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Hola, ¿qué tal? Este vídeo conforma parte de los recursos de apoyo para la materia y seguiremos con el tema iniciado en el vídeo anterior, fecundación. Específicamente, esta vez discutiremos temas relacionados con la capacitación del espermatozoide y también daremos algunos detalles sobre la fusión de las membranas de las gametas, sus bases celulares y consecuencias.
Durante su transporte desde los túbulos seminíferos hasta la ampolla del oviducto, un espermatozoide se somete a un proceso de maduración funcional que lo prepara para fertilizar e interactuar con un ovocito. Durante la eyaculación, los espermatozoides se impulsan a través del conducto deferente y uretra y se mezclan con secreciones nutritivas de las vesículas seminales, próstata y de las glándulas bulbo uretrales. Hasta 300 millones de espermatozoides pueden depositarse en la vagina en una sola eyaculación, pero solo unos pocos cientos logran atravesar el cuello uterino, el útero y el oviducto hasta alcanzar la ampolla.
En la ampolla del oviducto, los espermatozoides logran sobrevivir y retener su capacidad de fertilizar un ovocito durante unos tres días. Se ha documentado que antes de entrar en la ampolla del oviducto, los espermatozoides no capacitados se unen activamente a las membranas de las células de las trompas en el istmo. Esta unión es temporal y parece romperse cuando los espermatozoides se capacitan. Además, la vida útil de los espermatozoides se alarga significativamente por esta unión.
Esta restricción de la entrada de los espermatozoides en la ampolla durante la capacitación y la extensión de su vida pueden tener importantes consecuencias. Esta unión podría funcionar como un bloqueo a la polispermia al prevenir que muchos espermatozoides lleguen al ovocito al mismo tiempo. Además, ralentizando la tasa de capacitación y extendiendo la vida de las células espermáticas, podría maximizar la probabilidad del encuentro de gametas en la ampolla.
Hay que tener en cuenta que los espermatozoides recién eyaculados no pueden fertilizar el ovocito. No pueden realizar reacción acrosómica o reaccionar a las señales que eventualmente los guiarán al ovocito. Para conseguir tal competencia, el espermatozoide debe sufrir una serie de cambios fisiológicos secuenciales llamado capacitación.
La capacitación es el paso final de la maduración de los espermatozoides y consiste principalmente en cambios en el acrosoma, que se preparan para liberar las enzimas necesarias para penetrar en la zona pelúcida. La capacitación se lleva a cabo dentro del tracto genital femenino y se cree que requiere contacto con secreciones del oviducto. Aunque la capacitación no se conoce en su totalidad, existen dos conjuntos de cambios moleculares que se consideran importantes.
La membrana de los espermatozoides es alterada por la eliminación del colesterol por la albúmina del tracto genital femenino. La salida del colesterol de los espermatozoides produce la reorganización de la membrana celular, permitiendo que las proteínas receptoras que puedan unirse a la zona pelúcida y participar en la reacción acrosómica se reubiquen preferentemente en la región anterior de la cabeza del espermatozoide. Estos cambios, tanto en la membrana crónica externa como en la membrana celular, serían preparatorios de la reacción acrosómica.
También durante la capacitación se pierden algunas proteínas y carbohidratos de la superficie del espermatozoide. Es posible que estos compuestos bloqueen los sitios de reconocimiento para las proteínas espermáticas que se unen a la zona pelúcida. Ha sido sugerido que el desenmascaramiento de estos sitios podrían ser uno de los efectos de la pérdida del colesterol.
Estos cambios resultan en la apertura de canales de calcio que permiten que el mismo ingrese a los espermatozoides. El calcio y los iones de bicarbonato son críticos para activar la producción de AMP cíclico y para facilitar los eventos de fusión de membranas de la reacción acrosómica. La afluencia de iones de bicarbonato produce un incremento de pH en los espermatozoides y esto será crítico en el post en la posterior activación de los canales de calcio.
Como resultado de la formación de AMP cíclico, se produce la fosforilación de proteínas. Una vez que éstas estén fosforiladas, algunas proteínas migran a la superficie de la cabeza del esperma. Una de estas proteínas es Izumo, que será crítica en la función del espermatozoide y ovocito. Hacia el final de la capacitación, los espermatozoides hiperactivan, nadan a mayores velocidades y generan mayor fuerza.
La hiperactivación parece estar mediada por la apertura de un canal de calcio específico en la cola de los espermatozoides. El movimiento simétrico del flagelo se transforma en uno asincrónico rápido con un mayor grado de flexión. Es precisamente la hiperactivación flagelar del espermatozoide la que permite liberar a la célula del epitelio del istmo del oviducto y continuar su camino hacia el complejo cúmulo-ovocitario.
La hiperactivación puede permitir que los espermatozoides respondan de manera diferente a ciertas señales que lo conduzcan al ovocito. La hiperactivación, junto con una enzima, hialuronidasa, en el exterior de la membrana, permite a los espermatozoides labrar un camino a través de la matriz extracelular de las células del cúmulo, que guía a los espermatozoides hacia el complejo cúmulo-ovocitario.
El calor es una señal. Hay un gradiente térmico de dos grados centígrados entre el istmo del oviducto y la región ampular más cálida. El espermatozoide mamífero capacitado puede detectar diferencias térmicas sutiles y tiende a migrar hacia la temperatura más alta, fenómeno conocido como termotaxis.
Para cuando los espermatozoides están en la región ampular, la mayoría de ellos han sufrido la reacción acrosómica. Ahora, un segundo mecanismo de detección, la quimiotaxis, puede entrar en juego. Parece que el ovocito y sus acompañantes, las células del cúmulo, secretan moléculas que atraen a los espermatozoides capacitados hacia el ovocito. Durante las últimas etapas de la migración del esperma, una de estas señales químicas parece ser la hormona progesterona, que es producida por las células del cúmulo.
En humanos, se ha demostrado que la progesterona se une a un receptor que activa los canales de calcio de la membrana de la cola del espermatozoide, lo que conduce a la hiperactivación. Esta activación se lleva a cabo solo después de que el pH intracelular del espermatozoide ha aumentado, lo cual puede ayudar a explicar por qué la capacitación es necesaria para que el espermatozoide alcance fertilizar el ovocito.
En resumen, los procesos de guía mediados por calcio son, por un lado, la rotaxis, que es de largo alcance; la termotaxis, que es de rango moderado; y finalmente, la quimiotaxis, que funciona a milímetros del ovocito.
Antes de que los espermatozoides de los mamíferos puedan fusionarse al ovocito, primero deben unirse y penetrar la zona pelúcida. La zona pelúcida del ratón está formada por tres principales lipoproteínas: ZP1, ZP2 y ZP3. En este primer contacto y reconocimiento entre los espermatozoides y la membrana pelúcida, es necesario que los espermatozoides recién llegados no hayan sufrido aún la reacción acrosómica. Esto se debe a que deben poseer la membrana periacrosómica intacta con sus correspondientes moléculas de reconocimiento para la ZP3 y su unión a la membrana pelúcida.
El contacto con la ZP3 provoca la reacción acrosómica en los espermatozoides que aún no la han sufrido. Estos espermatozoides son los que poseen mayor probabilidad de fecundar, pues disponen de su dotación enzimática intacta. Esto garantiza la posibilidad de excavar un túnel en la membrana pelúcida y llegar hasta el ovocito en metafase II. En esta etapa, también es fundamental la movilidad de los espermatozoides.
En los mamíferos, el contacto del espermatozoide con el ovocito es tangencial. La región de la membrana del espermatozoide donde se inicia la fusión se llama región ecuatorial. El espermatozoide se liga a regiones del ovocito donde la actina se polimeriza para extender las microvellosidades que envuelven al espermatozoide.
Los mecanismos de fusión de gametas aún no son completamente conocidos. Sin embargo, tenemos algunas certezas. Los espermatozoides que inician el proceso de fusión celular tienen que haber realizado previamente su reacción acrosómica. Esto lo podemos afirmar porque moléculas proteicas que son relevantes para la fusión originalmente se encuentran en el casquete acrosómico y solamente quedan expuestas a sus ligandos en la superficie del ovocito una vez que la reacción acrosómica ha sido realizada.