Fecundacin

Fecundacin

El proceso de la fecundacin se puede dividir en:

I) Penetracin del espermatozoide de la corona radiada.

II) Penetracin del espermatozoide de la zona pelcida

III) Fusin de la membrana plasmtica del espermatozoide con la membrana del vulo

IV) Unin del proncleo masculino y el proncleo femenino.

El espermatozoide adquiere la capacidad de mover el flagelo en su trnsito por el epiddimo, pero el movimiento empieza despus de la eyaculacin. Este proceso es conocido como la activacin del espermatozoide

La activacin del espermatozoide ocurre por cambios en los iones extracelulares, por interaccin con ligandos y glucosa, presentes en el lquido seminal y en el tracto femenino. Estos cambios inducen seales flagelares, a travs de fosforilacin de: protenas, de canales de Ca++ y de vas dependientes de nucletidos cclicos (GMPc y AMPc)

Algunos ligandos son: la progesterona y el esteroide sulfatado SAAF (Sperm Activating and Attracting Factor) que inducen la entrada de Ca++; el pptido activador de espermatozoide (PAS) y el pptido atrial natriurtico (PAN) que actan por medio de un receptor de membrana, o por activacin de la guanilato ciclasa ligada a membrana (GCm).

Otros ligandos son los factores de tipo olfatorio y odorante (hOR17-4) producidos por el oocito para inducir la quimiotaxis del espermatozoide.

La activacin ocurre cuando seales extracelulares activan las ciclasas produciendo un aumento transitorio de GMPc, de AMPc y la activacin de la guanilato ciclasa transmembrana (GCm) o soluble (GCs).

La GCm se activa por unin del pptido PAS a su receptor, o por el aumento en la concentracin de GMPc; a la GCs la activa el xido ntrico (NO) producido por accin de la xido ntrico sintasa. Despus se abren los canales de K+ dependientes de GMPc, lo que provoca la salida de K+ con la consecuente hiperpolarizacin de la membrana espermtica dependiente de AMPc.

La hiperpolarizacin activa el intercambiador de voltaje dependiente Na+/H+ con la consecuente salida de H+ lo que induce la alcalinizacin del citosol y activa las dinenas.

El aumento de AMPc se debe a la activacin de la adenilato ciclasa de dominio transmembranal (ACm), y a la activacin de la fosfodiesterasa (PDE), reguladas, a su vez, por la subunidad alfa de la protena G y por Ca++ /CaM (calmodulina) respectivamente.

La forma soluble de la adenilil ciclasa (ACs) tambin produce AMPc, y en mayores cantidades que la ACm debido a que es independiente de protena G. Esta ACs es dependiente de bicarbonato (HCO3-), que ingresa por mediacin del cotransportador Na+/HCO3-. El Ca++ tambin ingresa a travs de los canales catinicos especficos del esperma (CatSper).

Lo siguiente en la activacin de la movilidad flagelar es la fosforilacin y la defosforilacin de tirosinas, mediadas por la protena quinasa dependiente de AMPc (PKA). La subunidad cataltica de la PKA en el espermatozoide esta unida a los microtbulos.

La PKA est muy cerca del brazo de dinena externo y esto explica la rpida fosforilacin de los polipptidos de la cadena liviana de este brazo (Tctex-2) en el momento de la activacin de la movilidad.

Estas PKA se fijan en dominios de algunas de las protenas relacionadas con la activacin y candidatas a ser fosforiladas; ellas son 1) las hexoquinasas, 2) las AKAP (AKAP 82, AKAP 220, AKAP 110, AKAP 3, AKAP 4, AKAP 97). Las AKAP estn presentes en los radios y los pares de microtbulos externos del axonema;

; la AKAP 82 se ha encontrado en abundancia en la capa fibrosa del flagelo (pieza principal) 3) una protena no caracterizada de 15 kDa en la base de flagelo y 4) la glicgeno sintasa-quinasa.

La defosforilacin de las protenas est a cargo de fosfatasas entre otras la tipo B2 dependiente de Ca++, que fue encontrada unida al axonema y relacionada con la regulacin de la fosforilacin de la dinena.

El espermatozoide, activado y capturado por las microvellosidades del istmo del oviducto se capacita, y esto desencadena seales intracelulares que inducen la hiperactivacin.

La activacin y la hiperactivacin utilizan mecanismos moleculares similares para generar el movimiento del flagelo cuyo eje funcional es el axonema y cuya protena motora principal es la dinena.

El axonema, adems, est compuesto por microtbulos, molculas chaperonas, protenas fijadoras de calcio y protenas quinasas/fosfatasas. Es una estructura de 9x2 pares de microtbulos que corre a lo largo del flagelo rodeado, en la pieza media, por mitocondrias y capas de fibra densa; en la pieza principal est rodeado por una capa fibrosa, y en la final est en contacto directo con la membrana plasmtica.

El movimiento del flagelo se da por la activacin de los complejos de ensamble y de regulacin de dinena; el ATP provee la fuerza que se requiere para el deslizamiento entre los brazos y los microtbulos, y la hidrlisis del mismo, junto con la ruptura de la unin entre el microtbulo B. La dinena garantiza que el movimiento contine como reaccin en cadena de los nueve pares de microtbulos externos generando el movimiento en forma de bateo.

Simultneamente se dan fenmenos de fosforilacin y defosforilacin asociados a la unin del brazo externo del microtbulo A, al microtbulo B del brazo adyacente. El par de microtbulos centrales con dominio AKAP, dirigen el plano de inclinacin flagelar, enviando seales a los radios que regulan el brazo interno de dinena por medio de fosforilacin/defosforilacin de protenas.

Simultneamente se dan fenmenos de fosforilacin y defosforilacin asociados a la unin del brazo externo del microtbulo A, al microtbulo B del brazo adyacente. El par de microtbulos centrales con dominio AKAP, dirigen el plano de inclinacin flagelar, enviando seales a los radios que regulan el brazo interno de dinena por medio de fosforilacin/defosforilacin de protenas.

La capa fibrosa de la pieza principal est compuesta por al menos 18 polipptidos y parece servir como andamio de algunas enzimas en el metabolismo energtico, y como molcula de seal para desencadenar la movilidad espermtica. Esta capa est compuesta por varias protenas, entre ellas la hexoquinasa y las AKAP 3, AKAP 4, AKAP 80; relacionadas con la fosforilacin de tirosina de otros componentes de la capa fibrosa.

El metabolismo energtico a partir de glucosa es requerido para la activacin del axonema e incluye la produccin y regeneracin de ATP y de intermediarios como el NADPH, necesarios para las vas de sealizacin interna, que conducen a la fosforilacin de las protenas flagelares al movimiento.

El metabolismo energtico a partir de glucosa es requerido para la activacin del axonema e incluye la produccin y regeneracin de ATP y de intermediarios como el NADPH, necesarios para las vas de sealizacin interna, que conducen a la fosforilacin de las protenas flagelares al movimiento.

El ingreso de glucosa al citosol se da a travs de transportadores como el GLUT3 en la pieza intermedia o el GLUT8 en la regin acrosomal, o por reservas endgenas en forma de glicgeno.

La glucosa es transformada en glucosa-6- fosfato por la enzima hexoquinasa, para generar ATP o NADPH, por una de tres vas, dependiendo del dominio del flagelo: la glicoltica, la va pentosa fosfato y la va mitocondrial de la fosforilacin oxidativa; sta ltima fuente principal de ATP

El NADPH est involucrado en reacciones de oxido-reduccin y es requerido para enzimas como la oxidasa que genera superxido y la oxido ntrico sintasa que genera xido ntrico.

La hiperactivacin del flagelo se debe al Ca++ que se fija a sus protenas fijadoras en el brazo externo de la dinena, lo que induce el movimiento asimtrico. Este Ca++ proviene de varias fuentes: de las reservas intracelulares de Ca++ (RIC) mediada por los receptores de inositol 1,4,5 trifosfato (IP3), del Ca++ proveniente de la mitocondria o de la teca perinuclear (vase Figura 3) o del Ca++ que ingresa gracias a sistemas antiporte Na+/H+ y Na+/Ca+++.

Adems del calcio, la hiperactivacin requiere de AMPc, cuya produccin parece estar modulada por las especies reactivas de oxgeno (ROS), entre las que se encuentran el superxido (SO) y el xido ntrico ON (vase Figura 3). El superxido se origina en el transporte de electrones en la mitocondria y es trasformado a perxido de hidrgeno por la enzima superxido dismutasa (SOD). Este perxido activa la adenililciclasa de membrana, que acta corriente arriba en la ruta de PKA, para que sta fosforile algunas protenas flagelares

Fecundacin

-En la fecundacin los gametos femenino y masculino se fusionan. Este encuentro entre el vulo y el espermatozoide ocurre en la zona mas ancha de la trompa de Falopio. Esta es una zona cerca del ovario llamada zona ampollar o ampular.

Fecundacin

-De aproximadamente 300 millones de espermatozoides depositados en la vagina slo unos 300 entran al cuello del tero al lugar donde se produce la fecundacin.

-Los espermatozoides se autopropulsan desde el cuello del tero hasta la trompa de Falopio ayudados adems por las contracciones del tero.

Fecundacin

-Los espermatozoides deben experimentar una serie de cambios despus de ingresar al aparato reproductor femenino para poder fecundar al vulo.

-El acondicionamiento que sufre el espermatozoide se denomina capacitacin.

El proceso de capacitacin empieza en las criptas oviductales o criptas del itsmo.

Fecundacin

-La capacitacin consiste en un perodo de acondicionamiento del espermatozoide dentro del aparato reproductor femenino (fundamentalmente en las trompas de Falopio).

-En este perodo de acondicionamiento hay interacciones epiteliales entre los espermatozoides y la superficie mucosa de la trompa.

Fecundacin

-En la capacitacin se eliminan de la membrana plasmtica de la regin acrosmica de los espermatozoides glucoprotenas y protenas seminales.

Fecundacin

La reaccin acrosmica

-La reaccin acrosmica es un proceso mediante el cual se liberan enzimas que van a digerir la zona pelcida ( acrosina ).

-Antes de ser liberadas las enzimas que digieren la zona pelcida el espermatozoide se une a receptores especficos de esta zona como las protenas ZP3, ZP2 y ZP1.

Barreras para la poliespermia

-Cuando se mide el potencial de membrana de un vulo este es de aproximadamente -70mV.

-Despus de un tiempo de entre 1 y 3 segundos tras la penetracin de el primer espermatozoide el potencial de membrana del vulo cambia a 20 mV.

Barreras para la poliespermia

-El potencial de membrana a 20 mV impide la poliespermia ya que los espermatozoides no pueden penetrar vulos con potencial de membrana positivo.

Barreras para la poliespermia Hay experimentos en los cuales se mantiene artificialmente el potencial de membrana negativo y muchos espermatozoides son capaces de penetrar al vulo.

-Por otro lado si se mantiene artificialmente positivo el potencial de membrana ningn espermatozoide es capaz de entrar el vulo.

Barreras para la poliespermia

El cambio del potencial de membrana del vulo es debido a un aumento de la permeabilidad al sodio lo anterior se demostr disminuyendo o eliminando el sodio externo de esta forma no se produca la despolarizacin de la membrana del vulo y se produca poliespermia

Barreras para la poliespermia

-El bloqueo de la poliespermia por la despolarizacin de la membrana del vulo es conocido como el primer bloqueo o bloqueo rpido de la poliespermia.

Barreras para la poliespermia

-Sin embargo la despolarizacin de la membrana dura alrededor de un minuto despus de la cual viene un segundo tipo de bloqueo de la poliespermia denominado bloqueo lento de la poliespermia.

Barreras para la poliespermia

Barreras para la poliespermia

Bloqueo de la poliespermia

-El segundo bloqueo de la poliespermia es tambin llamado reaccin de los grnulos corticales o reaccin cortical.

Bloqueo de la poliespermia

-Debajo de la membrana del vulo hay grnulos que despus de penetrar el espermatozoide empiezan a fusionarse con la membrana plasmtica

Bloqueo de la poliespermia

-La fusin de los grnulos corticales a la membrana del vulo es provocada por un aumento de la concentracin intracelular de calcio.

Bloqueo de la poliespermia

-El aumento de la concentracin interna del calcio proviene de calcio del retculo endoplasmico del vulo. Si se hacen experimentos en los cuales se elimina el calcio externo la fusin de los grnulos corticales se produce igualmente por accin del calcio interno.

Bloqueo de la poliespermia

-La liberacin de calcio interno no slo es clave para la liberacin de grnulos corticales sino tambin para el inicio del desarrollo del embrin.

Bloqueo de la poliespermia

-Si se produce fecundacin pero se bloquea la liberacin de calcio interno el embrin no se desarrolla. Por el contrario se puede inducir el inicio del desarrollo del embrin, sin mediar fecundacin, aumentando la concentracin interna de calcio.

Bloqueo de la poliespermia

-La liberacin de calcio desde el retculo endoplasmico que produce la liberacin del contenido de los grnulos corticales es mediada por el segundo mensajero IP3.

Bloqueo de la poliespermia

-El IP3 abre canales de calcio del retculo sarcoplsmico. Si experimentalmente bloqueamos la produccin de IP3 la liberacin de calcio no se produce. Si por otra parte inyectamos IP3 al interior del ovulo se produce la liberacin interna de calcio.

IP3, calcio

Bloqueo de la poliespermia

-Los grnulos liberan su contenido, dentro de los cuales tenemos:

1) Enzimas proteolticas como la serinoproteasa disuelven protenas que unen la membrana plasmtica y la membrana vitelina y se rompen adems las uniones entre la protena bindina y su receptor liberndose as algunos espermatozoides que todava estuviesen unidos.

Bloqueo de la poliespermia

2) Los mucopolisacridos liberados de los grnulos producen una entrada masiva de agua generndose que la membrana vitelina se expanda.

Bloqueo de la poliespermia

3) Enzimas N-acetilglucosaminidasa de la cadena de hidratos de carbono de la ZP3 (la N-acetilglucosamina es uno de los grupos a los que se une el espermatozoide). Al eliminarse la N-acetilglucosamina la ZP3 no se podr unir a los espermatozoides. Otra proteasa ataca la glicoprotena ZP2 (otra de las protenas de unin al espermatozoide).

Bloqueo de la poliespermia

4) Un grupo de protenas liberadas de los grnulos, dentro de las cuales se halla la hialina, forman una cubierta alrededor del cigoto, la capa hialina.

Bloqueo de la poliespermia

Fecundacin

-El ovocito termina la segunda divisin meitica inmediatamente despus de la entrada del espermatozoide.

-El ovocito resultante de la segunda divisin meitica se le llama proncleo femenino.

Fecundacin

-El proncleo femenino se pone en contacto con el proncleo masculino y ambos pierden sus membranas nucleares.

-Previamente ambos proncleos aumentaron de tamao y duplicaron su material nuclear.

Fecundacin

-Despus los cromosomas se disponen en el huso para realizar una mitosis normal.

-Las cromtidas hermanas se desplazan hacia los polos opuestos quedando cada clula con un nmero diploide de cromosomas.