Procesos moleculares de la fecundaciónAlfaro Andrea, Bravo Esther, Díaz Mónica, Escajadillo Jorge, Nambo Lynn, Regalado Omar

1. Introducción

La fecundación garantiza que ocurran los siguientes eventos importantes:1) El reconocimiento y contacto entre los gametos

masculino y femenino.2) La regulación de la entrada de solamente un

espermatozoide al óvulo.3) La fusión del material genético de los gametos.4) La activación del metabolismo del cigoto para

dar inicio al proceso de embriogénesis.

Reconocimiento del espermatozoide• Quimiotaxis: gradiente de concentración de

determinadas señales especie-específicas difusibles que va aumentando conforme se acerca al óvulo.

• Esta señalización es reconocida por el espermatozoide adecuado, que se dirigirá hacia el óvulo.

• El óvulo secretará estos compuestos cuando esté en el momento adecuado para que ocurra la fecundación.

• La fecundación no ocurre en el mismo momento de la división celular del ovocito (en algunos organismos no existen el segundo arresto meiótico).

¿Cuándo ocurre la fecundación?

Reconocimiento del óvulo y el espermatozoideLa interacción entre el espermatozoide y el óvulo sucede en cinco procesos:

La atracción química del espermatozoide al óvulo mediante moléculas solubles secretadas por el óvulo.La exocitosis de las enzimas de la región acrosomal.La unión del espermatozoide a la envoltura extracelular (capa vitelina o zona pelúcida) del óvulo.El paso del espermatozoide a través de la envoltura extracelular.Fusión de las membranas plasmáticas.

2. La reacción acrosomal• En erizos de mar la reacción acrosomal es iniciada

por compuestos que se encuentran en la capa gelatinosa del óvulo.

• La vesícula acrosómica experimenta exocitosis y libera el contenido enzimático que degrada la envoltura extracelular del óvulo.

• La actina globular se acumula para extender el proceso acrosómico.

• La bindina del proceso acrosómico es reconocida por un complejo de proteínas en la membrana plasmática del ovocito.

La bindina es una molécula que cambia mucho en su estructura entre especies a lo largo de la evolución. Esto hace que un espermatozoide de una especie de erizo no pueda mediar su fusión membranal con un óvulo de otra especie.

Proceso acrosómico

A. Micrografía electrónica de transmisión de la reacción acrosomal en el espermatozoide de ratón. La membrana acrosomal formó vesículas.

B. Diagrama interpretativo.

Vesículas acrosomales

2. La reacción acrosomal• Los espermatozoides de mamíferos se

unen a la zona pelúcida antes de experimentar la reacción acrosómica.

• Esta unión está mediada por una proteína ZP3 (proteína de zona 3) y un complejo de proteínas en el espermatozoide que interactúan en el proceso de reconocimiento.

• La reacción acrosómica es iniciada sobre la zona pelúcida. Esto garantiza que la concentración enzimática de las vesículas acrosómicas sea sobre un punto específico, el que requiere el espermatozoide.

3. La capacitación del espermatozoide• Antes de entrar el espermatozoide al ovocito debe

haber un proceso de capacitación que ocurre en el tracto femenino.

• Esto hace competente al espermatozoide en caso de que llegue a tener contacto con el ovocito.

• El proceso aún no es bien entendido, pero se ha observado que el proceso es antecedido por una hiperpolarización de la membrana.

4. La fusión de los gametos• La fusión de las membranas plasmáticas está

mediada por moléculas proteínas hidrofóbicas. Cuando ocurre la fusión, los grupos hidrofóbicos obligan a las membranas, unidas químicamente mediante receptores, a cambiar de forma y dejar nuevamente el grupo hidrofóbico en el interior del citoplasma, uniendo las membranas.

• En los erizos se sabe que es la bindina la que regula este proceso.

• En los mamíferos sigue siendo un proceso aún no muy bien comprendido.

Las microvellosidades del óvulo ayudan a generalizar la reacción de fusión de membranas del espermatozoide.1) Aumenta el área de

contacto para permitir mayor reconocimiento. Esto ocurre tras la liberación inicial del área acrosomal.

2) Esto desencadena la exocitosis de los gránulos corticales.

3) El reconocimiento de los dominios ecuatoriales inicia la descondensación del núcleo.

4) Continua la fusión de los gametos.

5. Bloqueos a la polispermia• La polispermia ocurre cuando

más de un espermatozoide logra fusionar su membrana con el ovocito y fusionar su contenido nuclear con éste.

• Este es un fenómeno con consecuencias letales, ya que el embrión muere a causa de cada blastómero tiene un número diferente de cromosomas.

5. Bloqueos a la polispermia• Por lo general se dan dos

bloqueos: uno rápido y otro lento.• El bloqueo rápido es de tipo

eléctrico. Al ocurrir el reconocimiento de membranas, los canales de sodio se abren e hiperpolarizan la membrana del ovocito. Esto impide que otros espermatozoides se fusionen con el gameto femenino. Este primer bloqueo es momentáneo, ya que la célula tiende a reestablecer su potencial de membrana en reposo.

5. Bloqueos a la polispermia• El bloqueo lento está mediado por Ca+2. Desde el

punto de contacto espermatozoide-ovocito se libera una onda de calcio, que el espermatozoide concentró durante la capacitación, que inicia la reacción de los gránulos corticales.

• La señalización química genera la fusión de los gránulos corticales con la membrana del ovocito. El contenido de los gránulos corticales es principalmente un complejo de glucoproteínas, que lo que hace es elevar la envoltura vitelina y hacerla más sólida. A esta se le conoce como membrana de fecundación.

La sucesión de eventos entre el bloqueo rápido y el bloqueo lento, que involucra la reacción cortical, son cruciales para activar el metabolismo del cigoto.

5. Bloqueos a la polispermia• En los mamíferos, además, se modifican las ZP3,

de modo tal que son incapaces de soportar un segundo reconocimiento entre el espermatozoide y el ovocito.

Reacción cortical

6. La activación del cigoto• Una vez que se fusionan los gametos femenino y

masculino se inicia la activiación del metabolismo del cigoto.

• El 1,4,5 inositol 3-fosfato (IP3) media la liberación de los iones Ca+2 que son contenidos en el RE.

• El diacilglicerol dispara la elevación de pH en el cigoto.

• El Ca+2 y la alcanización del cigoto activan el inicio de la síntesis de proteínas y la replicación del DNA.

• El IP3 es producido por fosfolipasas. El proceso de activación es diferente entre las diversas especies.

6. La activación del cigoto• El aumento de Ca+2 intracelular provoca, en

anfibios y mamíferos, la degradación de la ciclina y la inactivación de la MAP cinasa, lo que permite que se pueda llevar a cabo la metafase II del ovocito y que se lleve a cabo la formación del pronúcleo femenino.

• Al terminar la telofase II el pronúcleo del ovocito queda en la periferia, cerca del segundo cuerpo polar.

6. La activación del cigoto• Los pronúcleos masculino y femenino migran

acercándose entre sí. En muchos grupos, como en los mamíferos, mientras ocurre la migración se lleva a cabo la síntesis de DNA.

• En los erizos de mar, por otro lado, realizan la síntesis de DNA tras la fusión nuclear.

• En los mamíferos, una vez que se sintetizo el DNA se degradan las membranas de los pronúcleos y los cromosomas liberados se reúnen en torno a una placa metafásica común (inicio de la primera mitosis).

6. La activación del cigoto• Los cambios en el citoesqueleto del cigoto

reorganizan el citoplasma. Esto específica que porción del cigoto dará origen a qué linajes celulares.

• El centríolo heredado por el espermatozoide organiza los microtúbulos en el cigoto y causa los movimientos del citoplasma durante la primera división celular.

6. La activación del cigoto• A partir de este momento, el tamaño que tiene el

cigoto hace que se tengan todos los componentes necesarios para que la división celular sea favorecida. De este modo, tras cada telofase se produce nuevamente síntesis de DNA (que se lleva a cabo porque hay todo para que se lleve a cabo) y el inicio de la profase.

• La actividad transcripcional es muy baja debido a que el vitelo provee de todo lo que se produciría durante una fase G1.