Reacción acrosómica de los espermatozoides de los mamíferos: ¿Dónde comienza antes de la fecundación?

Los espermatozoides de muchas especies animales, incluidos los humanos, deben someterse a un proceso exocitótico dependiente del Ca2+ conocido como reacción acrosómica (RA) antes de fecundar los ovocitos. La RA, descrita por primera vez en el erizo de mar y la estrella de mar por Dan , implica múltiples fusiones de la membrana acrosómica externa con la membrana plasmática del espermatozoide. Esto permite la liberación del contenido del acrosoma al exterior del espermatozoide. Los materiales acrosómicos líticos digieren o disocian la cubierta glicoproteica del ovocito, haciendo un agujero por el que la cabeza del espermatozoide avanza para alcanzar la superficie del ovocito propiamente dicho antes de fusionarse con él. En el erizo de mar, una proteína acrosomal llamada bindina se adhiere a la membrana acrosomal interna extendida; esto es lo que media la fijación de la cabeza del espermatozoide a la envoltura vitelina así como la fusión con la membrana plasmática del óvulo.

En algunas especies de erizos de mar (por ejemplo, Pseudocentrotus depressus), la RA puede ocurrir en una envoltura vitelina muy delgada que cubre el óvulo propiamente dicho (Fig. 1). Sin embargo, en muchas otras especies, la RA comienza mientras los espermatozoides atraviesan una capa gelatinosa que recubre la envoltura vitelina. En la estrella de mar, la RA se produce en la superficie exterior de una gruesa capa gelatinosa. En algunas otras especies de invertebrados (por ejemplo, el anélido Hydroides hexagonus), la RA comienza en el borde exterior de la envoltura vitelina.

En los mamíferos, los ovocitos completamente maduros que están listos para la fecundación están rodeados por una gruesa envoltura vitelina llamada zona pelúcida que, a su vez, está rodeada por numerosas células foliculares incrustadas en una matriz acelular (polímeros de ácido hialurónico). En conjunto, se conoce como el complejo cúmulo-ovocito. Aunque estamos seguros de que los espermatozoides se someten a la RA en el momento en que entran en la zona pelúcida con la ayuda de la propulsión flagelar activa, el lugar donde los espermatozoides fecundantes comienzan su RA ha sido objeto de controversia. Los primeros investigadores, que examinaron los complejos cúmulo-ovocito recogidos de los oviductos de hembras naturalmente apareadas o inseminadas, encontraron espermatozoides con acrosomas intactos, modificados o sin acrosomas dentro del cúmulo aproximadamente en el momento de la fertilización. Yanagimachi y Phillips dedujeron que la mayoría de los espermatozoides de hámster fecundantes in vivo inician su RA mientras avanzan por el cúmulo. Otros investigadores, en particular los que estudiaron la fecundación del ratón in vitro, se opusieron a esta idea y sostuvieron que el lugar de la RA fisiológicamente relevante es la zona pelúcida . Esta hipótesis se basaba en dos observaciones: Los espermatozoides intactos en el acrosoma se unen a la zona in vitro y luego sufren la RA , y la zona pelúcida solubilizada, en particular la ZP3 solubilizada, se une específicamente a la región acrosomal de la cabeza del espermatozoide e induce la RA tan eficazmente como el ionóforo Ca2+ in vitro . Hay que señalar que nadie ha examinado nunca un espermatozoide individual de forma continua desde el inicio del RA hasta el final de la fecundación (singamia). Los espermatozoides que comienzan su RA en la zona pelúcida podrían no ser los que realmente fecundan. Gahlay et al. han puesto recientemente en duda la capacidad de la zona pelúcida para inducir la RA. Según estos investigadores, las zonas de ratones transgénicos (ZP2Mut, ZP3Mut) son incapaces de inducir la RA, y sin embargo los ovocitos siguen siendo fecundados en estas cepas, lo que sugiere que los espermatozoides fecundantes se someten a la RA antes de su contacto con la zona o durante su paso por ella.

Jin et al. abordaron el problema de la RA de los espermatozoides y la fertilidad grabando en vídeo los espermatozoides de ratones después de inseminar ovocitos encerrados en cúmulos in vitro. Colocaron un único complejo cúmulo-ovocito bajo un cubreobjetos en miniatura, luego lo comprimieron ligeramente y lo inseminaron con espermatozoides capacitados antes de realizar una grabación de vídeo continua. Utilizaron ratones macho transgénicos cuyos espermatozoides expresan la proteína verde fluorescente en sus acrosomas. Las cabezas de los espermatozoides muestran fluorescencia verde cuando los acrosomas están intactos. Ésta desaparece al iniciarse la RA . El punto fuerte del estudio de Jin et al. fue que los investigadores pudieron distinguir los espermatozoides fecundantes de sus homólogos no fecundantes mediante el examen de las imágenes grabadas; esto es algo que nadie había hecho antes. Los resultados de su exploración fueron sorprendentes. La mayoría de los espermatozoides fecundantes de ratón ya habían pasado por la RA cuando fueron vistos por primera vez en el cúmulo. Aunque unos pocos espermatozoides fecundantes se sometieron a la RA en la zona, la mayoría de los espermatozoides intactos en el acrosoma se alejaron de la zona sin entrar en ella. En otras palabras, el inicio de la RA de los espermatozoides en la zona fue la excepción y no la regla. Esto es coherente con lo observado en los espermatozoides de cobaya que se unen y penetran exclusivamente en la zona pelúcida después de la RA. Uno se pregunta por qué los investigadores anteriores creían que los espermatozoides de ratón reaccionados al acrosoma eran infértiles debido a su incapacidad para unirse a la zona . El informe de Jin et al. nos recuerda que debemos volver a investigar el proceso y el mecanismo de las interacciones entre los espermatozoides y los ovocitos prestando más atención a los espermatozoides que realmente participan en la fecundación. En muchas especies, la fecundación in vitro es ciertamente posible sin un cumulus oophorus intacto. Sin duda, la zona pelúcida tiene la capacidad de inducir o acelerar la RA, pero la zona no puede considerarse la única sustancia innata que induce la RA fisiológica.

Jin et al. no aclararon el lugar donde los espermatozoides de ratón fecundantes comenzaron su RA. Dado que el óforo del cúmulo es grande, los investigadores utilizaron un objetivo de bajo aumento para buscar espermatozoides dentro del cúmulo. Esto dificultó la determinación de cuándo y dónde comenzó la RA en los espermatozoides observados. Sin embargo, lo que se desprende de su estudio es que los espermatozoides de ratón que iniciaron la RA antes de llegar a la zona fueron capaces de fecundar. El lugar en el que los espermatozoides fecundantes comienzan su RA y lo que desencadena la RA están por determinar.