Capítulo 5: Fertilização - Poul Hyttel (Embriologia Veterinária)

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Capítulo 5
Fertilização
Fred Sinowatz
A reprodução sexuada ocorre por meio da fertilização, durante a qual dois gametas
haploides fundem-se e produzem um indivíduo geneticamente único. A fertilização,
processo pelo qual o espermatozoide e o ovo se unem, ocorre na região da ampola
do oviduto (Cap. 3). O complexo formado pelo ovo mamífero, que é ovulado e
entra no oviduto pelo infundíbulo, consiste em três componentes: (1) o ovócito,
aprisionado na metáfase da meiose II na maioria dos animais domésticos (com
exceção dos cães, em que a maturação final até a metáfase II ocorre no oviduto), (2)
a zona pelúcida, uma matriz extracelular que circunda o ovócito, constituída de
glicoproteínas que são sintetizadas tanto pelo ovócito quanto pelas células do
cumulus circundantes em animais domésticos, e (3) as células do cumulus, que
consistem em várias camadas de células do cumulus oophorus inseridas em uma matriz
extracelular, composta principalmente de ácido hialurônico. É comum considerar a
zona pelúcida e o ovócito como uma única estrutura, levando à descrição do
complexo formado pelo ovo ovulado como o complexo cumulus-ovócito (COC),
particularmente no contexto dos procedimentos biotecnológicos (Fig. 5-1).
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Fig. 5-1 Complexo cumulus-ovócito (1) na ampola de oviduto ovino, onde a fertilização. 2:
Dobras mucosas do oviduto.
Cortesia de Rüsse e Sinowatz (1998).
Transporte do espermatozoide no trato genital feminino
A duração da cópula varia entre diferentes animais domésticos (Cap. 3). A cópula
dura menos que um minuto em ruminantes, é um pouco mais longa em cavalos,
vários minutos em porcos e pode durar de cinco a 30 minutos em cães. Em várias
espécies mamíferas (bovinos, ovinos, coelhos, cães, gatos e primatas), o sêmen é
depositado na porção cranial da vagina. Em outras espécies (porcos, cavalos e
camelídeos), o sêmen é ejaculado diretamente na cérvix (porcos) ou, via processo
uretral, tanto na cérvix quanto no útero.
Em ruminantes, o ejaculado possui volume pequeno (em geral somente 3 a 4
mL), mas contém uma enorme concentração de espermatozoides. Assumiu-se por
muito tempo que, após ser depositada no útero por inseminação artificial, a maior
parte dos espermatozoides ascende em direção ao oviduto. Entretanto, estudos
recentes demonstraram claramente que uma grande proporção desses
espermatozoides é perdida por transporte retrógrado; mais de 60% dos
espermatozoides depositados no útero são perdidos para o exterior dentro de 12
horas após a inseminação artificial. Essa perda pode ser muito maior caso os
espermatozoides sejam depositados na cérvix, e isso pode resultar em
comprometimento da fertilidade.
No cachaço, o volume de ejaculado é grande (200 a 400 mL) com,
comparativamente, baixa concentração de espermatozoides. Devido a seu grande
volume, a maior parte do ejaculado flui da cérvix para o útero. O cachaço ejacula
uma série de frações seminais com diferentes características. A primeira fração
contém poucos espermatozoides e consiste principalmente em secreções das glândulas
sexuais acessórias. A segunda fração é rica em espermatozoides. A maior parte da
fração final origina-se das glândulas bulbouretrais e forma um coágulo que reduz a
perda retrógrada de espermatozoides.
O garanhão ejacula em uma série de “jatos”, dos quais o primeiro geralmente
contém a fração rica em espermatozoides. O plasma seminal do último jato é
altamente viscoso e, como no porco, pode servir para minimizar a perda retrógrada
de espermatozoides pelo trato genital feminino.
No cão, a primeira das três frações do ejaculado origina-se na próstata, a única
glândula sexual acessória nessa espécie. O volume dessa fração límpida e acelular,
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chamada de fração pré-espermática, varia de 0,5 a 5 mL, dependendo da raça. A
segunda fração, de cor opaca, é rica em espermatozoides. Seu volume varia de 1 a 4
mL e contém entre 300 milhões e dois bilhões de espermatozoides. A última fração
também é produzida pela próstata. Seu volume pode variar em uma ampla faixa, de
1 a até 80 mL, dependendo da raça. Ejaculado vigorosamente, essa última fração de
fluido prostático pode forçar a fração rica em espermatozoides cranialmente em
direção ao útero. No gato, o volume de ejaculado é pequeno (0,2 a 0,3 mL) e não se
sabe se ele é compreendido por múltiplas frações.
A perda retrógrada de espermatozoides pelo trato genital feminino depende
de vários fatores. Os mais importantes são o volume e a natureza física do ejaculado
e o local de sua deposição dentro do trato genital feminino. Como mencionado, em
algumas espécies, como no porco, as proteínas do plasma seminal formam um
tampão vaginal visível que evita que os espermatozoides sejam perdidos para o
exterior. Em alguns roedores de laboratório, o tampão vaginal sólido que é formado
após a cópula pode ser visto externamente e usado para determinar o momento do
coito (Cap. 20).
O transporte de espermatozoides até a ampola do oviduto é resultado,
principalmente, do elevado tônus e motilidade da túnica muscular do trato genital
feminino. Esse transporte pode ser dividido em duas fases, uma fase rápida e uma
fase sustentada de transporte. Dentro de poucos minutos após a cópula, os
espermatozoides já alcançaram o oviduto. Embora os gametas masculinos estejam
próximos ao ovócito após um período bastante curto, esses espermatozoides não são
viáveis e não participam da fertilização; é a fase sustentada do transporte
espermático que é importante para a fertilização bem-sucedida. Na fase sustentada,
os espermatozoides são transportados para os ovidutos a partir de possíveis
reservatórios na junção útero-tubárica ou na cérvix, durante um período prolongado,
liberando-os de maneira mais uniforme.
A principal barreira para o transporte espermático é a cérvix uterina que
também pode servir como um reservatório de espermatozoides em várias espécies.
Em ruminantes, e em menor importância na égua, a cérvix possui um sistema
intricado de dobras e sulcos. Como em outras espécies domésticas, o epitélio da cérvix
de ruminantes produz um muco altamente viscoso que proíbe a penetração dos
espermatozoides pelo canal cervical durante a maior parte do ciclo estral. Somente
durante o estro é que o muco modifica sua viscosidade, quando um muco menos
viscoso rico em sialomucinas é produzido pelas regiões basais das criptas cervicais.
Um segundo tipo de muco, que contém principalmente sulfomucinas e é muito mais
viscoso, é secretado pelas porções apicais do epitélio que recobre as pontas das
dobras cervicais. Esses dois tipos diferentes de secreção criam dois compartimentos
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distintos dentro do canal cervical, um basal com baixa viscosidade e outro mais
central com alta viscosidade. O ambiente com baixa viscosidade nas regiões basais
das dobras oferece um ‘caminho privilegiado’ pelo qual os espermatozoides podem se
mover mais facilmente em direção ao útero. A habilidade do espermatozoide em usar
esse caminho privilegiado depende da sua habilidade em nadar pelas criptas da
cérvix; os espermatozoides imóveis não são capazes de progredir e são eliminados.
Consequentemente, a cérvix age como um filtro para a remoção de espermatozoides
inviáveis.
Capacitação
Os espermatozoides não estão aptos a fertilizar o ovócito imediatamente após a
chegada ao trato genital feminino; para adquirir fertilidade eles devem permanecer
no trato genital feminino por um certo período (Fig. 5-2). As modificações que
ocorrem durante esse período constituem a capacitação dos espermatozoides. O
local onde a capacitação acontece varia entre as espécies. Em espécies nas quais os
espermatozoides são liberados na porção média da cérvix (porca) ou na cérvix caudal
e imediatamente entram no corpo do útero, a capacitação provavelmente começa no
útero e termina no istmo do oviduto. Em espécies nas quais a deposição de sêmen é
intravaginal, a capacitação é provavelmente iniciada durante a passagem do
espermatozoide pela cérvix. Nem todos os espermatozoides são capacitados ao
mesmo tempo e, como o processo geralmente se estende por váriashoras, cada
espermatozoide pode apresentar um grau diferente de capacitação, dependendo de
sua localização dentro do trato genital feminino.
Fig. 5-2 Oviduto bovino Os espermatozoides podem ficar temporariamente ligados ao
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epitélio do istmo no oviduto por mecanismos de ligação mediados por açúcar (p. ex., fucose). 1.
espermatozoide; 2. quinocílios; 3. microvilos.
Cortesia de Rüsse e Sinowatz (1998).
A capacitação compreende um conjunto de processos complexos. Já foi
claramente demonstrado que a membrana plasmática do espermatozoide
(particularmente a da cabeça) sofre modificações marcantes durante a capacitação.
Os processos importantes durante a capacitação são: a remoção da cobertura
glicoproteica e das proteínas do plasma seminal (adsorvidas durante a estocagem no
epidídimo e a ejaculação) da superfície dos espermatozoides; o acoplamento
funcional das cascatas transdutoras de sinal que regulam o início da reação
acrossomal pelas glicoproteínas da zona pelúcida; as alterações na motilidade dos
flagelos que são necessárias para penetração da zona pelúcida; e, finalmente, o
desenvolvimento da capacidade de fundir-se com a membrana plasmática do ovócito.
Esses processos são acompanhados por modificações no metabolismo, nas
propriedades biofísicas da membrana plasmática, e na fosforilação proteica, junto
com a elevação dos níveis de cálcio intracelular e do pH, e hiperpolarização do
potencial de membrana.
A capacitação pode ser revertida pela devolução dos espermatozoides já
capacitados ao plasma seminal. Uma vez descapacitados dessa maneira, eles
necessitam de uma capacitação adicional antes de readquirirem sua fertilidade.
Grande parte do conhecimento sobre o processo de capacitação foi adquirido nos
estudos in vitro. Vários fatores causam capacitação in vitro. Primeiro, o efluxo de
colesterol da membrana espermática é mediado por proteínas ligadoras de esterol e
dá início a vários aspectos da capacitação. A reorganização da membrana
espermática após a depleção de colesterol é considerada a etapa inicial da
capacitação. Na segunda etapa, várias proteínas da membrana plasmática do
espermatozoide são fosforiladas nas tirosinas por um mecanismo dependente de
AMPc. Os espermatozoides expressam uma forma solúvel de adenilcliclase sensível a
bicarbonato que pode controlar esses eventos de fosforilação. Na terceira etapa, a
elevação do pH intracelular e dos níveis de bicarbonato pode levar ao estímulo para
a produção de AMPc. Pela ativação dos canais regulados por nucleotídeos cíclicos na
membrana plasmática do flagelo espermático, os espermatozoides podem ser
modificados para o padrão hiperativado de motilidade que é característico dos
espermatozoides capacitados.
In vivo, ações sinérgicas de múltiplos fatores parecem mediar a capacitação. Foi
demonstrado que as proteínas ligadoras de esterol, como as lipoproteínas de alta
densidade, estão presentes no fluido do oviduto e podem aceleram o efluxo de
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colesterol dos espermatozoides. Além disso, a progesterona, derivada do fluido
folicular e da secreção pelas células do cumulus que circundam o ovócito após a
ovulação, pode estar envolvida na regulação de alguns aspectos do processo.
Interações entre os espermatozoides e a zona pelúcida
A zona pelúcida (ZP) é uma matriz extracelular que circunda o ovócito e o embrião
inicial e que exerce várias funções importantes durante a fertilização e o
desenvolvimento embrionário inicial. Na maioria das espécies de mamíferos, é
composta de três glicoproteínas (ZPA, equivalente à ZP2 de camundongo; ZPB,
equivalente à ZP1 de camundongo; ZPC, equivalente à ZP3 de camundongo),
produtos das famílias gênicas ZPA, ZPB e ZPC que foram identificadas como
altamente homólogas entre as espécies mamíferas. A maior parte das informações
sobre a estrutura e a função da ZP foi obtida de estudos em camundongos. Dados
recentes em porcos e em outros animais domésticos, no entanto, indicaram que as
descobertas no modelo murino nem sempre são aplicáveis a outras espécies. Por
exemplo, enquanto a ZP3 é o receptor espermático primário no camundongo, são a
ZPA e a ZPC que possuem atividade de receptor no porco. Também contrário ao
camundongo (em que o ovócito em crescimento é a única fonte de glicoproteínas
para a zona pelúcida), essas proteínas são expressas tanto no ovócito quanto nas
células de granulosa em um padrão variável entre os estágios nos animais
domésticos.
A ZP está envolvida em vários estágios críticos da fertilização: a adesão e a
ligação do espermatozoide capacitado à ZP; a indução subsequente da reação
acrossomal e a penetração na ZP; e as modificações da ZP induzidas pela fertilização
que evitam a polispermia.
Adesão dos espermatozoides à zona pelúcida
O primeiro contato entre o espermatozoide e a ZP, a adesão, é uma associação fraca
e não específica entre os gametas e parece ser uma interação bastante ao acaso (Fig.
5-3). Esta é seguida por uma ligação relativamente firme, que é específica à espécie
e é mediada por receptores complementares na ZP (receptores espermáticos) e na
superfície do espermatozoide. No camundongo a adesão inicial entre o
espermatozoide e a zona pelúcida é mediada pela ZP3, uma glicoproteína
constitutiva da ZP que se liga a receptores na cabeça anterior do espermatozoide com
acrossoma intacto. Essa adesão à ZP provavelmente é baseada em processos de
reconhecimento entre proteína e carboidrato, por meio da associação entre resíduos
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da α-galactosil covalentemente ligadas a moléculas de oxigênio da ZP3 com um
receptor correspondente no espermatozoide. A ligação secundária é então mediada
pela ZP2. Outros autores, entretanto, consideram que a ligação espermatozoide-zona
pelúcida é um evento puramente dependente de proteínas.
Fig. 5-3 Reação acrossomal. Uma vez ligados à zona pelúcida, os espermatozoides sofrem a
reação acrossomal, durante a qual enzimas hidrolíticas são liberadas do acrossoma da cabeça
do espermatozoide. Ela começa quando a membrana plasmática do espermatozoide forma
sítios múltipos de fusão com a membrana acrossomal externa resultando na formação de várias
vesículas pequenas. (a) Espermatozoide com acrossoma intacto. (b) Vesiculação da membrana
plasmática e da membrana acrossomal externa; (c) Penetração na zona pelúcida pelo
espermatozoide. 1: Fusão da membrana plasmática e da membrana acrossomal externa do
espermatozoide; 2: Zona pelúcida.
Cortesia de Rüsse e Sinowatz (1998).
Em outras espécies que não o camundongo, foi sugerido que vários carboidratos
das proteínas da zona pelúcida estão envolvidos na ligação espermática. Ensaios de
inibição da ligação espermatozoide-ZP revelaram um papel da D-manose na ZP
humana e de ratos. O pré-tratamento de espermatozoides humanos com D-manose
inibiu a penetração do espermatozoide na ZP. No rato, o α-metil manosídeo e a D-
manose acabaram sendo os inibidores mais potentes. Foi demonstrado que a L-fucose
e a fucoidina estão envolvidas no reconhecimento espermatozoide-ZP em ovócitos de
cobaia, hamster, rato e humanos.
Reação acrossomal
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Uma vez ligado, o espermatozoide sofre a reação acrossomal (Fig. 5-3) que tem
como resultado a liberação de enzimas hidrolíticas pelo acrossomo da cabeça do
espermatozoide. Isso permite que o espermatozoide penetre na matriz da ZP por uma
combinação da digestão enzimática das glicoproteínas da ZP e da propulsão vigorosa
pela cauda do espermatozoide. A reação acrossomal, induzida pelas glicoproteínas da
ZP, consiste em uma fusão ordenada da membrana plasmática do espermatozoide e a
membrana acrossomal externa. Ela tem início quando a membrana plasmática
forma sítios múltiplos de fusão com a membrana acrossomal externa resultando
na formação de muitas vesículas pequenas (vesiculação). Após a ocorrência da
vesiculação, o conteúdo enzimático do acrossoma é disperso, e o núcleo espermático
permanece coberto somente pela membrana acrossomal interna (Fig. 5-4). A
acrosina e a hialuronidase são enzimas liberadas durante a reação acrossomal. A
acrosina hidrolisa as proteínas daZP e também aumenta a habilidade do
espermatozoide em se ligar a essas proteínas. Durante o processo da penetração na
ZP, os espermatozoides que sofreram reação acrossomal são ligados temporariamente
e liberados pelas glicoproteínas da ZP via mecanismos de ligação secundários que
envolvem a pró-acrosina. Os espermatozoides também avançam em direção do
espaço perivitelínico pela batida vigorosa da cauda. A pró-acrosina é a forma inativa
da enzima acrosina e possui grande afinidade pela ZP. Assim, a pró-acrosina auxilia
na ligação à zona pelúcida à medida que a reação acrossomal progride. Quando a
pró-acrosina é convertida em acrosina, o espermatozoide penetra usando a enzima
para digerir um pequeno buraco na zona pelúcida e passar por ele.
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Fig. 5-4 Espermatozoide bovino sofrendo a reação acrossomal na superfície da zona
pelúcida. 1: Espermatozoide apresentando vesiculação da membrana plasmática e da
membrana acrossomal externa. 2: Zona pelúcida, composta por glicoproteínas (ZPA, ZPB,
ZPC).
Cortesia de Rüsse e Sinowatz (1998).
Adesão e fusão de espermatozoide e ovócito
Após a penetração da ZP, o espermatozoide adere-se e funde-se à membrana
plasmática do ovócito. A membrana do ovócito funde-se com a membrana do
segmento equatorial do espermatozoide (Cap. 4), e o espermatozoide fertilizante,
incluindo sua cauda, é engolfado pelo ovócito. Estritamente, esse processo deveria
ser referido como singamia. A fusão de membrana dos gametas masculino e
feminino envolve fertilina-α do espermatozoide (também conhecida como
desintegrina 1 ou ADAM1), fertilina-β (ADAM2) e ciritestina (ADAM3), assim como
CRISP1 (proteína secretória 1 rica em cisteína). As integrinas encontradas na
membrana plasmática do ovócito são receptores para ADAMs dos espermatozoides.
Acredita-se que as proteínas mediadoras de adesão em ambos os gametas funcionem
como complexos multiméricos nas membranas plasmáticas. Após a adesão, a
membrana plasmática do espermatozoide funde-se à membrana plasmática do
ovócito. A base molecular desse processo de fusão intercelular não é completamente
compreendida; a tetraspanina CD9, uma proteína associada à integrina, está
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implicada em certos tipos de fusão de membrana, mas não é sabido se ela participa
na fusão dos gametas.
Ativação ovocitária
Imediatamente após a entrada do espermatozoide, o ovócito sofre a ativação
ovocitária, que estabelece o bloqueio à fertilização polispérmica, a retomada da
meiose e o início do desenvolvimento embrionário. Em todos os animais investigados,
a ativação envolve aumento na concentração do íon cálcio citosólico para
aproximadamente 1 mM. Dependendo da espécie, esse aumento na concentração de
cálcio citosólico ocorre dentro de vários segundos a poucos minutos após a fusão da
membrana dos gametas, e geralmente ocorre como uma “onda” que viaja pelo
ovócito. Em mamíferos, uma oscilação de baixa frequência na concentração de cálcio
citosólico persiste por várias horas e precede a entrada na primeira divisão celular
embrionária. Além da indução do bloqueio à fertilização polispérmica, o aumento na
concentração de cálcio citosólico encerra o bloqueio meiótico de maneira que a
divisão reducional pode ser completada (Cap. 4). Em seguida, as respostas da
ativação do ovócito incluem o recrutamento de RNAms maternos para a tradução e
mudanças na síntese proteica (Cap. 6).
O uso da injeção espermática intracitoplasmática (ICSI; Cap. 21) para fertilizar
ovócitos mostrou que o contato extracelular entre espermatozoide e ovo não é
necessário para ativar os ovos. De modo interessante, também não é o simples ato da
injeção nem a introdução de cálcio do meio que induzem a ativação do ovo. Os
componentes do núcleo espermático, possivelmente sua teca perinuclear, foram
associados às atividades ativadoras de ovócitos. Entre os candidatos a essa
propriedade no espermatozoide estão a oscilina (uma isomerase da glicosamina-6-
fosfato) e uma forma truncada da c-Kit tirosina quinase.
Bloqueio à fertilização polispérmica
O bloqueio à fertilização polispérmica é estabelecido por meio da exocitose de um
grupo de grânulos secretórios, os grânulos corticais, do ovócito (Fig. 5-5). Isso é
referido como reação cortical (Cap. 4). O conteúdo dos grânulos corticais inclui
proteases, fosfatases ácidas, peroxidase, mucopolissacarídeos e ativador de
plasminogênio. Como resultado da liberação dos grânulos corticais, a membrana do
ovócito e a ZP tornam-se modificadas. Em consequência, qualquer posterior
penetração de espermatozoides no ovócito é evitada e o bloqueio da zona à
polispermia está estabelecido.
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Fig. 5-5 O bloqueio à fertilização polispérmica é estabelecido por meio da exocitose dos
grânulos corticais (reação cortical) (A) mostra um ovócito imaturo bovino com poucos e
pequenos grânulos corticais (seta), (B) a exocitose dos grânulos corticais localizados
perifericamente em um ovócito maduro. 1: Mitocôndrias de um ovócito imaturo; 2: Microvilos;
3: Mitocôndria de um ovócito maduro; 4: Zona pelúcida.
Retomada da meiose e formação do pronúcleo
Como outra consequência da ativação ovocitária, a meiose é retomada e a segunda
divisão da meiose é completada. A célula-filha que quase não recebe citoplasma é
chamada de segundo corpúsculo polar (Cap. 4). A outra célula-filha é o ovócito
definitivo, agora referido como o zigoto. Seu conjunto haploide de cromossomos
torna-se circundado por camadas de retículo endoplasmático liso que contribui para a
formação de um envelope nuclear, e um núcleo vesicular conhecido como pronúcleo
feminino ou materno é formado (Fig. 5-6). O núcleo do espermatozoide passa por
modificações marcantes dentro do citoplasma do ovócito. Ele torna-se inchado
(“descondensado”), circundado por retículo endoplasmático liso contribuindo para
um envelope nuclear, e forma o pronúcleo masculino ou paterno (Fig. 5-7). A
descondensação do núcleo espermático requer a redução de muitas pontes dissulfito.
O agente redutor primário é a glutationa do citoplasma do ovócito. Além disso, as
protaminas pelas quais o DNA espermático é empacotado são substituídas pelas
histonas do ovócito. A cauda do espermatozoide destaca-se e degenera-se. Os
pronúcleos masculino e feminino aproximam-se, auxiliados pelo citoesqueleto do
zigoto (Figs. 5-8, 5-9). Finalmente, eles ficam em contato próximo e perdem seus
envelopes nucleares, que aparentemente se dissolve em retículo endoplasmático liso.
Durante a dissolução dos envelopes nucleares, os genomas haploides masculino e
feminino tornam-se unidos no centro do zigoto. Essa mistura é referida como
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cariogamia ou sincariose. Deve-se notar que, em contraste ao que ocorre na
fertilização em algumas ordens inferiores, os pronúcleos em mamíferos não se
fundem realmente. Durante a migração dos pronúcleos, a fase S do primeiro ciclo
celular pós-fertilização é completada e, na dissolução dos envelopes nucleares dos
pronúcleos, a cromatina condensa-se para formar a prófase da primeira divisão
mitótica. A clivagem subsequente completa-se normalmente dentro de 24 horas após
a ovulação. Se o ovócito não é fertilizado nesse período, ele perde seu potencial de
desenvolvimento.
Fig. 5-6 Formação do pronúcleo feminino. Como uma consequência da ativação ovocitária,
a segunda divisão meiótica é completada (A). Uma das células-filhas (2 na Fig. 5-7 C) não
recebe quase citoplasma e é chamada de segundo corpúsculo polar A outra célula-filha (B) é o
ovócito definitivo. Seu conjunto haploide de cromossomos torna-se circundado por camadas de
retículo endoplasmático e um núcleo vesicular (3). O pronúcleo feminino está formado. 1:
Conjunto haploide de cromossomos; 2: Corpúsculo polar; 3: Pronúcleo feminino.
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Fig. 5-7 Formação do pronúcleo masculino. O espermatozoide é capturado pelo ovócito por
um processo de fagocitose (A). O núcleo espermático torna-se rodeado por camadas de retículo
endoplasmático liso (B) contribuindo para a formação de um envelope nuclear. Um pronúcleo
paterno vesicular (descondensado) (C) é formado. 1: Núcleo espermático emdescondensação;
2: Cauda espermática em degeneração; 3: Retículo endoplasmático; 4: Pronúcleo masculino.
Fig. 5-8 Pronúcleo masculino (1) e feminino (2) de um zigoto bovino. 3: Zona pelúcida; 4:
Espermatozoide penetrando a zona pelúcida.
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Fig. 5-9 Visão geral da fertilização em mamíferos (modificado de Rüsse e Sinowatz, 1998). A
Anáfase da primeira divisão meiótica no folículo; B: Penetração do espermatozoide no espaço
perivitelínico; metáfase da segunda divisão meiótica e a ativação do ovócito resulta na
liberação dos grânulos corticais; C: Primeiro o espermatozoide é capturado pelo ovócito por um
processo de fagocitose; anáfase da segunda divisão meiótica; D: Formação dos pronúcleos
masculino e feminino, a cauda do espermatozoide degenera-se; E: Cariogamia; F: Primeira
divisão mitótica do zigoto.
Cortesia de Rüsse e Sinowatz (1998).
Resumo
Os espermatozoides são depositados no trato genital feminino durante a cópula ou
inseminação artificial. Eles são transportados ao local de fertilização na região
ampolar do oviduto nas sucessivas fases de transporte rápida e sustentada, das
quais a última resulta na fertilização. Durante o transporte, o espermatozoide sofre a
capacitação e adquire a capacidade fertilizante. A fertilização é um processo em
etapas que inclui uma primeira série de interações entre o espermatozoide e a zona
pelúcida, e uma segunda série de eventos em que o espermatozoide fertilizante é
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incorporado no ovócito. O espermatozoide primeiro adere-se fracamente à zona
pelúcida e esse processo é seguido por uma ligação mais firme mediada por
receptor. O contato com a zona pelúcida desencadeia a reação acrossomal no
espermatozoide, resultando na liberação de enzimas que auxiliam na penetração na
zona pelúcida. Subsequentemente, a membrana plasmática do segmento equatorial
do espermatozoide fertilizante funde-se com o ovócito internalizando-o. A fusão dos
gametas induz a ativação ovocitária incluindo a reação cortical no ovócito, pela
qual o conteúdo dos grânulos corticais é liberado e induz o bloqueio da zona à
polispermia. A ativação do ovócito também leva à conclusão da meiose II e ao
início do desenvolvimento embrionário inicial. No ovócito, o compartimento de
cromossomo haploide materno é circundado por um envelope nuclear formando o
pronúcleo materno e, após descondensação da cromatina no espermatozoide, seu
componente cromossomal haploide também se torna circundado por um envelope
nuclear para formar o pronúcleo paterno. Os pronúcleos então se movem um em
direção ao outro para o centro do zigoto, seus envelopes nucleares dissolvem-se e a
cromatina condensa-se para entrar na prófase da primeira divisão mitótica. A
primeira clivagem geralmente é observada dentro de 24 horas após a ovulação.
Quadro 5-1 A contribuição dos espermatozoides
Os espermatozoides maduros possuem pouco citoplasma e não possuem qualquer síntese
proteica detectável. Assumiu-se, portanto, por muito tempo que o espermatozoide contribui
para um embrião pouco mais do que com os genes paternos, enquanto o ovócito, com seus
abundantes RNAs e proteínas, dirige exclusivamente o desenvolvimento inicial do embrião.
De maneira surpreendente, estudos recentes mostraram que defeitos no espermatozoide
podem perturbar o desenvolvimento embrionário mesmo se os genes carregados pelas células
germinativas masculinas forem perfeitamente normais. Tem ficado claro que além do
conjunto haploide de cromossomos, o espermatozoide também contribui com um
conteúdo complexo de RNA e proteínas que podem ser cruciais para o desenvolvimento
inicial de um embrião.
Contrário a opiniões mais antigas, o espermatozoide inteiro, incluindo a peça
intermediária e a cauda, é capturado pelo ovócito. Em vários mamíferos, as estruturas da
peça intermediária e da cauda persistem no embrião por várias divisões celulares. Na maioria
dos mamíferos (mas não em camundongos) o espermatozoide também contribui com os
centríolos, um pré-requisito para a formação do aparato do fuso e a primeira divisão mitótica.
Também foi descoberto recentemente que o espermatozoide contribui com uma molécula
chamada de PLC que desencadeia as ondas de íons cálcio que ativam um ovo fertilizado, e
que o espermatozoide contém várias centenas de tipos diferentes de RNA mensageiro. Alguns
deles são codificantes de proteínas necessárias para o desenvolvimento embrionário inicial,
112
mas a função da maioria das moléculas de RNA transferidas ainda precisa ser estabelecida.
Leituras adicionais
Brewis I.A., Moore H.D. Molecular mechanisms of gamete recognition and fusion at fertilization. Hum.
Reprod. 1997;12:156–165.
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