02 Pregenesis y Fecundacion

Tema 2.- El huevo o cigoto de los animales do-mésticos: Componentes y clasificación.

l huevo o cigoto es el producto resultante de la unión de los dos gametos en la fecundación. El cigoto como tal sólo existe por

muy poco tiempo pues es una célula altamente inestable que rápidamente entra en división (segmentación).

E Gametogénesis

La formación de gametos por meiosis se llama gametogénesis y pre-senta diferencias sustanciales en ambos sexos. En los machos la gametogénesis resulta en la formación de células es-permáticas y se llama espermatogénesis. La produccion de espermatozoides ocu-rre en los testículos, en las paredes de los túbulos seminíferos. En la zonas periféricas de los túmulos existen célu-las madre (espermatogonias) que mediante mitosis proveen constantemente de nuevas células especializadas diploides (espermatocitos primarios); estos pasan por la división de meiosis. Después de la telofase 1, se forman dos espermatocitos secundarios. Cada espermatocito secundario pasa por la se-gunda división meiótica y se producen cuatro espermátidas. Las espermáti-das haploides sufre una transformación (espermiogénesis) que a manera de metamorfosis las convierten en células espermáticas altamente especializa-das: espermetazoides.

Objetivos: • Considerar la formación del huevo

o cigoto en base a la unión de los dos gametos (fecundación).

• Conocer los componentes del cigoto

• Considerar la importancia de la unión de los pronucleos para cons-tituir un el nuevo individuo diploide.

• Analizar los componentes nutriti-vos del huevo y su variabilidad en-tre especies.

• Considerar el factor evolutivo co-mo el principal factor que ha con-dicionado las características del cigoto.

La formación de gametos en las hembras se llama ovogénesis. A

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Apuntes de EMBRIOLOGÍA VETERINARIA

diferencia del macho las ovogonias se dividen activamente por mitosis en el ovario fetal (antes de nacimiento) dando lugar a los ovocitos primarios, los cuales se detienen en la profase de la primera división de meiosis. Los ovo-citos primarios quedan rodeados por una capa de células foliculares (folícu-los primordiales) y sólo reactivan su desarrollo después de la pubertad, con la llegada de los ciclos ováricos. En cada ciclo un número variable (depende de la especie) de folículos entra en desarrollo, con lo que el ovocito comple-ta su contenido citoplasmático y se dota de una serie de envueltas secunda-rias. Coincidiendo con la ovulación termina la primera división de meiosis, formado dos células de diferente tamaño: una célula grande llamada el ovo-cito secundario y una célula muy pequeña llamada el primer cuerpo polar. De nuevo el ovocito secundario detiene su división en la metafase de la se-gunda división que sólo se completa si es fecundado; el ovocito secundario se divide para formar dos células haploides: una grande (el óvulo) y una pequeña (el segundo cuerpo polar). El primer cuerpo polar se puede dividir para formar dos cuerpos polares más, pero no tienen ningún significado fun-cional ya que el óvulo pasa a tener casi todo el citoplasma del ovocito origi-nal. Finalmente los cuerpos polares se desintegran. Fecundación

La fecundación se define como la unión del gameto masculino (esperma-tozoide) al femenino (óvulo). Este proceso requiere el paso del espermato-zoide a través de las membranas secundarias (corona radiada y de la zona pelúcida, en los mamíferos) alcanzando la membrana citoplasmática del óvulo, que sufre lo que se denomina una reacción de fecundación por la que tienen lugar una serie de cambios en la estructura de la membrana.

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Características del huevo o cigoto

Figura 1. La penetración del espermatozoide comienza con su adherencia a la zona pellucida (1). La proteína ZP3 de la zona pelluci-da participa en la fijación del esper-matozoide, lo que a su vez desenca-dena la reacción acrosómica (2). Las enzimas del Acrosoma (lisinas, acrosina, fosfoli-pasa A) posibilitan la penetración de la zona pellucida (3). El proceso termina con la fusión de las membranas plas-máticas del óvulo y del espermato-zoide (4).

Actualmente se sabe que la unión del espermatozoide a la zona pelúcida

es la que determina la reacción acrosómica, mediante la unión específica de glicoproteínas de la zona pelúcida (ZP3) a receptores de la membrana del espermatozoide. Se considera que esta unión es específica de cada especie animal y evita que espermatozoides de una especie fecunden los óvulos de otra.

El proceso de fecundación se divide en las siguientes etapas:

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1) penetración de la corona radiada: una vez que toma contacto con la corona radiada, los espermatozoides tratan de alcanzar la mem-brana pelúcida avanzando entre las células foliculares.

2) reconocimiento y adhesión: a continuación, los espermatozoides y

la membrana pelúcida se adhieren firmemente entre sí. La proteína ZP3 de la zona pelúcida participa en la fijación del espermatozoide, lo que a su vez desencadena la reacción acrosómica

3) reacción acrosómica: se desencadena cuando el espermatozoide se

pone en contacto con la membrana pelúcida. Ello hace posible el avance del espermatozoide a través de la membrana pelúcida y la fusión de las membranas plasmáticas de ambos gametos. La reac-ción acrosómica necesita la unión específica de glucoproteínas de la zona pelúcida (ZP3) a receptores de la membrana del espermato-zoide: esta unión es específica de cada especie animal y evita que espermatozoides de una especie fecunden los óvulos de otra.

4) penetración de la membrana pelúcida: la membrana acrosómica

interna queda expuesta en la superficie y libera su contenido en en-zimas hidrolíticas (lisinas, acrosina, fosfolipasa); esto hace posible que el espermatozoide pueda atravesar la membrana pelúcida en busca de la membrana plasmática del ovocito.

5) Fusión de membranas plasmáticas: las membranas en contacto se

fusionan y entre los citoplasmas de ambos gametos se establece la continuidad que permite la entrada del contenido del espermatozoi-de en el interior del ovocito. Establecida la continuidad entre am-bos citoplasmas, ingresa en el ovocito la parte anterior de la cabeza del espermatozoide, La fusión de las membranas plasmáticas de los gametos depende de ciertas proteínas fusógenas presentes en ambas bicapas lipídicas. Se descubrieron varas de estas proteínas en la membrana plasmática del espermatozoide.

6) bloqueo de la polispermia; Con el fin de neutralizar la entrada de

nuevos espermatozoides y evitar la polispermia, inmediatamente después que se fusionan las membranas plasmáticas de ambos ga-metos se produce la reacción cortical: la fusión de las membranas

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de ambos gametos determina una elevación de los iones de calcio y como consecuencia se produce la liberación de los gránulos corti-cales hacia el espacio periovular; esto altera la estructura molecular de la membrana pelúcida y provoca la inmovilización y expulsión de los espermatozoides atrapados en ella. Así se asegura que sólo la cabeza de un espermatozoide penetra (fencudanción monospérmi-ca) Las aves sí tienen una fecundación polispérmica, de manera que de 20 a 40 espermatozoides entran dentro del óvulo, pero sólo un núcleo de ellos se unirá al núcleo del óvulo.

7) Activación del ovocito: se reanuda la segunda división meiótica

por parte del ovocito (mientras ocurre el bloqueo de la polispermia, el ovocito reanuda la segunda división meiótica, la cual genera dos células haploides: el ovulo y el segundo corpúsculo polar.

8) formación de los pronúcleos masculino y femenino; en el cigo-

to, los núcleos haploides del espermatozoide y del óvulo se llaman pronúcleo masculino y pronúcleo femenino, se dirigen hacia la re-gión central del cigoto, donde se desenrollan los cromosomas y se replica el ADN.

9) Anfimixis; los pronúcleos se colocan uno muy cerca del otro en el

centro del cigoto y pierden sus membranas nucleares (cariotecas). Mientras tanto los cromosomas duplicados vuelven a condensarse y se ubican en la zona ecuatorial de la célula, como en una metafase mitótica común – anfimixis. La anfimixis representa el fin de la fe-cundación. Con ella comienza la primera división mitótica de la segmentación del cigoto).

Al mismo tiempo ocurre el desprendimiento de la corona radiada, cuyas

células foliculares se separan y se dispersan por la acción de la hialuronida-sa que sale de los acrosomas, ya que esta enzima hidroliza al ácido hialuró-nico que las mantiene unidas.

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Figura 2. La penetración del espermato-zoide determina la activación del óvulo. Este experimenta la reacción cortical; la fusión de las membranas de ambos ga-metos determina una elevación de los iones de calcio y como consecuencia se produce la liberación de los gránulos cor-ticales hacia el espacio perio-vular. Esto se traduce en una serie de cambios en la zona pellucida que impiden la pene-tración de otros espermatozoi-des, constituyendo la base de la fecundación monospérmica.

La fecundación se traduce en que el metabolismo celular, que hasta este momento había sido mínimo, se active (activación del óvulo), y morfológi-camente se expresa por una serie de cambios en la superficie de la célula:

Desde el punto de vista bioquímico, la activación celular se corresponde con un aumento en el citoplasma celular de la concentración de ion calcio (Ca+2), inducida por una proteína del espermatozoide cuando ambos cito-plasmas se ponen en contacto.

En este momento existe una sola célula (cigoto) con dos pronúcleos, que corresponde a los núcleos haploides del espermatozoide y del óvulo. La unión de ambos pronúcleos (anfimixis) configura la carga genética diploide definitiva del nuevo ser (2n cromosomas).

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Figura 3. En el momento de la fecundación el ovocito se encuentra en la metafase II (MII) cuya progresión se encuentra detenida por las altas tasas de factor promotor de la metafase (MPF). La fusión de las membranas del esper-matozoides y del ovocito eleva la concentración de iones cálcicos los cuales determinan la progresión de la meiosis II hacia la anafase II (AII) y telofase (II). El resultado es la for-mación del segundo corpúsculo polar y el pronúcleo femenino (ovu-lar). Ambos pronúcleos se descon-densan y se aproximan.

Descripción y componentes del cigoto

El huevo de los mamíferos placentados es redondo, su tamaño oscila de 100-140 micras. El huevo de las aves corresponde a la “yema”; puede al-canzar y tamaño de 35 mm de diámetro que en gran medida se debe a la gran cantidad de material alimenticio que contiene, los demás componentes corresponden a membranas de recubrimiento añadidas alrededor del huevo en su recorrido descendente por el sistema reproductor de la gallina.

Dividiremos la descripción del cigoto en sus tres componentes principa-

les: membranas de recubrimiento, pronúcleos y citoplasma.

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Fig. 4. Esquema del zigoto de los mamíferos donde se representan su compo-nentes: Membranas de recubrimiento (corona radiada, zona pellucida y oolema), citoplasma (idioplasma y deuto-plasma) y componentes nucleares (pronúcleos).

A. Membranas de recubrimiento

En el huevo de los mamíferos, las membranas corresponden a las mis-mas que ya poseía el óvulo (ovocito) antes de la fecundación. Realmente un óvulo como tal nunca existe ya que la célula que es fecundada es un ovocito secundario, es decir, antes de finalizar la segunda división meiótica (a ex-cepción del perro y caballo, que es fecundado en ovocito primario). Sin em-bargo, es de uso común el término de óvulo para referirse al gameto feme-nino ovulado. Las capas son: • Membrana primaria. Es la denominada membrana ovular u oolema.

Para la mayor parte de los autores el oolema es la membrana citoplas-mática del óvulo y por tanto tiene la clásica configuración en bicapa fos-folípidica de todas las membranas celulares.

• Membranas secundarias. Se forman en el ovario y rodean a la membra-na citoplasmática. Son las siguientes:

- Zona pelúcida. Es una capa de glicoproteínas (ZP1, ZP2 y ZP3) que rodea a la membrana ovular .

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- Corona radiada. Son varios cientos de células foliculares que se disponen en torno a la zona pelúcida, unidas por un magma de áci-do hialurónico.

Figura 5. Esquema del hue-vo de las aves donde se represen-tan membranas de recubrimiento. Llama la atención el tamaño del ovo-cito, el cual se en-cuentra recubierto por la membrana plasmática (oole-ma).

En el huevo de las aves, como ya se ha señalado, a excepción de la "ye-

ma" (ovocito), el resto son envolturas producidas en el aparato genital: • Membrana primaria. Corresponde a la membrana ovular (oolema) que

en las aves se torna discontinua poco después de la ovulación. • Membranas secundarias. Es la membrana vitelina que rodea la ovocito

y le da consistencia, permitiéndole conservar su forma esférica. Su capa mas profunda se segrega en el ovario y rodea al ovocito en el momento de la ovulación. En el oviducto se le añade una capa fibrosa superficial, después de que haya tenido lugar la fecundación.

• Membranas terciarias. Se añaden en el oviducto de la hembra. Las más importantes son: - Albumen. Es lo que comúnmente se conoce como "clara". A su vez se

divide en dos capas que son el albumen claro (más superficial) y el al-bumen denso (más profundo). Representa dos tercios del peso del hue-vo sin cáscara y es de naturaleza proteica.

- Chalazas. Son bandas espirales densas que anclan el vitelo al albumen. - Membranas testáceas. Son dos membranas que recubren la cáscara, una

se adhiere a ella (membrana testácea externa) y otra al albumen. Entre ambas queda delimitada a un lado del huevo la cámara de aire, que se forma en el extremo más ancho del huevo cuando se enfría después de

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la puesta. Regulan el tránsito de gases y humedad por la cáscara, y evita el paso de bacterias al interior.

- Cáscara. Es la capa más externa del huevo, formada sobre todo a ex-pensas de carbonato cálcico. Microscópicamente posee pequeños poros que permite la difusión de gases y humedad. El estrato más superficial constituye la cutícula que impide la penetración de agua o gérmenes dentro del huevo.

B. Pronúcleos

El cigoto en realidad contiene dos núcleos que se denominan pronúcleos en el momento de la unión de los dos gametos. El pronúcleo femenino apor-tado por el óvulo y pronúcleo masculino aportado por el espermatozoide. Ambos pronúcleos se aproximan y se unen (anfimixis); entonces la célula (cigoto) se prepara para su primera división.

Realmente la fecundación no se considera completa hasta que los dos

pronúcleos se unen, dando lugar un nueva célula diploide con la dotación genética del individuo futuro. En los mamíferos los dos pronúcleos no se unen directamente como en otras especies, sino que se mantienen separados hasta que se rompen las membranas nucleares para prepararse a la primera división mitótica. Además de material genético, el espermatozoide dota al cigoto de un centriolo, organela que no existe en el óvulo y que es funda-mental para la organización de la primera división mitótica.

Cada pronúcleo lleva una dotación haploide de cromosomas (n), con la

mitad de número de cromosomas que un individuo adulto. Al unirse los pro-núcleos se reconstituyen la dotación diploide del individuo. El número de cromosomas (cariotipo) según la especie es el siguiente: Perro y gallina (39); Caballo, vaca y cabra (30); Oveja (27); Humanos (23); Conejo (22); Gato y cerdo (19).

Dentro del cariotipo de cada especie, podemos distinguir los autosomas,

que son los cromosomas comunes para todos los individuos de la especie, y los heterocromosomas que son distintos dependiendo del sexo. Los hetero-cromosomas determinan el sexo. A esto respecto encontramos dos posibili-dades en los animales de interés en Veterinaria:

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• Determinación singámica del sexo. Se da en los mamíferos. El sexo es determinado por el heterocromosoma que aporta el espermatozoide. Pue-de darse una carga XX (hembra) o XY (macho).

• Determinación progámica del sexo. Es propia de las aves. El sexo está predeterminado en el óvulo. Puede ser ZW (hembra) o ZZ (macho).

Toda la información necesaria para el desarrollo embrionario se encuen-tra contenida en los cromosomas (genoma). Un genoma defectuoso es causa de muchas de las malformaciones congénitas. Estos defectos genéticos se pueden manifestar de dos formas: bien como la causa primaria de anomalía del desarrollo, o alterando la susceptibilidad del individuo frente al medio que le rodea.

Las anomalías cromosómicas se diagnostican raras veces en Medicina

Veterinaria; en parte es debido que el análisis del cariotipo de los animales domésticos es inusual, si se compara con la especie humana. Algunas de las anomalías cromosómicas de interés en Veterinaria son las siguientes:

1. Síndrome de Klinefelter. Es debido a una trisomía de los cromoso-mas sexuales (XXY en vez de XY). Además de en la especie humana, se ha descrito en gatos, perros, cerdos, carneros y toros. Aparentemen-te estos individuos son machos con hipoplasia testicular. Un caso cu-rioso son los gatos de pelos tricolor; son gatos muy raros y en realidad son animales afectados de síndrome de Klinefelter. Se cree que el pelo tricolor es una característica ligada al sexo que necesita la presencia de dos cromosomas XX para manifestarse.

2. Síndrome de Turner. Falta un heterocromosa, siendo el cariotipo XO el más habitual. Fenotípicamente son hembras aunque estériles debido a la alteración de sus gónadas. Se ha descrito en équidos, ovino, cer-dos y gatos.

3. Otras anomalías que en Veterinaria suelen quedar como curiosidades son las trisomías autosómicas, quimeras, fusiones, translocaciones, in-versiones y supresiones cromosómicas.

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C. Citoplasma

Dentro del citoplasma del cigoto podemos distinguir dos tipos: a. Idioplasma o plasma germinativo. Corresponde al citoplasma típico de

toda célula y es el resultado de lo que aportan ambos gametos: mito-condrias, retículo endoplásmico, lisosomas, etc.

b. Deutoplasma o plasma nutritivo. Son elementos nutritivos del tipo de lípidos o gránulos de hidratos de carbono (glucógeno). En conjunto se conoce como vitelo. Está dispuesto en gránulos o acúmulos lipopro-teicos. En su mayor parte es aportado por el óvulo.

En las aves, el vitelo está formado por dos componentes: el vitelo amari-

llo y el vitelo blanco. El primero constituye la mayor parte de esfera viteli-na. El vitelo blanco forma una parte central bulbosa conocida como látebra que se prolonga en un cuello que se expande debajo del disco embrionario formando lo que se conoce como el núcleo de Pander. Además existen del-

Figura 6. Esquema del ovocito de las aves. Nótese la gran cantidad de vitelo (deutoplasma) en comparación a las dimensiones del disco germinal (idioplasma)

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gadas capas concéntricas de vitelo blanco que alternan con otras mas grue-sas de vitelo amarillo. Estas capas concéntricas de ambos tipos de vitelo reflejan las acumulaciones diarias durante los siete u ocho días finales antes de la ovulación. El vitelo que se deposita a últimas horas de la noche (vitelo blanco) posee menos cantidad de grasa y más de proteínas que el depositado durante el resto del día (vitelo amarillo).

Clasificación de los huevos El vitelo en su cantidad y distribución es el criterio que se utiliza de for-

ma general para clasificar los huevos entre distintas especies. a. Según la cantidad de vitelo, los huevos se denominan:

- Oligolecitos (Microlecitos). Poca cantidad de vitelo. - Mesolecitos. Mediana cantidad de vitelo. - Polilecitos (Megalecitos). Gran cantidad de vitelo.

b. Según la distribución del vitelo dentro del huevo se denominan: - Isolecito. Vitelo uniformemente distribuido. - Telolecito. Vitelo concentrado en un polo (polo vegetal), en tanto

que en otro extremo (polo animal) se encuentran el idioplasma y los pronúcleos constituyendo el disco embrionario o cicatrícula.

- Centrolecito.Vitelo concentrado en el centro del huevo mientras que el resto de los componentes del huevo se sitúan periférica-mente.

La cantidad de vitelo que posee el huevo de cada especie está relacionada

con la historia evolutiva de los embriones. Los animales pequeños que de-ben producir inmensas cantidades de huevos para asegurar la propagación de la especie deben producir huevos pequeños con poca cantidad de vitelo (oligolecitos y mesolecitos), pues de otra forma no cabrían en el cuerpo de la madre. Estos embriones deben desarrollarse rápidamente para alcanzar la etapa alimenticia antes de agotar la escasa reserva alimenticia de que dispo-nen. Los vertebrados terrestres que ponen huevos (aves y reptiles) necesitan huevos con grandes cantidades de vitelo para asegurar la nutrición de em-briones cada vez más complejos que deben desarrollarse fuera de la madre. Los mamíferos, a pesar de su supuesto origen evolutivo a partir de especies

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que ponían huevos con grandes cantidades de vitelo, producen huevos pe-queños casi desprovistos de vitelo debido al desarrollo de la placentación.

No obstante, la gastrulación de los mamíferos ofrece un esquema enor-memente similar al que se encuentra en los huevos polilecitos, en vez de seguir las pautas más simples de los huevos oligolecitos, lo que evidencia su pasado evolutivo.

Vitelo

Vitelo

Vitelo

Figura 7. Esquema de las clases de huevos según la distribución de vitelo: A: huevo isolecito. Se presenta en los huevos oligolecitos, tanto de mamíferos, como invertebrados. B: huevo centrolecito. Se presenta en el huevo mesolecito de los insectos. C: huevo telolecito. Se presenta en los huevos mesolecitos de anfibios y polilecitos de las aves y reptiles.

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