III (n. 8) El arranque a vivir: el tiempo cero

por Natalia López Moratalla

 

 

1. La fecundación: el diálogo celular y molecular de los gametos paterno y materno

El proceso que constituye un nuevo ser humano (como de cualquier otro viviente mamífero) es el proceso de fecundación. Con él se prepara la materia recibida de los progenitores para dar una unidad celular con el fenotipo (las características) propias de inicio o arranque. Esto es, con capacidad de comenzar a emitir, o expresar, el mensaje genético del nuevo individuo. En la fecundación natural, en el engendrar de los padres, el proceso acabaría en la formación de una celular con un fenotipo característico de la que se denomina cigoto.

Esta célula, embrión iniciando su vida, es más que la fusión del gameto aportado por el padre y el aportado por la madre. A lo largo de un laborioso y armónico proceso el material genético de ambos se prepara, se modifica estructural y químicamente, se funden fragmentos de diferentes tipos de membranas de ambos gametos para dar la peculiar membrana del cigoto y los diversos componentes del interior de las células se ordenan de forma adecuada para la primera división celular, con la que arranca a vivir, convirtiéndose en embrión bicelular.

El proceso de fecundación de mamíferos es bien conocido. Las primeras etapas se suceden en orden al encuentro de los gametos. En ellas ambos se van activando y terminando la maduración final que les capacita para construir el embrión cigoto.

1. El del espermio, gameto masculino, es atraído hacia las trompas uterinas y capacitado (es decir “limpiado” de los componentes que ocultan los receptores de reconocimiemto del óvulo) en el tracto genital femenino.

2. De esta forma se produce el reconocimiento específico entre el espermio, maduro y capacitado, y óvulo maduro, a través de proteínas presentes en la zona pelúcida, o cubierta que rodea al óvulo, y presentes en la membrana externa de la cabeza del espermio.

3. Esta interacción activa al espermio. La célula germinal masculina sufre la llamada reacción acrosómica, que le permite liberar el contenido de la gran vacuola, el acrosoma. El contenido consiste en enzimas capaces de ir abriendo un canal en la trama de la zona pelúcida del óvulo, y de esta forma avanzar por ella.

4. Cuando el espermio activado atraviesa la zona pelúcida interactúa con la membrana del el óvulo y le activa. La interacción entre la membrana del espermio y la membrana plasmática del óvulo produce un aumento de los iones calcio en la zona del óvulo por la que han entrado en contacto. Se denomina reacción cortical a la salida de componentes de los granos corticales del óvulo que hace rígida la zona pelúcida (reacción de la zona) e impide así que pudieran entrar nuevos espermios.

La elevación local del calcio constituye la base molecular del control de las siguientes etapas: el calcio hará que se formen filamentos contráctiles en dicha zona que tiran hacia dentro del núcleo del gameto paterno. A la vez el calcio pone en marcha la síntesis de proteínas que hasta ese momento estaba detenida en el óvulo maduro y ese mismo ion calcio organiza los pronúcleos paterno y materno.

5. La etapa final de la fecundación es la constitución del cigoto con la entrada del núcleo del espermio en el oocito. El óvulo maduro es una célula asimétrica, con el núcleo cercano a la membrana delimitando una zona o casquete con diferente composición del resto; el espermio interacciona con la membrana del óvulo por una zona situada siempre fuera de este casquete. En esta zona se produce la elevación el calcio que difunde al resto de la célula y la organiza según un eje preciso en la estructura celular de cigoto.

El encuentro, preparación y fusión de los pronúcleos paterno y materno, colocados en la superficie, para dar el núcleo del cigoto, que se sitúa en el centro del cigoto, es un lento proceso perfectamente acompasado en el tiempo y en el espacio. El DNA de cada pronúcleo está reestructurado, y con la impronta parental, materna o paterna, (grado de metilación de citosinas ) específica y propio de células germinales.

a) En primer lugar se termina la meiosis del oocito. Es decir elimina la mitad de su dotación genética (que era diploide en el óvulo maduro) y queda esa otra mitad formando el pronúcleo materno (haploide).

b) A continuación se produce la descondensación y del pronúcleo paterno quedando el DNA en situación de poder expresar la información genética. Al mismo tiempo la cromatina del pronúcleo materno comienza a programarse de acuerdo con la estructura y química propia de un mensaje genético que va a empezar una nueva emisión del mensaje; esto es va perdiendo ya la impronta propia de gameto materno.

c) El pronúcleo paterno atrae al materno y se mezclan y organizan en una unidad en el centro del cigoto. Los dos pronúcleos, son ya el núcleo, que porta el patrimonio genético del hijo. Queda por tanto el cigoto preparado para la primera división tras la duplicación del DNA.

La figura

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(tomada de los estadios Carnegie del desarrollo embrionario temprano humano, http://www.visembriyo.com) muestra las fotografía teñida en diferente color de la fusión de la dotación genética paterna y materna en la fecundación).

Es interesante notar que la dotación genética paterna y materna aporta cada una de las dos mitades de los 23 pares de cromosomas que constituyen el patrimonio genético de cada ser humano. Pero ambas mitades son asimétricas en lo que se refiere a su estado de “impronta” y en cuanto a estructuración del material cromosómico. Este hecho marca además otro muy importante: el desarrollo embrionario, y después en la vida extrauterina y adulta, la contribución paterna y materna es selectiva y se requieren ambas completas para la construcción y funcionamiento del organismo. La biología pone así una barrera natural para que necesariamente cada individuo sea hijo de uno y una.

La figura

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(tomada de Nature, vol 414, noviembre 2001) muestra un esquema de la reprogramación del material genético de los progenitores para constituir la nueva unidad vital , el hijo; en este sentido decimos que biológicamente es más que el resultado de la fusión de dos células, los gametos.

2. Obtención del cigoto por fecundación in vitro

El cigoto puede ser bien constituido desde el punto de vista biológico en un proceso de fecundación en el laboratorio que se limitara a “acercar” los gametos masculinos, concentrados y capacitados previamente, a un óvulo maduro en un medio de cultivo que imita las condiciones fisiológicas de las trompas uterinas. De esta forma sólo los gametos dotados genéticamente de manera correcta, podrían producir una buena fecundación. La práctica clínica es, habitualmente, mucho más agresiva.

Como se ha señalado, la fecundación eficaz, en tanto proceso constituyente de un nuevo viviente, es un proceso que exige unas condiciones sumamente precisas; una de las principales se refiere al estado de maduración del óvulo: la que conlleva un ciclo natural. Es conocido que, para aumentar la eficacia de las técnicas de fecundación asistida de humanos, se suele inducir una multiovulación; un estudio reciente (Human Reproduction. Vol. 16, pag. 221-225) muestra que los embriones humanos originados por fecundación de óvulos que proceden de una multiovulación tienen más dificultad para anidar y, los que lo consiguen se desarrollan con más malformaciones que los originados por fecundación del óvulo madurado de forma natural en un ciclo; más aún, la madre por efectos del fármaco que se usa en estos casos aporta un microentorno más agresivo al embrión que trata de anidar.

Si a esto se suma que, en la mayor parte de las clínicas de Fecundación Asistida, la fusión de los gametos se realiza por inyección directa del espermio dentro del óvulo, se comprende que la viabilidad del embrión producido sea siempre mucho menor que la del engendrado.

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Las dificultad de que la fecundación “forzada” de lugar a un cigoto perfectamente polarizado, como se muestra en el esquema siguiente, es una llamada de atención a la práctica clínica: se producen embriones con que no tienen las condiciones ambientales requeridas para constituirse y desarrollarse con normalidad. Por el contrario un embrión engendrado, en su entorno natural por tanto, puede sobrevivir; de hecho se conoce desde hace tiempo que los abortos tempranos espontáneos son mayoritariamente de embriones con malformaciones, y muy raramente son embriones bien formados.

El cigoto se forma en la fecundación natural de un óvulo maduro por un espermio, que entra por una zona definida (amarillo). El cigoto está perfectamente organizado y la primera división para dar el embrión de dos células se produce según un plano fijo. Si la fecundación in vitro se hace por microinyección del espermio a un óvulo, o si estos no están maduros, el cigoto resultante no está perfectamente organizado.

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3. Embrión clonado

En la fecundación el material genético aportado por los gametos paterno y materno se encuentra en el estado adecuado: tanto el espermio como el óvulo ha sufrido la correspondiente gametogénesis, y tanto las membranas, como los pronúcleos son capaces de dar las diferentes etapas que conducen a la constitución del cigoto.

Sin embargo, en la construcción del material celular inicial por clonación no hay una fusión de gametos sino una transferencia del material genético de una célula a otra. Este material nuclear ha de ser inducido al estado en que se encuentra en la fecundación natural el núcleo proveniente de los gametos paternos (Kubiak J.Z: and Johnson, BioEssays 23, 359-364, 2001). La célula receptora debe ser un óvulo ya que el contenido citoplásmico, capaz de aportar las una organización asimétrica y una composición molecular de la membrana debe corresponder con la del óvulo maduro. Y a su vez debe ser activado, mediante una elevación de la concentración de iones calcio en el su citoplasma; por ello se requiere someter a la célula “hibrida” a pulsos de calcio a fin de activar el inicio del desarrollo.

Como ya se ha comentado el proceso de “reprogramación” de esta célula mixta, para alcanzar las características enormemente precisas del cigoto, no es nada sencillo. La posibilidad de clonación por transferencia de núcleo requiere reprogramación (desdiferenciación o rejuvenecimiento) del código genético de la célula que aporta el nucléo.

Reprogramación que técnicamente no está aún conseguida como muestra el envejecimiento prematuro desde el nacimiento de la oveja Dolly; más aún, se ha descrito (Han, Yong- Manh, Nature Genetics, vol 28, p. 173, 2001) que la frecuencia de muertes en fase embrionaria y las anomalías que presentan los embriones obtenidos por clonación mediante transferencia de un núcleo, se debe a que el DNA, por su situación, sufre un anormal o erróneo proceso de metilación y desmetilación en las primeras etapas. Es decir, carece de la “impronta” propia, elaborada a partir de la impronta parental. El clon es un hermano del donante del núcleo. Y este núcleo de una célula de un individuo neonato o adulto, ha borrado durante su desarrollo la impronta heredada de sus progenitores en el momento de su concepción.

4. Dos gemelos idénticos de una misma fecundación

Habitualmente se considera que los hermanos gemelos idénticos, que proceden de la fecundación de un óvulo por un espermio, necesariamente se forman por separación física, en dos unidades celulares, de igual o diferente número de células cada una. Esta separación de algunas células para constituir dos, o incluso tres, agrupaciones permite que emitan por separado y unitariamente un mensaje genético “que dice” lo mismo pero que está escrito en cada caso sobre unos cromosomas del núcleo de células diferentes. Comentaremos después esta posibilidad. Ahora interesa hacer notar que el proceso de fecundación puede terminar en dos cigotos.

En efecto, los procesos que como la fecundación, tienen etapas que se suceden en el tiempo con una sincronización temporal y también espacial son denominados procesos “complejos” y se caracterizan por tener una dinámica “caótica”. Esto no significa imperfección, ni anomalía. Es natural: el lado irregular de la naturaleza. Significa que muy infrecuentemente, y por las fluctuaciones naturales de la difusión del calcio, el proceso de división celular se puede adelantar en el tiempo al resto de las etapas que completan la fecundación: son dos células, entonces, y no una sola las que acaban estas etapas y terminan con el fenotipo propio del cigoto.



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Natalia López Moratalla.

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