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| Figura 1.- El calcio es fundamental para la salud de nuestros huesos. [Ver la sección "Imágenes" para los créditos] |
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| Figura 2.- El calcio es un mensajero celular. |
En entradas anteriores veíamos que el mensaje que transmiten las hormonas debe entrar dentro de la célula para poner en marcha la respuesta adecuada. Ya sea que la hormona pueda introducirse ella misma o no en el interior de la célula, el caso es que interacciona con su receptor especial (específico) y lo activa, lo que pone en marcha una cascada de señalización en la que el mensaje se pasa de molécula en molécula hasta que finalmente provoca la respuesta celular buscada (para más detalles pulsa en el enlace).
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Figura 3.- La interacción de la hormona con su receptor provoca la activación de éste, lo que pone en marcha un mecanismo de señalización intracelular que da lugar a la respuesta celular adecuada. Autora: Ana B. Ropero
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Por este papel como mensajero, el calcio participa en multitud de procesos celulares que constituyen la base del funcionamiento de nuestro cuerpo, y no sólo en el esqueleto: latido cardiaco, transmisión del impulso nervioso a través de las neuronas, división celular para formar nuevas células, transcripción génica (producir proteínas a partir de los genes), fagocitosis (células engullendo microbios), migración celular, coagulación sanguínea, son sólo algunos ejemplos.
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| Figura 4.- El calcio es fundamental para numerosos procesos fisiológicos. [Ver la sección "Imágenes" para los créditos] |
Ya hemos comentado en este blog algunos ejemplos de procesos celulares que dependen del calcio, como la regulación de la secreción de insulina en el páncreas por los estrógenos, gracias al calcio que entra del exterior de las células beta (puedes ver el artículo aquí). La propia glucosa hace uso de este mismo ión para provocar la salida de la insulina al torrente sanguíneo tras una comida.
ACTIVACIÓN DEL OVOCITO TRAS LA FECUNDACIÓN
Un ejemplo de proceso
fisiológico donde la participación del calcio es fundamental es la activación
del ovocito tras su fecundación para, junto al espermatozoide, poder
desarrollar un embrión. Este proceso depende directamente de un aumento de la
concentración de calcio dentro del propio ovocito que se dispara inmediatamente
después de su fertilización.
Si recordamos, el ovocito
que se libera tras la ovulación está rodeado de varias capas que debe atravesar
el espermatozoide: corona radiada, zona pelúcida y espacio perivitelino. Cuando un espermatozoide las atraviesa todas, se ancla al ovocito a
través de moléculas de adhesión específicas presentes en la membrana de ambos
gametos y finalmente éstas se fusionan (puedes ver un artículo donde explicamos los procesos que conducen a la fecundación aquí). Como consecuencia, el contenido de la
cabeza del espermatozoide se introduce en el ovocito, que incluye tanto el
núcleo como multitud de moléculas con funciones diversas.
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Figura 5.- Fusión de las membranas del espermatozoide y el ovocito tras la fecundación. Autora: Ana B. Ropero
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De entre todas esas
moléculas del espermatozoide que se introducen en el ovocito, la fosfolipasa C
zeta, junto con sus parientes del ovocito, son las responsables de provocar la
salida masiva de calcio del retículo endoplásmico donde se encuentra almacenado
(para conocer más sobre las partes de una célula, mirar este vídeo). Estas
proteínas-enzimas producen una molécula señalizadora, IP3, que se une a sus
receptores en la superficie del retículo endoplásmico y provocan la salida del
calcio a través de canales específicos. También se ha visto que es importante
para la activación completa del ovocito la entrada de calcio del exterior.
Como sucede con muchos otros
procesos y contrario a lo que se podría esperar, la señal de calcio se da de
forma periódica, es decir, el calcio no inunda el citosol del ovocito y se
queda ahí permanentemente, sino que entra y sale provocando oscilaciones en su
concentración que se van sucediendo en el tiempo. En la gráfica se puede ver
una gráfica donde se ha representado cómo cambian los niveles de calcio dentro
del citosol del ovocito según transcurre el tiempo.
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| Figura 6.- Papel del calcio como molécula señalizadora tras la fecundación del ovocito por un espermatozoide. [Ver la sección "Imágenes" para los créditos] |
Este aumento de la concentración de calcio dentro del
ovocito provoca su activación, que se manifiesta a través de varios eventos:
- Reacción cortical que impide que más
espermatozoides fecunden el óvulo.
- Reanudación y finalización de la
división celular incompleta del ovocito que quedó detenida en al Meiosis II.
- Cambio en las proteínas presentes en
el ovocito: degradación de algunas y síntesis de nuevas.
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| Figura 7.- Consecuencias de la señalización del calcio den el ovocito. [Ver la sección "Imágenes" para los créditos] |
En la “Reacción cortical”,
los gránulos corticales que pacientemente están esperando dentro del ovocito,
liberan su contenido al exterior, en el espacio perivitelino. Esto tiene la
importante consecuencia de que ningún otro espermatozoide puede entrar en el
ovocito.
Los gránulos corticales son
pequeñas vesículas (bolsas) llenas de proteínas y otras moléculas, que se
encuentran dentro del ovocito y que están recubiertas del mismo material que la
membrana plasmática de éste. Estos gránulos se sintetizan durante los primeros
estadíos de desarrollo del folículo y posteriormente sufren un proceso de
maduración en paralelo al propio folículo y al ovocito (durante la primera fase
del ciclo menstrual). Al mismo tiempo, estos gránulos viajan hacia la membrana
del ovocito y se sitúan muy próximos a ella esperando la señal, el calcio, que
finalmente les permita fusionarse con la membrana.
En la imagen de la izquierda
se pueden apreciar los gránulos corticales teñidos en verde en la periferia de
un ovocito, mientras que a la derecha, se pueden ver individualmente muy
próximos a la membrana.
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| Figura 8.- Los gránulos corticales son vesículas esféricas que se sitúan en las proximidades de la membrana del ovocito. [Ver la sección "Imágenes" para los créditos] |
Cuando el calcio proveniente
del retículo endoplásmico o del exterior del ovocito alcanza los gránulos
corticales, interacciona con determinadas moléculas situadas en las membranas
del gránulo y del ovocito. Al unirse el calcio, estas moléculas cambian de
forma y permiten la fusión de las membranas, tras lo cual se produce un poro de
fusión por el cual el contenido de los gránulos se vierte al exterior, al
espacio perivitelino.
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Figura 9.- Secuencia de eventos que conducen a la liberación del contenido de los gránulos corticales tras producirse un aumento en la concentración de calcio dentro del ovocito con la participación de los complejos de proteínas SNARE. Autora: Ana B. Ropero
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Se estima que los gránulos
corticales de mamíferos contienen entre 4 y 14 tipos distintos de proteínas. Algunas
de ellas son proteasas que se encargan de romper parte de las moléculas (glicoproteínas)
que componen la zona pelúcida, lo que provoca un cambio en su estructura y, por
lo tanto, se hace impermeable a cualquier otro espermatozoide. Como
consecuencia, se evita que un solo ovocito sea fecundado por varios
espermatozoides (poliespermia).
DIVISIÓN CELULAR Y REAJUSTE
DE PROTEÍNAS
Antes del nacimiento, la
división celular de los ovocitos primarios queda interrumpida en los primeros
estadios de la meiosis I. Sólo la completan aquellos que van a ser liberados
durante la ovulación. La segunda parte de la meiosis (II) la llevarán a cabo
aquellos ovocitos que hayan sido fecundados por un espermatozoide. Esto es una
consecuencia directa de los movimientos de calcio que se han producido en el
ovocito tras la liberación del contenido del espermatozoide dentro del mismo.
Otra consecuencia importante
es el reajuste que se produce en las proteínas dentro del ovocito. Parte de
estas proteínas se degradan porque ya no son necesarias y se sintetizan otras
nuevas que permitirán que se produzca la transición de óvulo maduro a embrión
capaz de generar un individuo completo.
REFERENCIAS
- "Calcium signaling in
mammalian egg activation and embryo development: Influence of subcellular
localization". YL Miao, CJ
Williams. Mol Reprod Dev. 2012 November ; 79(11): 742–756
- "Ca2+ homeostasis and regulation of ER Ca2+ in mammalian oocytes/eggs". T Wakai, RA Fissore. Cell Calcium 53 (2013) 63– 67
- "Gas6 downregulation impaired cytoplasmic maturation and pronuclear
formation independent to the MPF activity". KH Kim, EY Kim, Y Kim, E Kim,
HS Lee, SY Yoon, KA Lee. PLoS ONE 6(8): e23304
- "Calcium and
the control of mammalian cortical granule exocytosis". AL Abbott, T Ducibella. Frontiers in
Bioscience 6, d792-806, July 1, 2001
- “Molecular changes during egg
activation”. AR Krauchunas, MF Wolfner.
Curr Top Dev Biol. 2013 ; 102: 267–292
- “When a sperm meets an egg: Block to polyspermy”. A Tsaadon, E Eliyahu, N Shtraizent, R Shalgi. Molecular and Cellular
Endocrinology 252 (2006) 107–114
- “The biology and
dynamics of mammalian cortical granules”. M Liu. Reproductive Biology and
Endocrinology 2011, 9:149
- "Structural changes of the zona pellucida during fertilization and embryo development”. G Familiari, R Heyn, M Relucenti, H Sathananthan. Frontiers in Bioscience 13, 6730-6751, May 1, 2008
- “Membrane fusions during mammalian fertilization”. BM Gadella, JP Evans. Advances in Experimental Medicine and Biology 713, 65
- “Role of calcium oscillations in mammalian egg activation: experimental approach”. JP Ozil. Biophysical Chemistry 72 (1998) 141–152
- “Membrane fusions during mammalian fertilization”. BM Gadella, JP Evans. Advances in Experimental Medicine and Biology 713, 65
- “Role of calcium oscillations in mammalian egg activation: experimental approach”. JP Ozil. Biophysical Chemistry 72 (1998) 141–152
IMÁGENES
- Figura 1.- Tomada
del enlace
- Figuras 3, 5 y 9.- Autora: Ana B. Ropero.
 |
| Reconocimiento – NoComercial – CompartirIgual (by-nc-sa) |
- Figura 4.- Imagen del corazón tomada del enlace
Imagen de la división celular: autores Rudolf
Oldenbourg y James
R. LaFountain en Cell Image Library (enlace)
Imagen de la fagocitosis tomada de "Cell Biology Wiki" (enlace)
Imagen de la transmisión del impulso nervioso tomada de: "Dynamic Remodeling of Dendritic Arbors in GABAergic
Interneurons of Adult Visual Cortex". Lee WCA, Huang H, Feng G, Sanes JR, Brown
EN, et al. PLoS Biology Vol. 4, No. 2, e29. Copyright: los autores.
Imagen de la coagulación sanguínea: 2009 Medicine Net,
Inc. (enlace)
- Figura 6.- Gráfica tomada de: “Role of calcium oscillations in mammalian egg activation: experimental
approach”. JP Ozil. Biophysical Chemistry 72 (1998) 141–152. Copyright:
Elsevier Science B.V.
El
resto: autora – Ana B. Ropero.
|
| Reconocimiento – NoComercial – CompartirIgual (by-nc-sa) |
- Figura 7.- Imagen de la síntesis de proteínas (ribosoma rosa) tomada del (enlace)
El resto: autora – Ana B. Ropero
El resto: autora – Ana B. Ropero
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| Reconocimiento – NoComercial – CompartirIgual (by-nc-sa) |
- Figura 8.- Imagen de la izquierda tomada de la figura 8 de - "Gas6 downregulation impaired cytoplasmic maturation and pronuclear formation independent to the MPF activity". KH Kim, EY Kim, Y Kim, E Kim, HS Lee, SY Yoon, KA Lee. PLoS ONE 6(8): e23304. Copyright: los autores.
Imagen de la derecha tomada de la figura 12 de "Structural changes of the zona pellucida during fertilization and embryo development”. G Familiari, R Heyn, M Relucenti, H Sathananthan. Frontiers in Bioscience 13, 6730-6751, May 1, 2008. Copyright: Frontiers in Bioscience, Inc.
Imagen de la derecha tomada de la figura 12 de "Structural changes of the zona pellucida during fertilization and embryo development”. G Familiari, R Heyn, M Relucenti, H Sathananthan. Frontiers in Bioscience 13, 6730-6751, May 1, 2008. Copyright: Frontiers in Bioscience, Inc.