Los gránulos corticales son orgánulos secretores reguladores (que varían de 0,2 um a 0,6 um de diámetro) que se encuentran dentro de los ovocitos y están más asociados con la prevención de la poliespermia después de la fertilización. [1] Los gránulos corticales se encuentran entre todos los mamíferos , muchos vertebrados y algunos invertebrados . [2] Dentro del ovocito, los gránulos corticales se encuentran a lo largo de la corteza, la región más alejada del centro de la célula. Después de la fertilización, una vía de señalización induce a los gránulos corticales a fusionarse con la membrana celular del ovocito y liberar su contenido en la matriz extracelular del ovocito. Esta exocitosis de gránulos corticales se conoce comoreacción cortical . En los mamíferos, la matriz extracelular del ovocito incluye una capa circundante de espacio perivitelino , zona pelúcida y finalmente células de cúmulos . La evidencia experimental ha demostrado que el contenido liberado de los gránulos corticales modifica la matriz extracelular del ovocito, particularmente la zona pelúcida. Esta alteración de los componentes de la zona pelúcida se conoce como reacción de zona. La reacción cortical no ocurre en todos los mamíferos, lo que sugiere la probabilidad de otros propósitos funcionales para los gránulos corticales. [1] Además de modificar la matriz extracelular del ovocito y establecer un bloqueo a la poliespermia, la exocitosis de los gránulos corticales también puede contribuir a la protección y apoyo del embrión en desarrollo durante la preimplantación. [3] Una vez que los gránulos corticales completan sus funciones, el ovocito no los repone. [1]
Formación
La formación de gránulos corticales ocurre durante las primeras etapas del crecimiento de los ovocitos. Más específicamente, en el ser humano, el mono, el hámster y el conejo, los gránulos corticales se establecen una vez que el folículo ovárico tiene múltiples capas. En la rata y el ratón, se han observado gránulos corticales más temprano en el desarrollo del folículo cuando el folículo ovárico es de una sola capa. Durante las primeras etapas del crecimiento de los ovocitos, el complejo de Golgi aumenta de tamaño, prolifera y produce pequeñas vesículas que migran a la región subcortical de la célula. Estas pequeñas vesículas se fusionarán entre sí para formar gránulos corticales maduros, que se establecen así como entidades separadas del Golgi. [1] En algunos organismos, como en los hámsteres, la vesícula secretada por el aparato de Golgi puede fusionarse con una vesícula secretada por el retículo endoplásmico rugoso para finalmente formar un gránulo cortical. [4] En los mamíferos, el ovocito produce y transloca continuamente gránulos corticales a la corteza hasta que ocurre la ovulación . Se ha demostrado en modelos animales de mamíferos y no mamíferos que la migración de los gránulos corticales depende de los procesos del citoesqueleto , en particular de la actividad de los microfilamentos . Para los mamíferos, la migración de los gránulos corticales se considera una indicación de la madurez de los ovocitos y la organización de los orgánulos. [1]
Distribución
Como resultado de la translocación, los gránulos corticales se distribuyen uniformemente por toda la corteza del ovocito. Sin embargo, se ha observado en roedores que algunos gránulos corticales se reorganizan dejando un espacio entre los gránulos corticales restantes. Este espacio se denomina dominio libre de gránulos corticales (CGFD) y se ha observado en ambas regiones del huso meiótico de la célula durante la metafase I y la metafase II de la meiosis . No se han observado CGFD en ovocitos felinos, equinos, bovinos, porcinos ni humanos. Los estudios con ovocitos de roedores sugieren que ciertos gránulos corticales experimentan redistribución y / o exocitosis a lo largo del ciclo meiótico, estableciendo así los CGFD. Más específicamente, la evidencia incluye mayores cantidades de gránulos corticales que rodean los CGFD y una cantidad total disminuida de gránulos corticales de la célula durante el ciclo meiótico. Además, algunos eventos exocitóticos de gránulos corticales previos a la fertilización ocurren en el surco de escisión de la célula simultáneamente con la formación del cuerpo polar . [1]
Existe una variedad de hipótesis sobre la función biológica de los CGFD y la exocitosis de los gránulos corticales antes de la fertilización. Por ejemplo, la formación de los CGFD puede ser el mecanismo del ovocito para retener más gránulos corticales para uso futuro en lugar de perderlos por los cuerpos polares cuando los cuerpos polares salen de la célula. Debido a que algunos gránulos corticales liberados provienen de una región cercana a los husos meióticos, los investigadores también han planteado la hipótesis de que los gránulos corticales liberados pueden modificar la matriz extracelular del ovocito para que los espermatozoides no puedan unirse en esta región. Si los espermatozoides se unieran en esta región, el ADN paterno, al descondensarse, posiblemente podría alterar la integridad del ADN materno debido a su proximidad. Este bloqueo de espermatozoides en un sitio específico se denomina bloqueo local. Teniendo en cuenta que los ovocitos de roedores tienen alrededor de un 75% menos de superficie que los ovocitos de especies de mamíferos más grandes, la unión de los espermatozoides en esta región es más probable, lo que posiblemente requiera la necesidad de un bloqueo local. Los investigadores también plantean la hipótesis de que el ovocito libera algunos gránulos corticales antes de la fecundación para realizar modificaciones menores en la matriz extracelular del ovocito, de modo que la unión se limite solo a los espermatozoides capaces de unirse a pesar de estas modificaciones menores. [1]
Regulación
Después de la fertilización y antes de la liberación de calcio, se inicia una cascada de señalización de fosfato de inositol (PIP2). A lo largo de este proceso, las moléculas de segundo mensajero, como el 1,4,5-trifosfato de inositol (IP3) y el diacilglicerol (DAG), aumentan de concentración. Se ha demostrado que el 1,4,5-trifosfato de inositol interactúa con el retículo endoplásmico provocando la liberación de las reservas de calcio del retículo endoplásmico. Haciendo más hincapié en la relación entre el retículo endoplásmico y los gránulos corticales, durante la maduración de los ovocitos, se ha observado que el retículo endoplásmico crece o migra más cerca de la región de los gránulos corticales. Además del calcio, el diacilglicerol parece iniciar la reacción cortical. [5] El diaciglicerol también activa la proteína quinasa C (PKC), que también promueve la reacción cortical. Tras la fertilización, se ha demostrado que la proteína quinasa C promueve la exocitosis acrosómica de los espermatozoides , un proceso homólogo al de la exocitosis de los gránulos corticales del ovocito. Al igual que la proteína quinasa C, la calmodulina es activada por el calcio, lo que promueve aún más la reacción cortical. [6]
Este aumento de calcio se produce como una sola onda en los equinodermos y como ondas múltiples en los mamíferos. Se ha demostrado que la exocitosis de los gránulos corticales ocurre directamente después de una onda de calcio. Por ejemplo, en el huevo de erizo de mar fertilizado, se ha demostrado que la exocitosis de los gránulos corticales sigue inmediatamente al aumento de calcio después de aproximadamente 6 segundos. En los mamíferos, la primera ola de calcio ocurre dentro de 1 a 4 minutos después de la fertilización y la exocitosis de los gránulos corticales ocurre dentro de los 5 a 30 minutos posteriores a la fertilización. Además, cuando las ondas de calcio se suprimieron experimentalmente, no se produjeron exocitosis de los gránulos corticales y / o alteraciones en la matriz extracelular. Como se demostró en los ovocitos de vertebrados no fertilizados, la exocitosis de los gránulos corticales se induce cuando el calcio aumenta artificialmente. [7]
También se cree que el aumento de calcio activa las proteínas despolimerizantes de actina , como la gelsolina y la escinderina. En los mamíferos, estas proteínas despolimerizantes de actina sirven para desmontar la actina cortical permitiendo así espacio para la translocación de los gránulos corticales hacia la membrana plasmática. [7]
Un ovocito adquiere la capacidad de completar la exocitosis de los gránulos corticales cuando el ovocito alcanza la madurez tardía. Más específicamente, en ratones, por ejemplo, la capacidad de experimentar exocitosis de gránulos corticales surge en algún momento entre la metafase I y la metafase II de la meiosis, que también es 5 horas antes de que ocurra la ovulación. Se ha demostrado que el ovocito obtiene la máxima capacidad para liberar calcio en esta misma etapa celular, entre la metafase I y la metafase II, lo que también enfatiza la dependencia del calcio del evento de exocitosis de los gránulos corticales. [7]
Composición de orgánulos
Aunque toda la composición de gránulos corticales aún no se ha identificado, las siguientes moléculas se han asociado como contenido de gránulos corticales de mamíferos:
Componentes glicosilados : Se ha demostrado que los gránulos corticales de mamíferos contienen altos niveles de carbohidratos. Además, muchos de estos carbohidratos son componentes de moléculas glicosiladas como proteínas manosiladas, α-D-acetilgalactosamina, N-acetilglucosamina , N-acetil-lactosamina , ácido N-acetilneuramínico , DN-acetilgalactosamina, N-acetilgalactosamina y ácido N-glicolil . Se cree que ciertas proteínas manosiladas, por ejemplo, contribuyen a la estructura de la envoltura del gránulo cortical. [1]
Proteinasas : Las proteinasas presentes en los gránulos corticales de los mamíferos sirven principalmente para modificar la zona pelucida durante la reacción de la zona. Algunas proteinasas de gránulos corticales asociadas son laproteinasa similar ala tripsina , la proteinasa ZP2 y el activador del plasminógeno de tipo tisular (tPA). Tanto la proteinasa ZP2 como la proteinasa similar a la tripsina contribuyen a la prevención de la poliespermia. Como sugiere su nombre, la proteinasa ZP2 proteoliza ZP2 durante la reacción de la zona. El activador de plasminógeno de tipo tisular (tPA) es una serina proteinasa que transforma el plasminógeno en su forma activada, plasmina . Se ha registrado la presencia de plasminógeno de tipo tisular durante la reacción cortical. Sin embargo, a pesar de esta asociación con la reacción cortical, aún no se ha encontrado evidencia que apoye que el activador del plasminógeno de tipo tisular es un componente granular cortical. Además, el ARNm que codifica el activador del plasminógeno de tipo tisular no se traduce hasta después de que la mayoría de los gránulos corticales se hayan formado dentro del ovocito. [1]
Ovoperoxidasa: la proteína ovoperoxidasa, probablemente actúa como un catalizador que reticula los residuos de tirosina que se encuentran dentro de la zona pelúcida . Esta reticulación contribuye al endurecimiento de la zona pelúcida. [1]
Calreticulina : la evidencia ha indicado la presencia de la proteína, calreticulina, dentro del gránulo cortical. Los investigadores han sugerido que la calreticulina sirve como una proteína acompañante para otros componentes de los gránulos corticales que contribuyen a la prevención de la poliespermia. Además de contribuir a la prevención de la poliespermia, la calreticulina también puede inhibir ciertas glicoproteínas, que promueven la interacción entre el ovocito y el esperma. Por otro lado, diferentes investigaciones han demostrado que la calreticulina puede liberarse de vesículas distintas de los gránulos corticales. Además, tras la exocitosis, esta calreticulina interactúa con el citoesqueleto del ovocito, lo que permite la transmisión de señales transmembrana para la continuación del ciclo celular. [1]
N-acetilglucosaminidasa : que se encuentra experimentalmente dentro de los gránulos corticales de ratón, la N-acetilglucosaminidasa es una glicosidasa que hidroliza los residuos de N-acetilglucosamina ubicados en la zona pelúcida. Las N-acetilglucosaminas en la zona pelúcida normalmente promueven la unión de los espermatozoides. [1] Por lo tanto, la N-acetilglucosaminidasa contribuye a la prevención de la poliespermia.
p32 : el nombre, p32, se refiere al peso molecular de la proteína, 32 kDa. Tras la liberación del gránulo cortical, la p32 parece funcionar brevemente o sufrir una modificación poco después de la fertilización porque solo hay pequeñas cantidades de p32 presentes en el embrión. La investigación también sugiere que la p32 no contribuye a la prevención de la poliespermia. [1]
Peptidilarginina deiminasa (antígeno PAD / ABL2 / p75): La peptidilarginina deiminasa es una proteína secretora dentro del gránulo cortical que contribuye a la regulación del desarrollo del embrión antes del evento de implantación. El nombre alternativo de la peptidilarginina deiminasa, p75, se refiere a su peso molecular, 75 kDa. [1]
Referencias
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