Morphological analysis of leptin receptor neurons during sexual maturation in mice.

Humanos e camundongos deficientes tanto na produção da leptina quanto na expressão do seu receptor (LepR) são obesos, hiperfágicos e inférteis; o tratamento com reposição de leptina em indivíduos deficientes na produção desse hormônio garante que haja redução no peso corporal, seja retomada ciclicidade estral e a fertilidade. Ainda, o tratamento com leptina em fêmeas prépúberes normais acelera o início da puberdade, sugerindo que esse hormônio tem papel crucial no tempo de início da puberdade. Ao relacionarmos leptina e puberdade, uma informação interessante é que, neurônios que secretam hormônio liberador de gonadotrofinas (GnRH), localizados na área pré-óptica medial (MPO) não coexpressam o LepR. Além disso, embora poucos neurônios que expressam o RNAm que codifica o gene Kiss1 do núcleo arqueado sejam responsivos à leptina, a sinalização da leptina nesses neurônios só ocorre após a puberdade e, a inativação do LepR nesses neurônios não afeta a reprodução. Por esses motivos, acredita-se que a leptina atue de forma indireta no controle da reprodução. Além dos núcleos MPO e ARH, o núcleo pré-mamilar ventral (PMv), que apresenta uma parcela de neurônios que expressam o LepR, também está envolvido na regulação neuroendócrina da reprodução. Estudos anteriores demonstraram que alterações nos níveis circulantes de estrógeno alteram características biofísicas e morfológicas de neurônios que expressam o gene Kiss1. Embora a leptina seja fundamental na maturação sexual não sabemos se os neurônios que expressam o LepR são suscetíveis a essas alterações durante a maturação sexual. Portanto, o objetivo deste trabalho foi investigar se neurônios LepR presentes nos núcleos MPO, ARH e PMv sofrem alterações morfológicas durante a maturação sexual e mediante ausência de hormônios gonadais. Foram utilizados camundongos (fêmeas) LepR-Cre tdTomato, divididas em 4 grupos experimentais: pré-púberes, púberes, adultas e ovarectomizadas (OVX). A maturação sexual foi avaliada, para determinação do dia da abertura vaginal e primeiro estro. Nas idades específicas os encéfalos foram processados e coletados para posterior quantificação e aferição da área de superfície de neurônios LepR. Realizamos, também, imunoistoquímica de fluorescência para pSTAT3 para quantificar o percentual de neurônios responsivos à leptina. Os resultados obtidos demostraram que ocorreu um aumento no número de neurônios LepR no núcleo ARH com o avanço da idade. Porém, não houveram diferenças significativas quanto ao número de neurônios nos núcleos MPO e PMv. Também não observamos alterações na área de superfície nos núcleos analisados. Em relação a ativação de neurônios LepR via marcação de pSTAT3, o núcleo MPO apresentou uma diminuição no percentual de neurônios ativos quando comparamos os grupos pré-púberes com os grupos adulta e OVX. O oposto aconteceu no núcleo ARH onde obtivemos um aumento desse percentual com o avanço da idade. Em ambos os núcleos (MPO e ARH) o percentual de neurônios LepR ativados no grupo OVX foi estatisticamente semelhante ao grupo adulta, diferindo somente do grupo pré-púbere. O núcleo PMv não apresentou diferenças estatísticas entre os grupos analisados. Nossos dados sugerem que estrógeno e leptina podem interagir de formas distintas em diferentes regiões hipotalâmicas.Leptin or leptin receptor (LepR) deficient humans and mice are obese, hyperphagic and infertile; leptin replacement in leptin deficient subjects is capable of reducing body mass and restores estrous cyclicity and fertility. In addition, leptin accelerates the onset of puberty in normal female mice, suggesting that this hormone plays a critical role in the timing of puberty. Interestingly, the gonadotropin releasing hormone neurons, located at the medial pre-optic área (MPO) does not coexpress the LepR. Although few kisspeptin neurons in the arcuate nucleus (ARH; 15%) are responsive to leptin, leptin signaling in kisspeptin neurons arises only after pubertal development and leptin receptor inactivation in kisspeptin cells did not affect reproduction. Therefore, the effects of leptin on reproduction is believed to occur indirectly. In addition to ARH and MPO, the ventral premammillary nucleus (PMv) is also involved in the neuroendocrine regulation of reproduction and a fraction of PMv neurons coexpress LepR. Curiously, previous studies have shown that changing levels of estrogen alters the biophysical properties and morphology of hypothalamic neurons, such as expressing the ones expressing the Kiss1 gene. Although leptin has an important role on the puberty onset, it is not known whether LepR-expressing neurons are also susceptible to changes in their morphology during sexual maturation. Therefore, our goal was to investigate whether LepR-expressing neurons in the MPO, ARH and PMv nuclei are susceptible to cell morphology modifications throughout the sexual maturation and after manipulation of estrogen levels. LepR-Cre tdTomato mice (females) were divided into 4 experimental groups: prepubertal, pubertal, adult and ovarectomized (OVX). The sexual maturation was evaluated to determine the day of vaginal opening and first estrus. At specific ages the brains were processed and collected for further quantification and measurement of the surface area of LepR neurons. We also performed fluorescence immunohistochemistry for pSTAT3 to quantify the percentage of neurons responsive to leptin. The results showed that there is an increase in the number of LepR neurons in the ARH nucleus with advancing age. However, there were no significant differences in the number of neurons in the MPO and PMv nuclei. We also did not observe changes in the surface area in the nuclei analyzed. In relation to the activation of LepR neurons via pSTAT3 labeling, the MPO nucleus showed a decrease in the percentage of active neurons when comparing the prepubertal groups with the adult and OVX groups. The opposite happened in the ARH nucleus where we had an increase of this percentage with the advancement of the age. In both nuclei (MPO and ARH) the percentage of LepR neurons activated the OVX group was statistically similar to the adult group, differing only from the pre-pubertal group. The PMv nucleus did not present statistical differences between the analyzed groups. Our data suggest that estrogen and leptin may interact differently in different hypothalamic regions