16 de diciembre de 2014

El encuentro del óvulo con los espermatozoides provoca 'fuegos artificiales de zinc'

MADRID, 16 Dic. (EUROPA PRESS) -

   Un equipo de científicos de la Universidad de Northwestern, en Evanston, Illinois, Estados Unidos, ha descubierto que los óvulos fertilizados de los mamíferos liberan de su superficie miles de millones de átomos de zinc, una oleada tras otra. Mediante tecnología de vanguardia, estos expertos son los primeros en captar imágenes de estos fuegos artificiales moleculares y determinar el origen de esas chispas de zinc: pequeños paquetes ricos en zinc justo debajo de la superficie del óvulo.

   Estas fluctuaciones de zinc juegan un papel central en la regulación de los procesos bioquímicos que garantizan un paso saludable de óvulo a embrión, por lo que esta nueva información cuantitativa que se publica en 'Nature Chemistry' puede ser útil para mejorar los métodos de fertilización 'in vitro'. Este trabajo ofrece las primeras mediciones físicas cuantitativas de la localización de zinc en las células individuales de un mamífero.

   "La cantidad de zinc liberado por un óvulo puede ser un gran marcador para identificar un óvulo fecundado de alta calidad, algo que no podemos hacer ahora", señala la profesora en Obstetricia y Ginecología Teresa K. Woodruff, experta en biología del ovario y una de los dos autores del estudio.

  "Si podemos identificar los mejores óvulos, sería necesario transferir menos embriones durante los tratamientos de fertilidad. Nuestros resultados nos ayudarán a avanzar hacia este objetivo", añade la también directora del Instituto de Investigación en Salud de la Mujer de la Facultad de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern.

   El equipo de investigación, que incluye a expertos del Departamento de Energía Avanzada Photon Source (APS) de Estados Unidos, ha desarrollado un conjunto de cuatro métodos físicos para determinar la cantidad de zinc que hay en un óvulo y el que está presente en el momento de la fecundación y en las dos horas justo después. Métodos por imágenes permitieron a los científicos ver y contar los átomos de zinc de óvulos individuales y visualizar las ondas de chispas de zinc en tres dimensiones.

   Tras inventar un nuevo sensor fluorescente vital para seguir el zinc en vivo de las células, los científicos descubrieron cerca de 8.000 compartimentos en el óvulo, conteniendo cada uno aproximadamente un millón de átomos de zinc. Estos paquetes liberan su carga de zinc al mismo tiempo en un proceso similar a la liberación de neurotransmisores en el cerebro o de insulina en el páncreas.

   Estos resultados fueron confirmados con métodos químicos que atrapan depósitos celulares de zinc y permiten mapear el zinc en escala nanométrica con un microscopio electrónico de diseño personalizado desarrollado para este proyecto con fondos de la WM Fundación Keck. Experimentos adicionales de imágenes de rayos X de alta energía en el sincrotrón APS del Laboratorio Nacional Argonne permitieron a los científicos analizar con precisión la ubicación de los átomos de zinc en dos y tres dimensiones.

   "En el momento justo, el de la fecundación, vemos que el óvulo libera miles de paquetes, cada uno vertiendo un millón de átomos de zinc, y después se tranquiliza", detalla Thomas V. O'Halloran, el otro autor. "Luego hay otra descarga de liberación de zinc. Cada óvulo tiene cuatro o cinco de estas explosiones periódicas. Es hermoso de ver, orquestado como una sinfonía. Sabíamos que el óvulo liberaba zinc en grandes cantidades, pero no teníamos ni idea cómo lo hacía", agrega este profesor de Química en el Colegio Weinberg de Artes y Ciencias y director de Química del Instituto de Procesos de la Vida de Northwestern.

   El estudio establece cómo los óvulos compartimentan y distribuyen zinc para controlar los procesos de desarrollo que permiten que el óvulo se convierta en un embrión sano. El zinc es parte de un interruptor principal que controla la decisión de crecer y transformarse en un nuevo organismo genético. Estos resultados son la culminación de seis años de trabajo y se basan en descubrimientos anteriores realizados por los laboratorios de Woodruff y O'Halloran utilizando datos de los análisis efectuados en la Northwestern y la APS.

   En estudios previos en óvulos de ratón, este equipo de investigación descubrió una tremenda exigencia de zinc del óvulo para alcanzar la madurez. Además, los científicos determinaron que un óvulo pierde 10.000 millones de sus 60.000 millones de átomos de zinc durante la fertilización en una serie de cuatro o cinco ondas llamadas "chispas de zinc". La liberación de chispas de zinc del óvulo es esencial para la formación del embrión en las dos horas siguientes a la fecundación.

   "El huevo primero tiene que acumular zinc y luego liberar algo de zinc para dirigir con éxito la maduración, la fecundación y el inicio de la embriogénesis", apunta O'Halloran. "Pero ¿cuánto zinc está involucrado exactamente en este proceso notable y dónde en la célula? Necesitábamos datos para comprender mejor los mecanismos moleculares implicados en cómo un huevo se convierte en un nuevo organismo", agrega.

   Los investigadores actualmente están trabajando para ver si pueden correlacionar chispas de zinc con la calidad del óvulo, información que sería clave para la mejora de los tratamientos de fertilidad. Este estudio sienta las bases para entender cómo los flujos de zinc pueden regular eventos en varios sistemas biológicos más allá del óvulo, incluyendo la neurotransmisión en las neuronas enriquecidas de zinc en el cerebro y liberadoras de insulina en el páncreas.