Crecimiento, maduración y fecundación del ovocito GAMETOS Y
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Crecimiento, maduración y fecundación del ovocito Prof. Dr. Rafael Linares García - Valdecasas Universidad Rey Juan Carlos BLOQUE 3 GAMETOS Y EMBRIONES MÁSTER EN REPRODUCCIÓN HUMANA Contenido 1. Resumen ............................................................................................................................... 2 2. Gametogénesis ..................................................................................................................... 3 2.1. Origen extraembrionario y migración de las células hacia las gónadas ........................... 3 2.2. Fase de mitosis ............................................................................................................... 3 2.3. Fase de meiosis .............................................................................................................. 3 2.4. Maduración de los óvulos ............................................................................................... 4 3. Fecundación .......................................................................................................................... 7 4. Bibliografía............................................................................................................................ 8 UNIDAD 01: Crecimiento, maduración y fecundación del ovocito BLOQUE 3: GAMETOS Y EMBRIONES Página 1 de 8 MÁSTER EN REPRODUCCIÓN HUMANA 1. Resumen La línea celular de la que surgen los gametos, llamada línea germinal se origina en el ectodermo primitivo, haciéndose evidente como células primordiales germinales en la pared del saco vitelino, en la cuarta semana del desarrollo. A partir de este momento, las células mencionadas emigran hasta la pared posterior del embrión para poblar las gónadas en desarrollo y diferenciarse en las células precursoras de los gametos, espermatogonias en el varón y oogonias en la mujer. Estas células que contienen 23 pares de cromosomas producen gametos mediante el proceso de gametogénesis, oogénesis en la mujer y espermatogénesis en el varón. Durante la gametogénesis, estas células sufren un proceso de meiosis y su número de cromosomas se reduce a la mitad, los gametos en desarrollo presentan una serie de modificaciones citoplasmáticas que se traducen en la producción de espermatocitos maduros en varón y de ovocitos maduros en la mujer. En el varón la formación de espermatogonias y la espermatogénesis, tiene lugar en los tubos seminíferos de los testículos y a partir de la pubertad, por el contrario, en la mujer la formación de los ovocitos primarios se produce durante la vida fetal, ya que durante el tercer y quinto mes de vida intrauterina, las oogonias comienza su primera división meiótica, quedando retenida la meiosis hasta después de la pubertad. Cuando llega la pubertad, cada mes, algunos ovocitos reanudan con el folículo que lo rodean su desarrollo en respuesta a la producción de hormonas gonadotrópicas hipofisarias, sólo uno de estos folículos madura por completo, liberando el ovocito que completará la meiosis si es fecundado por el espermatozoide. Fecundado el ovocito, termina la meiosis y se forma el cigoto. UNIDAD 01: Crecimiento, maduración y fecundación del ovocito BLOQUE 3: GAMETOS Y EMBRIONES Página 2 de 8 MÁSTER EN REPRODUCCIÓN HUMANA 2. Gametogénesis Es el proceso mediante el cual, las células sexuales femeninas y masculinas se convierten en gametos maduros capaces de producir la fecundación. Este proceso podemos dividirlos en cuatro fases: Origen extraembrionario y migración de las células hacia las gónadas. Fase de mitosis. Fase de meiosis. Maduración de los óvulos y espermatozoides. La primera fase es común para el varón y la mujer, mientras que en el resto de las fases existen marcadas diferencias entre uno y otro sexo. Nosotros vamos a describir el proceso que acaece en las células sexuales femeninas. 2.1. Origen extraembrionario y migración de las células hacia las gónadas Las células que darán lugar a los gametos se originan en el ectodermo del embrión en la cuarta semana del desarrollo. Estas células se separan del ectodermo e inician un proceso de migración mediante movimientos ameboides hasta el interior del endodermo de la pared del saco vitelino. Estas células constituyen la línea germinal y reciben el nombre de células primordiales. Se reconocen fácilmente por su gran tamaño, presentar un citoplasma claro y su alto contenido en fosfatasa alcalina. Entre la cuarta y sexta semana del desarrollo, las células germinales primordiales emigran de nuevo desde el saco vitelino a la pared del tubo digestivo, y desde aquí, a través del mesenterio hasta la pared dorsal del cuerpo, ocupando la mayoría de ellas la región de la pared corporal adyacente a la décima vértebra dorsal, donde se formarán las gónadas. 2.2. Fase de mitosis Cuando las células germinales alcanzan las gónadas, inician una proliferación mitótica. En cada división mitótica, cada célula produce dos células diploides iguales desde el punto de vista genético, después de varias series de divisiones mitóticas, el número de células primordiales aumenta de forma exponencial. Las oogonias, sufren una intensa mitosis en el ovario embrionario desde el segundo al quinto mes de gestación, hasta alcanzar cerca de siete millones de células, posteriormente gran cantidad de ellas degeneran mediante una degeneración natural que se domina atresia. 2.3. Fase de meiosis Cuando las oogonias inician la primera división meiótica en el periodo fetal se denominan oocitos primarios. Este proceso de meiosis, es un proceso muy lento ya que queda suspendido en la etapa de diplotene hasta la pubertad. Durante los años fértiles, un número pequeño de oocitos primarios, alrededor de 10 a 30, completa la primera división meiótica con cada ciclo menstrual y comienzan a desarrollarse aún más. El resto de los oocitos primarios permanecen en la fase de diplotene. Al finalizar la división meiótica, antes de la ovulación, el resultado es UNIDAD 01: Crecimiento, maduración y fecundación del ovocito BLOQUE 3: GAMETOS Y EMBRIONES Página 3 de 8 MÁSTER EN REPRODUCCIÓN HUMANA una célula, de gran tamaño, denominada oocito secundario y otra célula, de menor tamaño y carente de función, denominada primer cuerpo polar. Los oocitos secundarios inician la segunda división meiótica, pero ésta se detiene en el proceso de metafase y sólo continuará la división si es fecundado por un espermatozoide, si no acaece la fecundación no terminan la división meiótica. 2.4. Maduración de los óvulos De los casi dos millones de oocitos primarios presentes en los ovarios en el momento del nacimiento, sólo sobreviven hasta la pubertad alrededor de 40.000, todos ellos en la primera fase meiótica. Aproximadamente 400 se ovulan en realidad, uno en cada ciclo menstrual, el resto de los oocitos primarios degeneran sin salir del ovario, pero gran cantidad de ellos se desarrollan y después se vuelven atrésicos. Al nacimiento, los oocitos primarios están investidos con una o dos capas de células foliculares, este complejo recibe el nombre de folículo primario. Las células foliculares y el oocito, secretan conjuntamente una capa de material acelular compuesto por glucoproteinas dispuestas sobre la superficie del oocito que se denomina zona pelúcida. Las conexiones de las microvellosidades entre el oocito y las células foliculares se mantienen a través de esta zona pelúcida. Estas uniones permiten el intercambio de aminoácidos y metabolitos de la glucosa, indispensables para el crecimiento del oocito. Existen consideraciones de que las células foliculares secretan un factor inhibitorio de meiosis que sería el responsable de mantener la primera detención de la meiosis en la etapa diplotene. Este factor se transfiere de las células foliculares al oocito a través de estas uniones comunicantes. La zona pelúcida contienen receptores de espermatozoides y otros componentes importantes para la fecundación. El aumento del tamaño del oocito y del número de células foliculares son los responsables que durante los años previos a la pubertad muchos de los folículos primarios se agrandan, llamándose folículos en crecimiento. A partir de este momento del desarrollo, algunos de los folículos en crecimiento inician un proceso de degeneración y otros aumentan su tamaño como consecuencia de los niveles en crecimiento de FSH, desarrollando estos una cavidad central llena de liquido, denominado antro y llamándose a éstos folículos a partir de este momento antrales o vesiculares. Simultáneamente el tejido conjuntivo del estroma ovárico que rodea a estos folículos se diferencia en dos capas, una capa interna o teca interna y una capa externa o teca externa. La capa interna se encuentra altamente vascularizada y es glandular, mientras que la teca externa es mas parecida al tejido conjuntivo. Uno de los folículos en desarrollo continua creciendo debido a la absorción de liquido, mientras que el resto de los folículos degenera dando lugar a la atresia de los mismos. El oocito rodeado de células foliculares denominadas cúmulo u ooforo, se proyecta hacia el antro en expansión, aunque permanece conectado a la capa de células foliculares que recubre a la cavidad antral, y que se encuentra bajo la membrana basal del folículo. Esta capa se denomina membrana granulosa, y el folículo se denomina folículo folicular maduro o secundario o folículo de De Graaf maduro. Aun el oocito no ha reanudado la meiosis. UNIDAD 01: Crecimiento, maduración y fecundación del ovocito BLOQUE 3: GAMETOS Y EMBRIONES Página 4 de 8 MÁSTER EN REPRODUCCIÓN HUMANA Alrededor del día 13 o 14 del ciclo menstrual se produce una brusca e intensa elevación de los niveles de FSH y LH. Este pico ovulatorio de las gonadotropinas hipofisarias, estimula al oocito primario del folículo De Graaf para que reanude la meiosis, por lo que la membrana de la vesícula germinal del oocito se rompe. Después de aproximadamente 20 horas, los cromosomas se encuentran en metafase, e inmediatamente después se produce la división celular para formar el oocito secundario y el primer corpúsculo polar. El oocito secundario inicia rápidamente la segunda división meiótica, que queda detenida en la segunda metafase meiótica. El proceso de ovulación, es decir la expulsión del oocito secundario del folículo, es comparable a una respuesta inflamatoria, ya que se inicia con la secreción de histamina y prostraglandinas. En las horas siguientes del pico ovulatorio de FSH y LH se incrementa la vascularización del folículo el cual sufre un edema y adquiere un color rosado. El folículo se desplaza a la superficie del ovario en donde hace prominencia iniciándose en los momentos previos a la ovulación un adelgazamiento de la pared del folículo que se encuentra proyectada en la superficie del ovario, en este momento se denomina folículo terciario, dando lugar a una proyección en forma de pezón llamada estigma.. El oocito secundario esta situado en un pequeño montículo de células conocido como cumulus oophorus que se sitúa en un lado del antro muy desarrollado, las células del cumulus secretan una abundante matriz extracelular formada fundamentalmente por ácido hialurónico, que hace que la masa de células del cumulus incremente varias veces su tamaño original, este proceso denominado de expansión del cúmulus podrían intervenir en el progreso de la meiosis y de la ovulación. La rotura del folículo se produce por dos mecanismos que coinciden en el tiempo, uno por el aumento de tensión producido por las células musculares lisas sobre la pared del folículo y otro por la liberación de enzimas que degradan al colágeno, lo que provocaría la rotura folicular. No se trata de una rotura explosiva sino de un desplazamiento lento a través de la superficie del ovario. La ovulación tiene lugar unas 38 horas después del pico ovulatorio de gonadotropinas hipofisarias Las fimbrias de las trompas uterinas arrastran a la masa adherente formada por el oocito y el cumulus hacia la ampolla de la trompa, gracias al movimiento sincrónico de los cilios de la pared tubárica. El oocito permanece viable en el interior de la ampolla durante un periodo de 24 horas antes de perder su capacidad para ser fecundado. Tras la ovulación, las células de la membrana granulosa de la pared rota del folículo comienzan a proliferar y originan las células luteicas y el cuerpo lúteo. El cuerpo lúteo es una estructura endocrina encargada de secretar hormonas esteroideas responsables del mantenimiento del endometrio en estado de recibir al embrión, si no se produce la implantación del embrión en el útero, el cuerpo lúteo degenera al cabo de unos 14 días convirtiéndose en una estructura cicatricial denominada cuerpo albicans. A partir del quinto día del ciclo menstrual, las células foliculares y la teca de los folículos activos secretan estrógenos, que serán los responsables de estimular la proliferación y remodelación del revestimiento endometrial del útero. Esta fase proliferativa se inicia hacia el quinto día y termina hacia el día decimocuarto del ciclo. UNIDAD 01: Crecimiento, maduración y fecundación del ovocito BLOQUE 3: GAMETOS Y EMBRIONES Página 5 de 8 MÁSTER EN REPRODUCCIÓN HUMANA Una vez que se ha producido la ovulación, las células de la teca de la pared del cuerpo lúteo continúan secretando estrógenos y las células luteicas, diferenciadas a partir de células foliculares, secretan grandes cantidades de hormonas esteroideas, la progesterona. La progesterona luteínica estimula el endometrio para aumentar aún más su espesor, forma estructuras glandulares e incrementa su vascularización. Esta fase secretora de la diferenciación endometrial dura 13 días, salvo cuando el embrión se implanta en el endometrio. Cerca del final del ciclo menstrual el cuerpo lúteo se contrae y la secreción de progesterona disminuye. El endometrio desarrollado, que depende de la progesterona, degenera y comienza a descamarse, iniciándose la fase menstrual de cuatro a cinco días de duración, en la que el endometrio se descama junto con el oocito no fecundado y unos 40ml. de sangre, indica el comienzo de un nuevo ciclo. UNIDAD 01: Crecimiento, maduración y fecundación del ovocito BLOQUE 3: GAMETOS Y EMBRIONES Página 6 de 8 MÁSTER EN REPRODUCCIÓN HUMANA 3. Fecundación La ovulación da como resultado la expulsión tanto del líquido antral como del óvulo. El óvulo expulsado es un complejo constituido por: a) el óvulo, b) la zona pelúcida, c) la corona radiada, que presenta dos o tres capas de espesor y d) una matriz pegajosa que contiene las células del cumulus. Cuando los espermatozoides viables encuentran a un ovocito ovulado en la ampolla de la trompa uterina, lo rodean y comienzan a forzar su pared a través de la masa del cumulus. Cuando un espermatozoide alcanza la zona pelúcida que rodea al ovocito se une con una molécula receptora de la glucoproteína del espermatozoide presente en la zona pelúcida ZP3, proceso que va a inducir al acrosoma para que se produzca una liberación de enzimas líticos, que van a permitir que el espermatozoide pueda a- travesar la zona pelúcida. Cuando el espermatozoide consigue atravesar la zona pelúcida y alcanzar el ovocito, las membranas celulares de ambas células se fusionan y miles de gránulos cortacallos, localizados debajo de la membrana celular del ovocito liberan su contenido al espacio `perivitelino existente entre el ovocito y la zona pelúcida. Estas sustancias actúan sobre la zona pelúcida alterando a las moléculas receptores de espermatozoides, de tal manera que se impide la fecundación de un ovocito por más de un espermatozoide, polispermia. La fusión de las membranas celulares del ovocito y del espermatozoide hace que se reanude la meiosis, del tal modo que el ovocito completa la segunda metafase meiótica e inmediatamente pasa a la anafase, y se libera otro corpúsculo polar. Al ovocito fecundado se le denomina cigoto y contiene en este momento un conjunto diploide de cromosomas y una cantidad de ADN 2N. Transcurridas 24 horas tras la fecundación, el cigoto realiza la segmentación, consistente en una serie de divisiones mitóticas que no van acompañadas de crecimiento celular, por lo que el cigoto queda dividido en células hijas denominadas blastómeros. Las divisiones posteriores continúan hasta que se alcanza el estadio de 32 células, en el que el embrión adquiere la forma de una pequeña mora y se le denomina mórula. Las células de la mórula darán lugar al embrión propiamente dicho, a las membranas que lo rodean así como a la placenta y a las estructuras con ella relacionadas. UNIDAD 01: Crecimiento, maduración y fecundación del ovocito BLOQUE 3: GAMETOS Y EMBRIONES Página 7 de 8 MÁSTER EN REPRODUCCIÓN HUMANA 4. Bibliografía Bruce M. Carlson: Embriología Humana y Biología del desarrollo. Ed.Harcourt. Madrid. 2000. Browder Lw,ed.: Developmental biology,vol.1, Oogenesis, Nueva York, 1985. Espey LL, Lipner H: Ovulation. En Knobil E, Neill JD, eds: The physiology of production, 2ªed, Nueva York, 1994, Raven, págs.725-780. Gwatkin RBL: Fertilization mechanims in man and mammals, Nueva York, 1997, Plenum. Larsen, Willian J.: Embriología Humana. Ed. Elsevier Science. Madrid 2003. Metz CB, Monroy A, eds: Biology of fertilization, vols. 1-3, Nueva York, Academic. © 2012 – IVI Reservados todos los derechos UNIDAD 01: Crecimiento, maduración y fecundación del ovocito BLOQUE 3: GAMETOS Y EMBRIONES Página 8 de 8
