LF-LCL cows. Abundance of mRNA for secretory activity-related genes was increased in LF-LCL group. Abundance of mRNA for OXTR and MUC1 was down-regulated in the LF-LCL group. Histology of endometrial samples revealed that the signal for anti-adhesive mucin at the LF-LCL epithelium was consistently lower than that of the SF-SCL tissue (33.3% vs. 62.0%) at D7. A down-regulated expression of the transmembrane mucin indicates a receptive condition of the endometrium. These results confirm that complex modulation of receptor expression by the periovulatory steroid milieu alters transcription of responsive genes in a time-specific manner to regulate uterine receptivity to the developing embry