Reacción acrosómica

A reacción acrosómica é a reacción de descarga de encimas hidrolíticos do acrosoma do espermatozoide sobre a cuberta que rodea o óvulo e as células que o rodean, que abre un paso para que o espermatozoide poida chegar ata a membrana do ovocito, fusionarse con ela e penetrar no óvulo. O óvulo está rodeado dunha cuberta protectora chamada zona pelúcida e sobre esta nos mamíferos placentarios hai unha coroa de células do cúmulo oóforo e unha substancia xelatinosa que fai de matriz. Para abrise paso por todas esas capas, os espermatozoides utilizan a reacción acrosómica, que ocorre no acrosoma, orgánulo situado no extremo do espermatozoide, e que se produce cando este se aproxima ao óvulo.
O acrosoma é un orgánulo rodeado de membrana orixinado a partir do aparato de Golgi, normalmente situado na punta da cabeza do espermatozoide maduro, que contén encimas. Antes chamábaselle "corpo apical" debido á súa localización, ou "perforatorio", porque se pensaba que axudaba ao espermatozoide a perforar o óvulo. Unha vez que se completa a reacción acrosómica e o espermatozoide chega ata a membrana do ovocito, as membranas de ambas as células fusiónanse. Isto débese a que despois de ter lugar a reacción acrosómica quedan expostas na membrana ou activadas moléculas do contido acrosomico, que se unen a moléculas específicas da membrana do ovocito e prodúcese a fusión de ambas as membranas e o núcleo do espermatozoide penetra no óvulo, formándose o cigoto con dous pronúcleos, paterno e materno.
Nalgúns animais, como no rato Apodemus sylvaticus, prodúcese reaccións acrosómicas prematuras. O proceso en mamíferos
Moitos aspectos da reacción acrosómica e da fecundación non están aínda claros. Algunhas das moléculas que antes se cría que eran fundamentais nestes procesos, despois se viu que non eran imprescindibles e que actuaban xunto con máis factores. Fixéronse moitos experimentos in vitro e in vivo e en ratos knockout para estudar este proceso.
Os espermatoozides que chegaron ao tracto xenital feminino deben sufrir un proceso de capacitación, no cal se modifica a súa membrana plasmática (perde colesterol), facéndose máis fluída e competente para a fecundación. Unha vez que os espermatozoides chegan ao istmo das trompas de Falopio, acumúlanse no seu epitelio, e despois son atraídos por substancias quimiotácticas, ascendeno pola trompa e chegando á ampola da trompa.
Na ampola encóntrase o ovocito, que nos mamíferos placentarios está rodeado por unha capa protectora chamada zona pelúcida e por capas de células granulosas da coroa radiada, que formaban parte do cúmulo oóforo (non presentes en marsupiais) e rodeado de substancias xelatinosas ricas en ácido hialurónico. A proteína hialuronidase da superficie do espermatozoide hidroliza esta matriz xelatinosa e este ábrese paso a través das células do cúmulo.
Seguidamente, ten lugar a reacción acrosómica ou liberación do contido do acrosoma, o cal é un proceso gradual. Nalgúns mamíferos a reacción comeza cando o espermatozoide pasa por entre as células do cúmulo e noutros cando chega á zona pelúcida. O mecanismo da reacción acrosómica é o seguinte: un influxo de calcio activa a fosfolipase C e esta xera IP3 e diglicéridos a partir de PIP2. O IP3 fai que se libere calcio dos seus almacéns internos e o diglicérido é mediador da activación da PKC e da fosforilación de proteínas, o cal promove outro influxo de calcio que induce a reacción acrosómica completa.
Na zona pelúcida hai unha proteína chamada Zp3 que funciona como receptor primario do espermatozoide e induce a reacción acrosómica. A zona pelúcida funciona tamén como barreira específica de especie, xa que as moléculas que interaccionan da zona pelúcida e do espermatozoide son distintas segundo a especie. Os encimas liberados do acrosoma durante a reacción acrosómica causan a rotura proteolítica da zona pelúcida.
Unha vez que o espermatozoide traspasa a zona pelúcida e chega ao espazo perivitelino, toma contacto coa membrana do ovocito. Isto só é posible se o espermatozoide completou a reacción acrosómica, xa que esta expón ou activa certos antíxenos fusóxenos da membrana do espermatozoide, como Izumo1 no rato, que se une a proteínas específicas da membrana do ovocito, como Cd9. Estas interaccións causan a fusión das dúas membranas e a liberación do contido da cabeza do espermatozoide, onde están os cromosomas paternos, no interior do ovocito. Como se observou en estudos en ratos, Izumo1 únese á proteína do ovocito JUNO e unha vez unidas, o espermatozoide e o óvulo fusiónanse para formar os dous pronúcleos.
Despois da penetración do espermatozoide, se todo vai normalmente, ocorre o proceso de activación do ovocito. Isto pénsase que é inducido por unha proteína específica, a fosfolipase C zeta. O ovocito completa a segunda división meiótica e os dous núcleos haploides (paterno e materno) fusiónanse para formar o cigoto. Para impedir a polispermia (fecundación por máis dun espermatozoide) e minimizar a posibilidade de producir un cigoto triploide, prodúcense varios cambios na membrana do ovocito que o fan impenetrable pouco despois de que entrou o primeiro espermatozoide (como a rápida perda da proteína JUNO). Reacción acrosómica espontánea
Os espermatozoides poden iniciar unha reacción acrosómica espontánea bastante antes de chegar á zona pelúcida, así como in vitro nun medio de cultivo apropiado.
Sábese que, en certo sentido, este fenómeno é fisioloxicamente normal entre os mamíferos. A reacción acrosómica é inducida polo paso a través das células do cúmulo oóforo, mediada por hormonas e moléculas de sinalización (como a proxesterona, LPA, LPC).
En ratos, está ben establecido que é fisioloxicamente normal e común. Os espermatozoides dos ratos que sufriron unha reacción acrosómica espontánea completa aínda poden fecundar ovocitos. Ademais, a taxa de reaccións acrosómicas espontáneas é maior en especies promiscuas como Apodemus sylvaticus, no que hai un alto grao de competencia entre os espermatozoides.
En humanos, por outra parte, segue discutíndose o momento exacto en que se inicia a reacción acrosómica na fertilización fisiolóxica, debido ás restricións experimentais (por exemplo, nos estudos animais utilízanse frecuentemente ratos modificados xeneticamente con esperma fluorescente, que son moi útiles, pero en estudos en humanos non se pode).
Fixéronse estudos que intentaban ligar a taxa de reacción acrosómica espontánea in vitro en espermatozoides humanos coa calidade dos espermatozoides e a taxa de fecundación, pero o resultado global tivo resultados mesturados e en 2018 non parece que se lle encontrase utilidade clínica. Na fecundacion in vitro
Cando se usa a inxección espermática intracitoplasmática para a fecundación in vitro (FIVIT), a taxa de implantación é maior en ovocitos inxectados con espermatozoides que sufriron a reacción acrosómica (~40 %) fronte aos que non a sufriron (~10 %). A taxa de implantación é de ~25 % cando se inxecta con ambos os tipos de espermatozoides. A taxa de entrega por ciclo segue a mesma tendencia.
A reacción acrosómica pode ser estimulada in vitro por substancias coas que un espermatozoide se pode encontrar naturalmente, como a proxesterona ou o fluído folicular, así como co ionóforo de calcio máis utilizado A23187.
Avaliación
Poden utilizarse a microscopia de birrefrinxencia, a citometría de fluxo ou a microscopia de fluorescencia para avaliar a reacción acrosómica dunha mostra de esperma. A citometria de fluxo e a microscopia de fluorescencia utilízanse habitualmente despois de tinguir con lectina fluoresceinada como FITC-PNA, FITC-PSA, FITC-ConA ou anticorpos fluoresceinados como FITC-CD46. Os anticorpos/lectinas teñen unha alta especificidade para diferentes partes da rexión acrosómica, e só se unen a un sitio específico (contido acrosómico/ membrana interna /externa). Se se unen a unha molécula fluorescente, poden visualizarse as rexións onde esta sondas se uniron. Os espermatozoides con reaccións acrosómicas inducidas artificialmente poden servir como controis positivos.
Para a microscopia de fluorescencia faise un frotis de espermatozoides lavados, secados ao aire, permeabilizados, e despois tinguidos. A preparación vese despois baixo unha luz dunha lonxitude de onda que cause que a sonda emita fluorescencia se está unida á rexión acrosómica. Polo menos cóntanse aleatoriamente 200 células e clasifícanse como con acrosoma intacto (con fluorescenca verde brillante), ou con acrosoma que reaccionou (non está presente a sonda ou só na rexión ecuatorial). Entón exprésase como unha porcentaxe das células contadas.
Para a avaliación con citometría de fluxo, as células lavadas incúbanse coa sonda elixida, e finalmente mostréanse nun citómetro de fluxo. A etapa final é analizar os datos resultantes (por exemplo, compáranse as fluorescencias medias). Con esta técnica, pode tamén incluírse unha sonda para a viabilidade como o ioduro de propidio para excluír as células mortas na avaliación do acrosoma, xa que moitos espermatozoides perden espontaneamente o seu acrosoma ao morreren.