Reproducción y cerebro. I. Bases morfofuncionales del control cerebral: avances y dilemas

For many years, the control of reproduction has been considered a brin function, being the hypothalamus the CNS region directly involved. The main neurons described in recent years related to reproduction are the secretory neurons of GnRH, GnIH and Kisspeptine (gonadotropin-releasing hormone; the gonadotropin-inhibitory hormone and by the peptide Kisspeptine- GnRH regulatory neurons), but it is still unknown whether other pituitary gonadotropin regulatory peptides exist as well as other neurons (or peptides) that produce regulatory factors for these neurons. It is known that these neurons are formed by subsets that can secrete other substances and/or be regulated in different ways. The great variability of the synaptic connections and the secretion of neuropeptides seem to indicate that it is necessary to know the specific "functional modality" (or specific picture of a situation in an individual of a species) rather than the cells involved in a process. The complex interrelationship of the morphofunctional subtypes of secretory and non-secreting neurons of the different nuclei or areas of the hypothalamus related to reproduction raises doubts about the therapeutic performance. Possible pharmacological and non-pharmacological treatments, specifically stimulating some neuronal types, may have important side effects by disregarding collateral connections to other systems or by ignoring the existence of neurons of a subtype in other functional "axes" of the hypothalamusDesde hace muchos años se considera que el control de la reproducción radica en el cerebro y que el hipotálamo es la región del SNC directamente implicada en esta función. Clásicamente se había descrito un eje hipotálamo-hipofisario-gonadal encargado de controlar la función reproductora. Los avances de los últimos años confirman este concepto, pero se está demostrando que existe una mayor dependencia del eje al estar íntimamente conectado con el resto del SNC, con otros ejes reguladores hipotalámicos (energía y metabolismo, medio líquido interno, control simpático y parasimpático, estrés, hormonas, etc) y con el resto del organismo. Se reciben, además, de manera directa o indirecta, informaciones nerviosas y moleculares del medio interno y de situaciones del medio externo con mayor amplitud y selectividad que lo anteriormente descrito. Las amplias interconexiones que cada vez se van poniendo más de manifiesto (entre los núcleos y neuronas no secretoras y secretoras del hipotálamo; entre éstas neuronas y las extrahipotalámicas; y entre los ejes funcionales descritos), hacen cada vez más difícil describir con exactitud la base morfofuncional de cada individuo de cada especie en cada situación (sexo, edad, estadio del ciclo reproductivo, condiciones externas y externas), máxime cuando existen enormes capacidades de adaptación de las células y los sistemas funcionales.Las neuronas descritas en los últimos años relacionadas con la reproducción son las neuronas secretoras de GnRH, GnIH y Kisspeptina (neuronas productoras de la hormona liberadora de gonadotropina, la hormona inhibidora de las neuronas GnRH y las neuronas reguladoras de GnRH mediante el péptido Kisspeptina), pero todavía se desconoce si existen otros péptidos reguladores de las gonadotropinas hipofisarias así como de otras neuronas (o péptidos) que producen factores controladores de estas neuronas. Sí se sabe que estas neuronas están formadas por  subconjuntos que pueden secretar otras substancias y/o ser reguladas de diferente manera. La gran variabilidad de las conexiones sinápticas y la secreción de neuropéptidos parece indicar que es necesario conocer la “modalidad funcional” específica (o cuadro éspecífico de una situación en un individuo de una especie) más que las células intervinientes en un proceso. La compleja interrelación de los subtipos morfofuncionales de las neuronas secretoras y no secretoras de los diferentes núcleos o áreas del hipotálamo relacionadas con la reproducción plantea dudas sobre la actuación terapéutica. Posibles tratamientos farmacológicos y no farmacológicos, estimulando “específicamente” algunos tipos neuronales, pueden tener consecuencias adversas al desestimar conexiones colaterales a otros sistemas o desconocer la existencia de neuronas de un subtipo en otras “vías” o “ejes” funcionales del hipotálamo, con lo que se podrían inducir fenómenos secundarios  de gran transcendencia. Por otro lado, no se debe olvidar que aunque el hipotálamo es el regulador básico de la reproducción en mamíferos, no todas las especies tienen un control similar (hay especies dependientes de ritmos circanuales y otras no; las estructuras morfofuncionales pueden ser las mismas, pero sus funciones específicas en cada especie pueden ser diferentes) debido a su especialización en cada especie) y no se pueden extrapolar los resultados de las investigaciones en una especie. También hay que tener en cuenta todos los últimos resultados de las nuevas investigaciones sobre las células gliales (astrocitos, microglía y células epéndimo-radiales) ya que proporcionan reguladores para la función neuronal (prostaglandinas, NO, etc.) que pueden llegar a imponerse en la función liberadora de factores neuroendocrinos hipotalámicos. También de importancia capital, está la posibilidad de la neurogénesis en los espacios periventriculares que se está dando a conocer y que podría ser una diana de terapia celular en los próximos años, cuando pueda ser totalmente conocida y controlada de manera segura. Por todo ello, aunque se ha avanzado mucho en el conocimiento del control reproductivo del cerebro, se necesitan muchas más investigaciones para que se pueda intervenir de manera segura en las especies ganadera y en la reproducción humana

Envejecimiento cerebral normal y patológico: continuum fisiopatológico o dualidad de procesos involutivos.

For years, there is a controversy whether there is a two-way (involutive duality) of senile involution of the brain, which may be called, respectively, pathway to the physiological or " normal" senility, without signs of dementia but with neuronal adaptative responses, and pathway to "pathological " senility or Alzheimer's Disease (AD), which is characterized by the appearance of a progressive dementia, or, conversely, a single way (continuum) leading from the first morphological or functional signs of senile involution until the final stage of AD dementia in all individuals. Moreover, in recent years, a thorough review of the concepts of the pathological senility / EA is producing, so that is not now considered necessary to have dementia to diagnose a pathological aging process because it is considered that the pathological aging / EA is started at the time that a disturbance in cognitive brain circuits and / or neuropathological changes occurs. With these new criteria different clinic-pathological stages are supposed from normal senility to terminal pathological senility / EA, without dementia (prodromal or asymptomatic) and with varying degrees of dementia. In this review the reasons given in defense of one or another theory are analyzed, as well as the morphofunctional features of normal and pathological senile brains. Most studies indicate that there are very marked differential characteristics between normal brains without dementia and senile pathological brains with dementia, but in other, large discrepancies exist between the presence or absence of dementia and the existence or not of neuropathological signs. The existence or not of the continuum also has a very important practical implication for both prevention and care of the elderly, because the possible number of individuals affected: the entire population or only at-risk individuals in the pathological brain senility pathway. There are some areas where research could improve our knowledge on brain aging, especially in the detailed study of healthy control subjects between 30 and 60, “centenarians” with and without dementia and individuals with neuropsychological characteristics different to AD (possible intermediate stages of AD according to the new " lexicon "). It would also be of great interest a comparative study of human brain aging with that of other mammalian species that showed no amyloid or tau pathology and primates that may have amyloid pathology. Transgenic animals with induced amyloid and /or tau pathology, are also important sources of information on pathological aging.Desde hace años, existe una controversia sobre si existe una doble vía (dualidad involutiva) de involución senil del cerebro, que podemos denominar, respectivamente, hacia la senilidad fisiológica o “normal” sin signos de demencia, o bien hacia la senilidad “patológica” o Enfermedad de Alzheimer, que se manifiesta por la aparición de una demencia progresiva, o, por el contrario, una sóla vía (continuum) que conduce desde los primeros signos de involución morfológica o funcional senil hasta la fase final de la demencia EA en todos los individuos. Además, en estos últimos años, se está produciendo una profunda revisión de los conceptos sobre la senilidad patológica / EA de manera que ya no se considera que dicho proceso de envejecimiento sólo existe tras efectuar un diagnóstico de demencia, sino que se inicia en el momento en que se produce una alteración de los circuitos cognitivos cerebrales y/o cambio neuropatológico. Con estos nuevos criterios se supone que la senilidad patológica / EA comprende diversas fases sin demencia (asintomáticas o prodrómicas) y otras con demencia de distinto grado. En esta revisión se analizan las razones que se aducen en defensa de una u otra teoría y las características morfofuncionales de los cerebros seniles normales y los patológicos. La mayoría de los estudios realizados apuntan que existen características diferenciales muy marcadas entre los cerebros seniles normales sin demencia y los patológicos con demencia, pero en otros existen grandes discrepancias entre la presencia o no demencia y la de signos de neuropatológicos. La existencia o no del continuum tiene también una muy importante repercusión práctica pues tanto la prevención como la asistencia de las personas mayores dependerán del posible número de individuos afectados: bien sólamente los individuos de riesgo o bien toda la población. Existen algunos terrenos donde la investigación podría hacer avanzar nuestros conocimientos en el envejecimiento cerebral, especialmente en el estudio pormenorizado de los individuos controles sanos de entre 30 y 60 años, en el de los “centenarios” con y sin demencia y en grupos con características diferenciales neuropsicológicas (posibles estadíos intermedios de EA según el nuevo “lexicón”). También sería de gran interés estudiar comparativamente el envejecimiento cerebral humano con el de otras especies de mamíferos que no presentaran patología amiloide o tau y con los primates que pueden presentar patología amiloidea. En este último sentido, los animales transgénicos con patología inducida amiloide o/y tau también serían importantes fuentes de información

Nuevos conceptos sobre la funcionalidad del sistema nervioso: la revolución de las células gliales. I. Las relaciones neuro-gliales

From birth to death, neurons are actively and dynamically accompanied by neuroglial cells in a very close morphological and functional relationship. The results of their study in the last years revolutionized the concepts about the functionality of the CNS. Classically, three families of these cells in the CNS have been classically considered: astroglia, oligodendroglia and microglia. Many types and subtypes have been described by morphological and immunocytochemical methods, including NGR2+ cells, with a wide variety of pathophysiological effects on the neurons and neuronal circuits. Now, all these elements are considered of paramount importance in all proposed theories for explaining any physiological or pathological process in the CNS because they are involved in both, neuroprotection/neurorepair and neurodegeneration. Glio-glial, glio-neuronal and neuro-glial cell signaling pathways and glio-transmission are essential phenomena that support the brain functions, from a simple reflex to the most sophisticated higher mental function. Glioplasticity is a parallel phenomenon to neuroplasticity for optimizing the function of the neuronal circuits. Moreover, they possess the ability to change to a reactive status (gliosis), in which new functions are developed in their relationships with the neurons.Durante toda su vida, las neuronas están acompañadas por células neurogliales con las que establecen relaciones muy estrechas, tanto morfológicas como funcionales. Los resultados de su estudio en los últimos años han revolucionado los conceptos sobre la funcionalidad del SNC. Clásicamente se describen tres familias de células neurogliales en el SNC, astroglia, oligodendroglia y microglia. Mediante métodos morfológicos e inmunocitoquímicos se han descrito muchos tipos dentro de cada familia, incluyendo algunos de características novedosas, como las células NGR2+, con una gran variedad de efectos fisiológicos y patológicos sobre las neuronas y los circuitos neuronales. En la actualidad, estos elementos se consideran de primordial importancia en todas las teorías desarrolladas para explicar cualquier tipo de proceso fisiológico o patológico en el SNC ya que están implicadas tanto en la neuroprotección/neurorreparación como en la neurodegeneración. La comunicación celular glio-neuronal, neuro-glial y glio-glial, así como la gliotransmisión, son esenciales para llevar a cabo las funciones nerviosas, desde un sencillo reflejo a la función cognoscitiva más sofisticada. La glioplasticidad es un fenómeno que ocurre en paralelo a la neuroplasticidad mediante el cual se optimizan las funciones de los circuitos neuronales. Además, las células gliales tienen la capacidad de activarse pasando a un nuevo estado en el aparecen nuevas funciones (gliosis).

Obesidad: ¿un riesgo para la enfermedad de Alzheimer? I. Mecanismos moleculares comunes

Obesity is a recognized risk factor for cardiovascular diseases and the main responsible for the resistance to the action of insulin, a state that precedes the development of diabetes type 2. In the last years, researches have demonstrated that there are also common molecular mechanisms between obesity and Alzheimer's disease, to be the more likely pathological link a state of insulin resistance, which is mediated by inflammation. If the brain dysfunction in Alzheimer's effectively shares underlying mechanisms with obesity, certain intracellular signaling molecules might be involved in both diseases. Identification of these molecules and their consideration as therapeutic targets would represent a breakthrough in the understanding of the mechanisms of these diseases, and an excellent strategy in the development of new therapies for both pathologic conditions. In this work the last hypothesis linking obesity with Alzheimer's disease are reviewed. Adipose tissue dysfunction and consequent accumulation of ectopic fat as a cause of inflammation and insulin resistance systemic conditions obesity characteristics are described. It also highlights these peripheral systemic pathological states as primarily responsible for neuroinflammation and insulin resistance in the brain that would lead to the neuronal dysfunction and cognitive impairment found in Alzheimer's disease.La obesidad es un factor de riesgo reconocido para las enfermedades cardiovasculares y el principal responsable de la resistencia a la acción de la insulina, estado que precede al desarrollo de diabetes de tipo 2.  En los últimos años, las investigaciones han demostrado que existen además mecanismos moleculares comunes entre la obesidad y la enfermedad de Alzheimer, siendo el vínculo patológico más probable un estado de resistencia a la insulina que es mediado por inflamación.  Si la disfunción cerebral en el Alzheimer efectivamente comparte mecanismos subyacentes con la obesidad, ciertas moléculas de señalización intracelular podrían estar involucradas en ambas enfermedades.  La identificación de estas moléculas y su consideración como dianas terapéuticas supondrían un gran avance en el conocimiento de los mecanismos de estas enfermedades, y una buena estrategia en el desarrollo de nuevas terapias para ambos trastornos.  En este trabajo se revisan las últimas hipótesis que vinculan la obesidad con Alzheimer.  Se describe la disfunción del tejido adiposo y su consecuente acumulación de grasa ectópica como origen de estados sistémicos de inflamación y de resistencia a la insulina, característicos de la obesidad.  Asimismo, se destacan estos estados sistémicos patológicos periféricos como principales responsables de estados de neuroinflamación y de resistencia a la insulina en el cerebro que conllevarían al deterioro cognitivo y disfunción neuronal encontrados en la enfermedad de Alzheimer. 

Nuevos conceptos sobre la funcionalidad del sistema nervioso: la revolución de las células gliales. II. Las respuestas neurogliales claves en la patogenia y el tratamiento de las enfermedades del SN

All members of the families of the neuroglia have the ability to adopt a reactive state ("gliosis" in general, "astrogliosis" "oligodendrogliosis" and "microgliosis" in its specific form) face to situations where importantly is modified homeostasis of the nervous tissue and / or normal functional dynamics of neurons and their accompanying neuroglial cells (trauma, neurotoxicity, infections, neurodegenerative processes). In this reactive state, neuroglial cells become "new cells with new functions" because a significant change of their cellular functions occurs, mainly by the expression of new genes. Thus they become major players on the different stage of the new SN pathological situations. Activation of neuroglia cells is initially beneficial, aiming to solve the pathological changes, but it can turn detrimental to nerve tissue. Also, in recent years, it has been found that also the lack of reactive responses or the existence of “maladaptative responses” of the different neuroglial cells as well as the involution or regression of these cells, are important sources of nervous pathology. Studies of these different types of reactive glial cells have significantly expanded the knowledge we had about the pathogenesis of diseases of the SN. Moreover, many studies are revealing that they may be important to define new therapeutic drug targets or create new cell therapies to control the progress of the "pathogenic cascades", through activating neuroprotection-neurorepair and/or inhibiting the neurotoxicity-neurodegeneration."Todos los miembros de las familias de la neuroglía tienen la capacidad de adoptar un estado reactivo (“gliosis” de manera general; “astrogliosis”, “oligodendrogliosis” y “microgliosis”, en su forma más específica) ante situaciones en que se modifica de manera importante la homeostasis del tejido nervioso y/o la dinámica funcional normal de las neuronas y sus células gliales acompañantes (traumas, intoxicaciones, infecciones, neurodegeneraciones). En este estado reactivo se convierten en “nuevas células con nuevasfunciones” pues cambian de manera importante sus funciones celulares con la expresión de nuevos genes. De esta forma pasan a ser actores principales en el escenario de las nuevas situaciones patológicas del Sistema Nervioso (SN). La activación de las células de neuroglia en principio es beneficiosa, tendente a solucionar los cambios patológicos, pero puedeconvertirse en perjudicial para el tejido nervioso. Asimismo, en los últimos años, se ha comprobado que también es causa de patología la falta de respuesta reactiva de las distintas células neuróglicas o la involución de estas células. Los estudios sobre estos diferentes tipos de células gliales reactivas han ampliado de manera muy importante los conocimientos queteníamos sobre la patogenia de las enfermedades del SN, y también nos están dando a conocer que pueden ser apoyos fundamentales para definir dianas farmacológicas terapéuticas o crear nuevas terapias elulares que ayuden a controlar el avance de las cascadas patogénicas” por la vía de activar la europrotección-neurorreparación y/o inhibir la neurotoxicidad-neurodegeneración

Short term administration of cyproterone acetate for contraception: Effects on testosterone secretion and semen characteristics in rams (Ovis aries) and bucks (Capra hircus)

Aim of study: To examine the influence of administering cyproterone acetate (CPA), at the beginning of the mating season, on the testosterone concentration and morphometric and functional characteristics of ram and buck semen.Area of study: Madrid, SpainMaterial and methods: Five rams and five bucks were intramuscularly administered 200 mg of CPA in 2 mL of olive oil twice per week - from July 1st to 31st in the rams, and from August 1st to 31st in the bucks. Five control animals of each species were administered 2 mL of olive oil. Blood samples and ejaculates analysed from the start of treatment until eight weeks after the last day of treatment.Main results: GLM-ANOVA showed the interaction species × CPA treatment to have effect (p<0.05) on sperm motility, progressive motility and acrosome integrity; and greater effect (p<0.01) on curvilinear velocity (VCL), straight-line velocity (VSL), viability, and morphological abnormalities. In both the rams and bucks, plasma testosterone levels fell from the first week from the start of CPA administration until three weeks after the end of treatment. In rams, the total sperm count, sperm motility, progressive motility, viability, morphological abnormalities, VCL and VSL were all negatively affected by the treatment (p<0.001); acrosome integrity was also affected (p<0.05). In bucks, sperm motility, progressive motility, VCL, VSL and morphological abnormalities were negatively affected (p<0.05).Research highlights: Treatment with CPA affected testosterone secretion, semen characteristics and sperm morphometry in both the rams and bucks, and thus it might be used as short term contraceptive protocol in small ruminants

DNA integrity and viability of testicular cells from diverse wild species after slow freezing or vitrification

Introduction and objectiveCryopreservation of testicular tissues offers new possibilities to protect endangered species, genetically valuable individuals or even the fertility potential of prepubertal individuals who have died unexpectedly. However, the use of this technique still remains a challenge. In this study, slow freezing and vitrification of testicular tissue was investigated to find out which cryopreservation method could better preserve the viability and DNA integrity of testicular germ cells in diverse wild species.MethodsTestes were obtained post-mortem from 18 artiodactyls (wild boar, roe deer, dwarf goat, mhor gazelle, European mouflon, African forest buffalo, Malayan tapir, dorcas gazelle, Iberian ibex, gnu, red river hog), 5 primates (colobus monkey, capuchin monkey, mandrill), 8 carnivores (gray wolf, Persian leopard, binturong, European mink, American black bear, suricata), and 2 rodents (Patagonian mara). The testicles belonged to adult individuals and were cut into small pieces and cryopreserved by needle immersed vitrification or uncontrolled slow freezing using a passive cooling device. After warming or thawing, testicular tissues were enzymatically digested and two germ cell types were differentiated based on their morphology: rounded cells (spermatogonia, spermatocytes, and early spermatids) and elongated cells (elongated spermatids and spermatozoa). Cell viability was assessed by SYBR-14/propidium iodide while DNA fragmentation by TUNEL assay with fluorescence microscope.Results and discussionOur preliminary results revealed that our uncontrolled slow freezing method better preserved the viability and DNA integrity of elongated cells than vitrification. Such trend was observed in all species, being significant in artiodactyls, carnivores, and primates. Similarly, the viability and DNA integrity of rounded cells was also better maintained in primates by uncontrolled slow freezing, while in carnivores, vitrification by needle immersion showed better results in this type of cells. In artiodactyls and rodents both techniques preserved the viability of rounded cells in a similar manner, although the DNA integrity of these cells was greater after needle immersed vitrification in artiodactyls.ConclusionsIn conclusion, the effectiveness of each cryopreservation method is affected by the phylogenetic diversity between species and cell type

Influence of Prolactin Secretion Changes on Sperm Head Size and Freezability in Ibex and Mouflon

Aim: This work examined the influence of induced changes in prolactin (PRL) secretion on sperm cryoresistance of ibex and the mouflon. Materials and Methods: PRL secretion was modified in a first experiment by the use of bromocriptine (BCR, dopamine agonist) during the non-breeding season, and in a second experiment by the use of sulpiride (SLP, dopamine D2-receptor antagonist) during the rutting season. Slow and ultra-rapid freezing protocols were used to cryopreserve sperm samples. Results: BCR decreased blood plasma PRL concentrations, whereas SLP increased them. Cryoresistance ratios (CRs) for curvilinear velocity (VCL), straight-line velocity (VSL), and average path velocity (VAP) in BCR-treated mouflons were lower than in controls using slow-freezing (p < 0.05), while CRs of motility and morphologically normal sperm of BCR-treated mouflons were greater than controls with ultra-rapid freezing (p < 0.05). BCR increased the head sperm dimensions in ibexes (p < 0.001); conversely, BCR decreased the head dimensions in mouflons (p < 0.001). CR-motility, CR-amplitude of lateral head displacement (ALH), CR-viability, and CR-acrosome integrity in SLP-treated mouflons were lower than in controls with slow-freezing (p < 0.01); CR-viability and CR-acrosome were lower than controls with ultra-rapid freezing (p < 0.05). In ibexes, CR-ALH was lower for SLP-treated (p < 0.05). SLP treatment increased head dimensions in ibexes (p < 0.001) but did not affect the sperm head of mouflons. Conclusion: Our findings show that high levels of blood plasma PRL negatively affect the cryoresistance of ibex and mouflon sperm.Peer reviewe

Volcanic eruption of Cumbre Vieja, La Palma, Spain: a first insight to the particulate matter injected in the troposphere

The volcanic eruption of Cumbre Vieja (La Palma Island, Spain), started on 19 September 2021 and was declared terminated on 25 December 2021. A complete set of aerosol measurements were deployed around the volcano within the first month of the eruptive activity. This paper describes the results of the observations made at Tazacorte on the west bank of the island where a polarized micro-pulse lidar was deployed. The analyzed two-and-a-half months (16 October–31 December) reveal that the peak height of the lowermost and strongest volcanic plume did not exceed 3 km (the mean of the hourly values is 1.43 0.45 km over the whole period) and was highly variable. The peak height of the lowermost volcanic plume steadily increased until week 11 after the eruption started (and 3 weeks before its end) and started decreasing afterward. The ash mass concentration was assessed with a method based on the polarization capability of the instrument. Two days with a high ash load were selected: The ash backscatter coefficient, aerosol optical depth, and the volume and particle depolarization ratios were, respectively, 3.6 (2.4) Mm. 1 sr. 1 , 0.52 (0.19), 0.13 (0.07) and 0.23 (0.13) on 18 October (15 November). Considering the limitation of current remote sensing techniques to detect large-to-giant particles, the ash mass concentration on the day with the highest ash load (18 October) was estimated to have peaked in the range of 800–3200 g m. 3 in the lowermost layer below 2.5 km.This research was funded by the Spanish Ministry of Science and Innovation (PID2020- 118793GA-I00, PID2019-104205GB-C21, EQC2018-004686-P and PID2019-103886RB-I00), the H2020 program from the European Union (GA no. 19ENV04, 654109, 778349, 871115 and 101008004), and the Unit of Excellence “María de Maeztu” (MDM-2017-0737) financed by the Spanish State Research Agency (AEI)

Use of native chicken breeds (Gallus gallus domesticus) for the development of suitable methods of Cantabrian capercaillie (Tetrao urogallus cantabricus) semen cryopreservation

8 Pág.The Cantabrian capercaillie (Tetrao urogallus cantabricus) is critically endangered. This subspecies has the lowest genetic variability and it is in regression. It belongs to Phasianidae family; therefore, the domestic chicken (Gallus gallus domesticus) could be a good model for developing reproductive technologies for use in capercaillie populations with low availability of animals.Fundación Biodiversidad-Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico (Ref-DOC-2017458); Zoitechlab S.L.-INIA, Grant/Award Number: CON18-141Peer reviewe