Fertilización humana

Para llegar hasta el ovocito, el espermatozoide debe atravesar la corona radiata y la zona pelúcida, dos capas diferentes que cubren, rodean y protegen al ovocito.

El espermatozoide se desliza a través de las células de la corona radiata, la capa de la granulosa que ahora rodea el ovocito fuera del folículo y del ovario mientras transita la trompa uterina.

El espermatozoide debe someterse a una capacitación en el tracto reproductivo de la mujer durante varias horas, lo que aumenta su motilidad y desestabiliza su membrana, preparándolo para la reacción acrosómica, que asegura la penetración enzimática de la membrana resistente del huevo, la zona pelúcida, que rodea al ovocito.[11]

Zona pelúcida ZP, rodeando un ovocito

Los espermatozoides ingresan al óvulo utilizando enzimas acrosómicas para disolver la envoltura gelatinosa del ovocito.

Después de unirse a la corona radiata, el esperma llega a la zona pelúcida, que es una matriz extracelular de glicoproteínas. Una molécula complementaria especial en la superficie de la cabeza del esperma se une a una glicoproteína ZP3 en la zona pelúcida. Esta unión hace que el acrosoma explote, liberando enzimas que ayudan a los espermatozoides a atravesar la zona pelúcida.

Algunos espermatozoides consumen prematuramente su acrosoma en la superficie del óvulo, lo que facilita la penetración de otros espermatozoides. Como población, los espermatozoides tienen en promedio un 50% de similitud genómica, por lo que las reacciones acrosómicas prematuras ayudan a la fertilización por parte de un miembro de la misma cohorte.[12] Puede considerarse como un mecanismo de selección de parentesco.

Estudios recientes han demostrado que el huevo no es pasivo durante este proceso.[13][14]

El espacio perivitelino (PVS en inglés) es un espacio virtual entre la zona pelúcida (ZP) y la membrana celular del ovocito (oolema). El EPV se asemeja a una matriz extracelular, se forma durante la ovogénesis y su tamaño varía durante el desarrollo del ovocito.
Contiene una matriz rica en ácido hialurónico y componentes que son filtrados a través de la ZP, como fluido del antro folicular y contiene proteínas producidas por las células del cúmulus.
El contenido proteico del EPV se modifica tras la exocitosis de los gránulos corticales (GC), las proteínas contenidas en estos organelos se dispersan dentro del EPV y producen un incremento significativo en su tamaño.[15]

Los espermatozoides van más profundo después de la zona pelúcida, y entonces se produce una reacción de zona o reacción cortical en la superficie del ovocito. Los gránulos corticales dentro del óvulo, se fusionan con la membrana plasmática de la célula, lo que hace que las enzimas del interior de estos gránulos sean expulsadas por exocitosis a la zona pelúcida. Esto a su vez hace que las glicoproteínas en la zona pelúcida se hagan reticulares -las enzimas hidrolizan la proteína ZP2 a ZP2f- haciendo que toda la matriz dura e impermeable a los espermatozoides. Esto evita la fertilización de un óvulo por más de un espermatozoide. La reacción cortical y la reacción acrosómica son esenciales para garantizar que solo un espermatozoide fertilice un óvulo.[16]

Donde el espermatozoide está a punto de perforar, la yema (ooplasma) del óvulo se extrae en una elevación cónica, denominada cono de atracción o cono de recepción. Una vez que ha entrado el espermatozoide, la porción periférica de la yema se convierte en una membrana, la membrana perivitelina, que evita el paso de espermatozoides adicionales.[17]

Luego de la adhesión, las membranas plasmáticas del espermatozoide y el óvulo se fusionan. La membrana plasmática que cubre la capucha del acrosoma desaparece durante la "reacción acrosomal", y se produce la fusión entre la membrana del oocito y la membrana que cubre la región posterior de la cabeza del espermatozoide. En el humano la cabeza y la pieza intermedia del espermatozoide entran en contacto con el citoplasma del oocito, pero la membrana plasmática que las cubre es abandonada sobre la superficie del oocito.[18]

Después de que el espermatozoide ingresa al citoplasma del ovocito, la pieza posterior y la capa externa del espermatozoide se desintegran. Se sabe que tanto las mitocondrias como la pieza posterior entran en la periferia del ovocito pero, una vez dentro, tiene lugar la degradación activa de las mitocondrias paternas y la eliminación del flagelo.[19] Se conoce que las mitocondrias del individuo adulto proceden de su madre. Existen casos en los que algunas mitocondrias del espermatozoide no son eliminadas y quedan presentes en algunos tejidos del feto, esto puede conducir a raras enfermedades genéticas. Tiene lugar la reacción cortical, lo que evita que otros espermatozoides fertilicen el mismo óvulo. El ovocito ahora sufre su segunda división meiótica produciendo el óvulo haploide y liberando un cuerpo polar. Luego, el núcleo del esperma se fusiona con el óvulo, lo que permite la fusión de su material genético.[20]

Cuando los espermatozoides ingresan al espacio vitelino, los receptores en la cabeza del esperma llamados Izumo1 se unen a Juno en la membrana del ovocito.[21] Una vez que se unen 2 bloques a la poliespermia, se producen. Después de aproximadamente 40 minutos, los otros receptores de Juno en el ovocito se pierden de la membrana, lo que hace que ya no sea fusogénico. Además, se producirá la reacción cortical que es causada por la unión de ovastacina y la escisión de los receptores ZP2 en la zona pelúcida.[22] Estos dos bloques de poliespermia son los que evitan que el cigoto tenga demasiado ADN.

Tiene lugar la fusión de las membranas celulares del ovocito secundario y el espermatozoide.

En preparación para la fusión de su material genético, tanto el ovocito como el espermatozoide sufren transformaciones como reacción a la fusión de las membranas celulares.
El ovocito completa su segunda división meiótica. Esto resulta en un óvulo maduro. El núcleo del ovocito se denomina pronúcleo en este proceso, para distinguirlo de los núcleos que son el resultado de la fecundación.

La cola y las mitocondrias de los espermatozoides se degeneran con la formación del pronúcleo masculino. Es por eso que todas las mitocondrias en los seres humanos son de origen materno. Aun así, una cantidad considerable de ARN de los espermatozoides se entrega al embrión resultante y probablemente influye en el desarrollo del embrión y el fenotipo de la descendencia.[23]

Los pronúcleos migran hacia el centro del ovocito, replicando rápidamente su ADN mientras lo hacen para preparar el cigoto para su primera división mitótica.[24]

Por lo general, se fusionan los 23 cromosomas del espermatozoide y los 23 cromosomas del óvulo.[25] Las membranas nucleares se disuelven sin dejar barreras entre los cromosomas del espermatozoide y el óvulo. Durante esta disolución, se forma un huso mitótico entre ellos. El huso captura los cromosomas antes de que se dispersen en el citoplasma del huevo. Después de la mitosis (que incluye la tracción de las cromátidas hacia los centríolos en anafase), la célula reúne juntos el material genético del macho y la hembra. Así, la primera mitosis de la unión de espermatozoides y ovocitos es la fusión real de sus cromosomas.[24]
Cada una de las dos células hijas resultantes de esa mitosis, tiene una copia de cada cromátida que se replicó en la etapa anterior. Por tanto, son genéticamente idénticas.