miércoles, 13 de noviembre de 2013

16 LA FECUNDACIÓN Y EL EMBRIÓN NO IMPLANTADO

La fertilización también denominada concepción es la fusión de los gametos masculino y femenino que conlleva a la formación de un embrión y al desarrollo de un nuevo organismo. El paso inicial de la fertilización es la unión de la cabeza del espermatozoide a la zona pellucida del ovulo para luego ingresar en él. La fertilización involucra el proceso de singamia/plasmogamia en la que el citoplasma de ambos gametos se une, pero el cigoto como tal nunca restaura el material genético completo pues los dos núcleos de los gametos permanecen independientes hasta que se da la primera división celular. El proceso de unión del espermatozoide al óvulo esta mediado por proteínas de membrana específicas que sirven como barrera de selección sexual o como una barrera de separación entre especies diferentes. También impide que más de un espermatozoide ingrese al óvulo, proceso denominado poliespermia.

Referencias generales: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Goodenough & McGuire, 2012; Griffiths, Wessler, Lewontin, & Carroll, 2007; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Klug, Cummings, Spencer, & Palladino, 2012; Lieberman & Rice, 2014; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason, Losos, Singer, & Raven, 2014; Nussbaum, McInnes, Willard, & Hamosh, 2007; Pierce, 2005; Pollard, Earnshaw, Lippincott-Schwartz, & Johnson, 2017; Reece et al., 2014; Rhoades & Bell, 2013; Sadava, Berenbaum, & Hillis, 2014; Sadler, 2012; Simon, Reece, & Dickey, 2013; Solomon, Martin, Martin, & Berg, 2014; Starr, Evers, & Starr, 2013; Weaver, 2012)

16.1 La fecundación

Una vez que los espermatozoides y el óvulo completan su viaje de manera exitosa, el siguiente paso debe ser la singamia, es decir el proceso opuesto a la citocinesis en la que dos células se fusionan para generar una sola. El proceso inicia mediante el contacto íntimo de la superficie del espermatozoide con los receptores en la zona pellucida, la cual inicia una reacción en el acrosoma del espermatozoide que ha sido capacitado anteriormente. La zona pellucida posee glicoproteínas específicas que se anclan a los receptores de la superficie de los espermatozoides en la clásica acción “llave-cerradura”. Estos receptores son especie específicos e impiden que los espermatozoides de diferentes especies puedan fecundar un óvulo; aunque también pueden servir como un mecanismo de selección sexual en la que el óvulo selecciona los espermatozoides apropiados para el.

El contacto entre el espermatozoide y el óvulo dispara la reacción del acrosoma, la cual es un requisito para que el espermatozoide pueda lograr la penetración. El espermatozoide posee enzimas proteolíticas capaces de disolver la matriz extracelular de las células granulosas que rodean al óvulo, permitiendo al espermatozoide moverse a través de esta densa matriz. El espermatozoide penetra la zona pellucida ayudado por enzimas proteolíticas y propulsado por el esfuerzo máximo de su cola, en lo cual puede tardarse aproximadamente unos 30 minutos. Después de ingresar al espacio perivitelino el espermatozoide se ancla a la superficie de la membrana del óvulo y microvellos que se extienden desde la membrana celular del óvulo se extienden y fijan al espermatozoide, para posteriormente rodearlo por fagocitosis. La cola del espermatozoide es disuelta en el citoplasma del óvulo.

A El espermatozoide se aproxima al óvulo; B Contacto entre el espermatozoide y la zona pellucida; C Entrada del espermatozoide y contacto con el oolema; D reinicio de la meiosis, inicia meiosis II; E se completa la meiosis y se excluyen otros dos cuerpos polares; F formación de los pronucleos masculino y femenino; G Migración de los pronucleos al centro de la célula; H inicia el primer clivaje.

Referencias generales: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Goodenough & McGuire, 2012; Griffiths, Wessler, Lewontin, & Carroll, 2007; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Klug, Cummings, Spencer, & Palladino, 2012; Lieberman & Rice, 2014; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason, Losos, Singer, & Raven, 2014; Nussbaum, McInnes, Willard, & Hamosh, 2007; Pierce, 2005; Pollard, Earnshaw, Lippincott-Schwartz, & Johnson, 2017; Reece et al., 2014; Rhoades & Bell, 2013; Sadava, Berenbaum, & Hillis, 2014; Sadler, 2012; Simon, Reece, & Dickey, 2013; Solomon, Martin, Martin, & Berg, 2014; Starr, Evers, & Starr, 2013; Weaver, 2012)

16.2 Blindaje

Poco después de que el espermatozoide ingresa en el óvulo, este último inicia un proceso masivo de activación. El primer paso es la liberación de orgánulos semejantes a los lisosomas denominados gránulos corticales que se fusionan con la membrana del óvulo. La fusión inicia en el punto donde el óvulo fue penetrado y posteriormente se expande al resto de la superficie de la membrana ovular. El proceso puede ser descrito como una exocitosis masiva en la que el contenido de los gránulos corticales es liberado alrededor de todo el óvulo en la zona pellucida.

El contenido de los gránulos corticales blinda la zona pellucida a la acción de las enzimas proteolíticas de los espermatozoides e impide el acoplamiento de la superficie de la membrana celular del espermatozoide. El proceso es extremadamente rápido y una vez que un espermatozoide logra ingresar, el proceso guiado por los gránulos corticales impedirá que otro espermatozoide logre realizar la misma hazaña. De este modo se impide el proceso de poliespermia.

Referencias generales: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Goodenough & McGuire, 2012; Griffiths, Wessler, Lewontin, & Carroll, 2007; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Klug, Cummings, Spencer, & Palladino, 2012; Lieberman & Rice, 2014; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason, Losos, Singer, & Raven, 2014; Nussbaum, McInnes, Willard, & Hamosh, 2007; Pierce, 2005; Pollard, Earnshaw, Lippincott-Schwartz, & Johnson, 2017; Reece et al., 2014; Rhoades & Bell, 2013; Sadava, Berenbaum, & Hillis, 2014; Sadler, 2012; Simon, Reece, & Dickey, 2013; Solomon, Martin, Martin, & Berg, 2014; Starr, Evers, & Starr, 2013; Weaver, 2012)


16.3 Continuación de la meiosis

La incorporación del espermatozoide por el óvulo no solo dispara la exocitosis de gránulos corticales, también incrementa la cantidad de calcio al interior de la célula, lo cual conlleva a la activación de una variedad de procesos, pero sin duda el más importante es el de la finalización de la gametogénesis. Los óvulos fértiles se encuentran detenidos en el final de la meiosis I, pero solo hasta la penetración del óvulo inicia la meiosis II con la separación de las cromátides hermanas. Dos núcleos son generados, el primer núcleo será empleado para el nuevo ser, mientras que el otro núcleo se convierte en un cuerpo polar. De esta forma en el interior de un óvulo se establecen dos núcleos haploides de cromatina simple con un contenido genético igual a (n) llamados pronúcleo femenino y pronúcleo masculino.

Los pronúcleos son visibles entre 2 a 3 horas después del ingreso del espermatozoide al óvulo, pero contrario a lo que cabría esperarse los pronúcleos no experimentan cariogamia, no se fusionan. Por lo anterior la primer célula generada después del ingreso del espermatzoide y antes del primer clivaje “división mitótica” puede ser descrita como un dicarionte “n+n”. La replicación del ADN se da de manera independiente en cada pronúcleo, posteriormente al dar inicio la primera división mitótica o primer clivaje las membranas pronucleares se llenan de poros y desaparecen, permitiendo de los cromosomas se reorganicen en pares homólogos para poder realizar el primer clivaje.

En la imagen anterior podemos apreciar el cigoto con los dos pronucleos haploides, este es un estado de dicarionte momentáneo, los hongos pueden mantener en estados multicelulares esta figura simbolizana como (n+n), pero en los animales como el humano después del primer clivaje se forma un nuevo núcleo en cada célula hija.

Referencias generales: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Goodenough & McGuire, 2012; Griffiths, Wessler, Lewontin, & Carroll, 2007; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Klug, Cummings, Spencer, & Palladino, 2012; Lieberman & Rice, 2014; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason, Losos, Singer, & Raven, 2014; Nussbaum, McInnes, Willard, & Hamosh, 2007; Pierce, 2005; Pollard, Earnshaw, Lippincott-Schwartz, & Johnson, 2017; Reece et al., 2014; Rhoades & Bell, 2013; Sadava, Berenbaum, & Hillis, 2014; Sadler, 2012; Simon, Reece, & Dickey, 2013; Solomon, Martin, Martin, & Berg, 2014; Starr, Evers, & Starr, 2013; Weaver, 2012)

16.4 Los clivajes

El clivaje es un tipo de división mitótica que se caracteriza por la ausencia de fases de crecimiento, la siguiente división inicia tan pronto como el ADN se ha replicado. El cigoto posee un cariotipo dicarionte con dos núcleos diferentes cada uno haploide. El clivaje inicia duplicando las cromátides de cada pronúcleo y desapareciendo las membranas nucleares.

Una vez que el cigoto ha pasado por el primer clivaje pasa denominarse embrión, pero hay un factor clave, y es que el volumen sumado de las nuevas células llamadas blastómeros es igual o menor al volumen del cigoto inicial. Esto se debe precisamente a la ausencia de la fase de crecimiento, los blastómeros no crecen, no se alimentan, por lo que después de cada clivaje aunque se duplica el número de células el volumen de todo el sistema continuará siendo igual o menor al volumen inicial del cigoto.

Una vez se completa la primer división mitótica acelerada o clivaje "carece de fases de crecimiento" los núcleos de cada célula hija restituyen el cariotipo normal diploide de 46 cromosomas en cada núcleo. Estas células se denominan blastómeros y son células madre totipotenciales porque pueden generar individuos completos.

El embrión temprano perdura hasta el cuarto clivaje donde el sistema alcanza 16 células. En este punto se denomina al sistema mórula.

Arriba a la derecha el cigoto (1 célula), arriba a la izquierda el primer clivaje (2 células), en medio a la izquierda el segundo clivaje (4 células), en medio a la derecha el tercer clivaje (8 células), abajo a la izquierda el cuarto clivaje (16 células) y abajo a la derecha el quinto clivaje (32 células).

El primer clivaje se alcanza entre los primeros 24 a 36 horas después de la fertilización. El segundo clivaje posee cuatro células y se alcanza aproximadamente 48 horas de la concepción. El tercer clivaje genera ocho células y se alcanza 72 horas después de la concepción y la mórula en su estado inicial de diez y seis células es alcanzada 96 horas después de la concepción. El desarrollo de cigoto a mórula transcurre en toda su integridad durante el trayecto del embrión por la trompa de Falopio.
Referencias generales: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Goodenough & McGuire, 2012; Griffiths, Wessler, Lewontin, & Carroll, 2007; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Klug, Cummings, Spencer, & Palladino, 2012; Lieberman & Rice, 2014; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason, Losos, Singer, & Raven, 2014; Nussbaum, McInnes, Willard, & Hamosh, 2007; Pierce, 2005; Pollard, Earnshaw, Lippincott-Schwartz, & Johnson, 2017; Reece et al., 2014; Rhoades & Bell, 2013; Sadava, Berenbaum, & Hillis, 2014; Sadler, 2012; Simon, Reece, & Dickey, 2013; Solomon, Martin, Martin, & Berg, 2014; Starr, Evers, & Starr, 2013; Weaver, 2012)

16.5 La mórula

La mórula se forma completamente aproximadamente 96 horas después de la concepción, Su estructura es semejante a una mora, es decir a una pelota sólida compuesta por una serie de células indiferenciadas llamadas blastómeros. Una característica de los blastómeros es su total potencialidad para formar un nuevo individuo independiente, en otras palabras son toti-potenciales.

Si un blastómero se separa lo suficiente de los demás puede resetear su programación de desarrollo y reiniciar el proceso nuevamente dando origen a un nuevo individuo independiente del que estaba formando. En otras palabras puede formar un clon natural también denominado gemelo idéntico uni-vitelino, debido a que se desarrollaran en un mismo saco vitelino debido a su origen idéntico.

Referencias generales: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Goodenough & McGuire, 2012; Griffiths, Wessler, Lewontin, & Carroll, 2007; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Klug, Cummings, Spencer, & Palladino, 2012; Lieberman & Rice, 2014; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason, Losos, Singer, & Raven, 2014; Nussbaum, McInnes, Willard, & Hamosh, 2007; Pierce, 2005; Pollard, Earnshaw, Lippincott-Schwartz, & Johnson, 2017; Reece et al., 2014; Rhoades & Bell, 2013; Sadava, Berenbaum, & Hillis, 2014; Sadler, 2012; Simon, Reece, & Dickey, 2013; Solomon, Martin, Martin, & Berg, 2014; Starr, Evers, & Starr, 2013; Weaver, 2012)


16.6 La blástula o blastocito

Cuando la mórula crece aún más, empieza a aparecer una cavidad llena de líquido pero desprovista en su mayoría de componentes celulares, la analogía más común para describir esta estructura es la de un coco. Al igual que un coco se presenta una capa de células externa que cubre al embrión y se denomina ectodermo/trofoblasto, y una masa de células en el interior denominada endodermo/embrioblasto. El embrioblasto se encuentra rodeado por una cavidad llena de líquido llamada blastoceloma/blastocele.

Cuando esta estructura alcanza su forma ideal se la denomina blástula en la mayoría de los animales, pero en los seres humanos es generalmente denominada blastocito o blastoquiste. El blastocito completa su desarrollo aproximadamente 6 días después de la fertilización. La formación de gemelos idénticos también puede ocurrir en el estado de blastocito ya que muchas de sus células aún son totalmente potenciales, pero en términos de tecnologías aplicadas las células más importantes son las de su endodermo. La investigación en embriones animales ha demostrado que las células del endodermo pueden ser empleadas para regenerar cualquier tejido del ser vivo al cual pertenecen y se las ha denominado células madre embrionarias. Sin embargo para poder tener acceso a las células madre embrionarias es necesario romper la cubierta del ectodermo matando de forma efectiva al embrión.

Referencias generales: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Goodenough & McGuire, 2012; Griffiths, Wessler, Lewontin, & Carroll, 2007; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Klug, Cummings, Spencer, & Palladino, 2012; Lieberman & Rice, 2014; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason, Losos, Singer, & Raven, 2014; Nussbaum, McInnes, Willard, & Hamosh, 2007; Pierce, 2005; Pollard, Earnshaw, Lippincott-Schwartz, & Johnson, 2017; Reece et al., 2014; Rhoades & Bell, 2013; Sadava, Berenbaum, & Hillis, 2014; Sadler, 2012; Simon, Reece, & Dickey, 2013; Solomon, Martin, Martin, & Berg, 2014; Starr, Evers, & Starr, 2013; Weaver, 2012)

16.7 La implantación

Como se mencionó anteriormente, la formación de nuevas células al interior del embrión se da sin que el volumen total aumente, con cada nueva generación celular su volumen disminuye a la mitad.  Una vez llega al blastocito los blastómeros que lo componen ya han alcanzado el tamaño de las células somáticas promedio. Hasta la implantación, el embrión se encuentra contenido en la zona pellucida. Esta zona sirve como una barrera protectora para el embrión en desarrollo y sirve para su trasporte, lo aísla del daño mecánico por el rozamiento con las paredes de la trompa de Falopio, impide la adhesión del embrión a la trompa de Falopio y previene el reconocimiento inmunológico de la madre sobre el embrión, cosa que provocaría un rechazo del embrión en desarrollo y en consecuencia un aborto espontáneo.

Cuando el embrión ingresa al útero lo hace en el estado de mórula en el día 4 después de la fecundación, allí permanece flotando durante 2-3 días mientras alcanza el estado de blastocito, siendo nutrido parcialmente por los fluidos del útero, aunque su incremento de volumen es despreciable.

Si el embrión no encuentra una fuente alternativa de nutrientes morirá de inanición aproximadamente después del día 7 después de la fecundación. Para que el blastocito en desarrollo pueda implantarse debe poder realizar un contacto íntimo con las paredes del útero, pero existe un problema y es la zona pellucida. La zona pellucida ha tenido como función evitar precisamente dicho contacto entre el óvulo y las trompas de Falopio, por lo que en su nuevo ambiente se convierte en un obstáculo. La implantación del blastocito que consiste en la unión entre el embrión y la superficie de las células del endometrio de la pared del  útero se da entre los días 7-8 después de la fecundación.  Para lograrlo la zona pellucida se rompe mediante la acción de enzimas digestivas que consumen la zona pellucida.

Casi todas las otras estructuras ya han sido comentadas, pero las que nos importa son las de abajo, el blastocito rodeado por la zona pellucida se expande por absorción de líquido reventándola y así generando un blastocito maduro.

En presencia de la hormona progesterona que emana del cuerpo lúteo el endometrio realiza la decidualización, la cual involucra una hipertrofia de las células del endometrio que contienen grandes reservas de glicógeno y grasa. En algunos casos las células pueden ser policariotas “contener varios núcleos”. Este grupo de células cambiantes en preparación a un evento importante se denominan decidua, las cuales constituyen el nicho para la implantación, y además contribuirán al desarrollo de las membranas amnióticas.

En ausencia de progesterona la decidualización no se produce y la implantación falla, lo cual conlleva a un aborto espontáneo que no es notado por la madre más que como un retraso en su periodo de aproximadamente una semana. A medida que el blastocito se implanta en el útero decidualizado ocurre el proceso de reacción decidual en la cual los vasos sanguíneos se dilatan y se incrementa la permeabilidad de los capilares, se genera un edema y se incrementa la proliferación de células glandulares y epiteliales.

La interacción del blastocito con el endometrio estimula la producción de una gran carga hormonal en el cuerpo femenino como prostaglandinas, factores inhibidores de leucemia, factores de crecimiento epidérmico, factor de crecimiento y transformación de la placenta. Muchas de estas hormonas comienzan a circular por el torrente sanguíneo de la madre, convirtiéndose en la primera evidencia a nivel clínico de un embarazo. Las pruebas de embarazo más sensibles solo pueden determinarlo hasta este momento, es decir cuando la implantación conlleva a la liberación de la carga hormonal del embarazo posterior al día 7 después de la fecundación y no antes.

El proceso de implantación no involucra únicamente a la conexión entre el embrión y la madre, la implantación es literalmente la invasión y enquistamiento del embrión en el interior del tejido uterino con una supresión del sistema inmune de la madre quien reconocería al embrión como un invasor de no ser por las hormonas que este libera, en otras palabras el embrión se entierra en el epitelio a la fuerza.

Implantación del embrión en el endometrio femenino y la maduración del blastocito maduro "izquierda" en la gástrula. Una característica notable del embrión es que él es quien produce su propio saco protector o cavidad amniótica, esta se genera desde el interior del embrión y luego migra hacia afuera a medida que la gástrula va madurando. Evolutivamente hablando esto tiene sentido ya que en los animales ovíparos no se da la implantación, por lo que el amnios que genera el embrión se convierte en su esfera protectora.

Referencias generales: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Goodenough & McGuire, 2012; Griffiths, Wessler, Lewontin, & Carroll, 2007; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Klug, Cummings, Spencer, & Palladino, 2012; Lieberman & Rice, 2014; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason, Losos, Singer, & Raven, 2014; Nussbaum, McInnes, Willard, & Hamosh, 2007; Pierce, 2005; Pollard, Earnshaw, Lippincott-Schwartz, & Johnson, 2017; Reece et al., 2014; Rhoades & Bell, 2013; Sadava, Berenbaum, & Hillis, 2014; Sadler, 2012; Simon, Reece, & Dickey, 2013; Solomon, Martin, Martin, & Berg, 2014; Starr, Evers, & Starr, 2013; Weaver, 2012)

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