TEMA 11. GAMETOGÉNESIS Y FECUNDACIÓN PDF

TEMA 11. GAMETOGÉNESIS Y FECUNDACIÓN  Ovogénesis  Espermatogénesis  Fecundación  La meiosis tiene un marcado dimorfismo sexual inicio en adulto...

TEMA 11. GAMETOGÉNESIS Y FECUNDACIÓN  Ovogénesis  Espermatogénesis  Fecundación  La meiosis tiene un marcado dimorfismo sexual inicio en adulto ciclo continuo (días) diferenciación 2n Inicio en el feto, ovogonias finitas Ciclo celular discontinuo (larga duración) diferenciación n (espermiogénesis) x 4 gametos x 1 gameto Siu et al., (2020) Journal of CelL Biology 220: 0202102146e  Ciclo celular de la ovogénesis Señales que regulan el ciclo celular FSH, LH + 1ª parada del PROGESTERONA ciclo celular + 2ª parada del MEIOSIS ARREST AFTER METAPHASE II FECUNDACIÓN ciclo celular  Regulación del ciclo celular durante la ovogénesis 1ª parada (en diploteno): el mRNA de c-mos acumulado en el citoplasma es poliadenilado por efecto de la progesterona, sintetizándose Cdk-1 y activándose el MPF (dirige la condensación cromosómica y la formación del huso mitótico) FSH, LH hipófisis Células de la granulosa poliadenilación mRNA Cytostatic factor M-Cdk (Cdk1) (Ciclina B) APC 2ª parada (en metafase II): provocada por el efecto antagónico del factor citostático (CSF) sobre el complejo APC; el aumento de [Ca2+]citosol producido por la fecundación provoca la degradación del CSF (completándose la meiosis y comenzando los ciclos mitóticos embrionarios) Fig. 19.24 (modificada) Gilbert, S.F. (2000) Developmental Biology Ovogénesis: formación del ovocito y sus cubiertas Desarrollo folicular FSH LH Figure 21-23 Molecular Biology of the Cell Cubiertas ovocitarias La corona radiata está formada por 2-4 capas de células foliculares rodeadas por una MEC rica en ácido hialurónico Sus células están conectadas con el ovocito mediante proyecciones citoplasmáticas con uniones tipo gap; funciones metabólica, mecánica, y quimiotáctica Zona pellucida La zona pellucida está formada por una MEC fibrosa de glicoproteínas con dominios ZP (Ig-like) esenciales para el reconocimiento entre gametos, la fecundación y la prevención de la poliespermia perivitelline space ZP egg 6 mouse ZP cytoplasm La espermatogénesis ocurre en el epitelio germinativo de los túbulos seminíferos del testículo vas deferens efferent ducts ESPERMATOGÉNESIS ESPERMIOGÉNESIS 7  Durante la espermiogénesis las espermátidas se diferencian en espermatozoides, células con compartimentos y dominios de membrana altamente especializados Golgi phase Cap phase Acrosomal phase Maturation phase highly condensated chromatin (residual bodies) TEM SEM Distribución de los transportadores ácido-base y canales iónicos en los espermatozoides Morphología y compartimentos subcelulares de un espermatozoide humano  Durante la espermiogénesis las espermátidas se diferencian en espermatozoides, células con compartimentos y dominios de membrana altamente especializados Golgi phase Cap phase Acrosomal phase Maturation phase highly condensated chromatin SAR (residual bodies) TEM SEM Organization and maintenance of membrane macrodomains and microdomains in mammalian sperm acrosomal plasma membrane (APM) post-acrosomal plasma membrane (PAPM) sub-acrosomal ring (SAR) Morphología y compartimentos subcelulares de un espermatozoide humano Fecundación Etapas de la fecundación A. Penetración del espermatozoide a través de la corona radiata y adhesión a la ZP (unión primaria) B. Adhesión de las membranas de los gametos (unión secundaria) y fusión/fecundación C. Respuesta de activación del ovocito y bloqueo de la polispermia Los espermatozoides atraviesan las células del cumulus (corona radiata) por la acción de enzimas de su (primary binding) membrana plasmática, p.e. hialuronidasa A (acrosome reaction) (secondary binding) B C 11  La capacitación espermática es un proceso de reprogramación funcional de los espermatozoides necesario para poder acceder hasta el ovocito y fecundarlo Diferentes glicoformas de glicodelina en el tracto femenino modifican la composición de la membrana de los espermatozoides inhibiendo o promoviendo su capacitación Glycodelin CatSper ion channel activation CAPACITATION Fig. 7.12 Gilbert, S.F. (2000) Developmental Biology cambios en el CQ de actina A) Unión primaria: la fecundación comienza con la unión de los espermatozoides capacitados al ovocito mediante receptores de su membrana plasmática que reconocen la glicoproteína ZP3 B,C) En la reacción acrosómica, una fenestración múltiple de la membrana plasmática causada por su fusión con la membrana acrosomal externa va seguida de la pérdida progresiva de la membrana plasmática, la reconfiguración del segmento ecuatorial y la liberación del contenido del acrosoma y la degradación de la ZP D) Unión secundaria: los restos de la membrana plasmática del segmento ecuatorial del espermatozoide se unen al oolema y a ZP2 A) B) C) D) 13  La unión del espermatozoide a la ZP del ovocito ocurre mediante un mecanismo desconocido, dependiente de las modificaciones bioquímicas de los oligosacáridos de las glicoproteínas ZP y de su estado de proteólisis 14 A) Unión primaria: la fecundación comienza con la unión de los espermatozoides capacitados al ovocito mediante receptores de su membrana plasmática que reconocen la glicoproteína ZP3 B,C) En la reacción acrosómica, una fenestración múltiple de la membrana plasmática causada por su fusión con la membrana acrosomal externa va seguida de la pérdida progresiva de la membrana plasmática, la reconfiguración del segmento ecuatorial y la liberación del contenido del acrosoma y la degradación de la ZP D) Unión secundaria: los restos de la membrana plasmática del segmento ecuatorial del espermatozoide se unen al oolema y a ZP2 A) B) C) D) 15 A) Unión primaria: la fecundación comienza con la unión de los espermatozoides capacitados al ovocito mediante receptores de su membrana plasmática que reconocen la glicoproteína ZP3 B,C) En la reacción acrosómica, una fenestración múltiple de la membrana plasmática causada por su fusión con la membrana acrosomal externa va seguida de la pérdida progresiva de la membrana plasmática, la reconfiguración del segmento ecuatorial y la liberación del contenido del acrosoma y la degradación de la ZP D) Unión secundaria: los restos de la membrana plasmática del segmento ecuatorial del espermatozoide se unen al oolema y a ZP2 16 A) Unión primaria: la fecundación comienza con la unión de los espermatozoides capacitados al ovocito mediante receptores de su membrana plasmática que reconocen la glicoproteína ZP3 B,C) En la reacción acrosómica, una fenestración múltiple de la membrana plasmática causada por su fusión con la membrana acrosomal externa va seguida de la pérdida progresiva de la membrana plasmática, la reconfiguración del segmento ecuatorial y la liberación del contenido del acrosoma y la degradación de la ZP D) Unión secundaria: los restos de la membrana plasmática del segmento ecuatorial del espermatozoide se unen al oolema y a ZP2 A) B) C) D) 17  La unión y fusión de las membranas de ambos gametos es la etapa crítica de la fecundación, y requiere la interacción entre IZUMO1 en la superficie del spz y su receptor, JUNO, en la superficie del ovocito, resultando también necesaria la participación de otras proteínas (tetraspaninas), algunas aún desconocidas Bianchi et al. (2014) Nature 24;508:483-487 tetraspanins Development 146(15):dev176966 (2019) doi: 10.1242/dev.176966. Current Biology 27, R979–R1001 (2017) 18  Tras producirse la fecundación, ocurren varios mecanismos que aseguran el bloqueo de la polispermia Exocitosis de los gránulos corticales y modificación de la ZP Figure 21-34 Molecular Biology of the Cell Development 146(15):dev176966 (2019). doi: 10.1242/dev.176966. 19  La fusión de membranas de los gametos desencadena oscilaciones en la concentración citosólica de Ca2+ del ovocito La fosfolipasa C-zeta (PLCζ), un factor soluble liberado por el espermatozoide, produce la movilización del Ca2+ almacenado en el RE, mediada por InsP3, y la activación del ovocito Activación del ovocito: - Inhibición de APC/C: salida de la parada de metafase II y se completa la meiosis - Se inician las divisiones por mitosis en el embrión - Cambios metabólicos, p.e. traducción de los mRNAs maternos - Exocitosis de los gránulos corticales y prevención de la polispermia Swann et al. Physiological Reviews 2016, 96, 127-149. TEMA 11 LECTURAS RECOMENDADAS Alberts et al., 2010, 4/5ª ed., Ed. Omega - Cap. 21. La reproducción sexual: meiosis, células germinales y fecundación Becker et al., 2008, 6/7ª ed., Pearson/B. Cummings - Cap. 20. Recombinación sexual, meiosis y recombinación genética Karp, 2010, Cell Biology 6ª ed., Wiley eds. - Cap 14.3 Meiosis Gilbert, 2005, Biología del Desarrollo 7ª ed., Panamericana - Cap. 7. Fecundación: el comienzo de un nuevo organismo LECTURAS COMPLEMENTARIAS Referencias indicadas en las figuras 21