ARTÍCULOS TÉCNICOS - GANADERÍA DE LECHE
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El presente trabajo se realizó con la asesoría del Dr. Enrique Hernández-González (Departamento de Biología Celular del CINVESTAV, del Instituto Politécnico Nacional), de la Dra. Ma de Lourdes Juárez Mosqueda (Departamento de Morfología, FMVZ de la Universidad Nacional Autónoma de México) y del Dr. Javier Valencia Méndez (Departamento de Reproducción, FMVZ de la Universidad Nacional Autónoma de México).
Introducción
En las técnicas de reproducción asistida, el uso de semen congelado-descongelado para su aplicación en la inseminación artificial (IA), es actualmente una práctica habitual que ha sido adoptada de manera rutinaria en la mayoría de explotaciones ganaderas a nivel mundial (Cruz et al., 2006; Muino et al., 2008).
Sin embargo los daños ocasionados a las células espermáticas se han enfocado principalmente a realizar estudios a nivel de las membranas (Watson, 1995; Noiles et al., 1997; Neild et al., 2003; Flores, 2005), pero poco se ha estudiado el daño espermático ocasionado por el proceso de criopreservación a nivel de otras estructuras celulares como el citoesqueleto.
Por lo anterior, el objetivo del presente es ampliar el conocimiento de ésta estructura espermática y mencionar algunos hallazgos observados en los espermatozoides de semen criopreservado de bovino.
Citoesqueleto
El citoesqueleto es una estructura tridimensional que forma parte importante en todas las células eucariotas, entre otras cosas proporciona un avanzado nivel de organización intracelular. Está compuesto de una basta red de filamentos proteicos que actúan de manera dinámica y determinan la forma y la organización de organelos dentro del citoplasma (Alberts et al., 2002).
En el espermatozoide, el citoesqueleto está formado por numerosas proteínas, algunas de ellas son iguales a las encontradas en las células somáticas e interactúan formando diversos complejos que les permiten mantener un constante dinamismo.
El citoesqueleto espermático se compone de dos partes, la primera se ubica en la cabeza y la segunda forma el flagelo, cada uno cumple funciones diferentes que en conjunto habilitan al gameto masculino para lograr la fertilización del óvulo.
La teca perinuclear (tp) es la principal estructura citoesquelética de la cabeza espermática, es una cápsula fibrosa que se encuentra a manera de un casco, rodeando casi la totalidad del núcleo, excepto en el sitio de inserción de la cabeza con el flagelo (Courtens et al., 1976). Para su estudio, ha sido dividida en dos regiones, la subacrosomal, que se ubica justo debajo del acrosoma , y la postacrosomal, que se ubica distal a la primera, formando una especie de copa o cáliz, entre ambas se localiza la llamada subestructura de la tp, la cual forma una especie de cinturón que se ubica en la región ecuatorial. La forma en que ésta se presenta depende de cada especie, y es utilizada como un marcador morfológico para evaluar el estado de la tp.
Vista con el microscopio electrónico, la subestructura de la tp del espermatozoide bovino se observa como un anillo calado de pequeñas grecas rectangulares continuas, rodeando al núcleo a manera de un cinturón en la zona ecuatorial, ver figura 1.
Figura 1. Micrografía electrónica mostrando la región ecuatorial de la cabeza del espermatozoide del bovino desprovisto de membranas, mostrando la teca perinuclear expuesta. Las flechas en la región ecuatorial están mostrando a la subestructura con la típica forma del cinturón de grecas de los espermatozoides maduros. SA: región subacrosomal de la teca perinuclear, PA: región postacrosomal de la teca perinuclear. Barra = 500 nm.
Entre algunas de las funciones atribuibles a la tp se encuentran las siguientes: brindar la forma a la cabeza del espermatozoide, servir como cemento para mantener unidas a las membranas plasmática y acrosomal interna con la envoltura nuclear, conservar los dominios de membrana y proteger al núcleo de agentes descondensantes (Sutovsky et al., 1997, 2000, 2003; Juárez-Mosqueda, 2000). Durante la motilidad es la encargada de brindar la direccionalidad al espermatozoide, además, participa en los procesos de fusión con el óvulo y la descondensación espermática una vez que ocurre la fertilización (Mújica et al., 2003).
Por otra parte el flagelo es la maquinaria motriz del espermatozoide tiene una estructura central, el axonema, compuesto por 9 dobletes de microtúbulos, los cuales se encuentran alineados en un círculo rodeando a un par central. Se encuentran unidos por la proteína nexina y proteínas radiales que se deslizan por medio de brazos de dineína usando ATP (Alberts, et al., 2002).
La motilidad espermática es un factor crítico para que pueda realizarse la fertilización, puesto que le permite al gameto masculino aproximarse al femenino y le facilita atravesar la zona pelúcida del ovocito para lograr su objetivo.
Proteínas del citoesqueleto espermático
Hasta la fecha se han identificado varias proteínas como componentes del citoesqueleto espermático, algunas se ubican solamente en una porción del citoesqueleto, ya sea en la tp o en el flagelo, mientras que otras han sido localizadas en ambas regiones. Cabe hacer notar que existen algunas diferencias entre especies, en cuanto al tipo de proteínas que conforman al citoesqueleto espermático (Mújica et al., 2003). Entre las proteínas más comunes que se han detectado podemos mencionar a la actina, que es de las más abundantes en todas las eucariotas, la calicina, que se encuentra formando el cáliz de la cabeza espermática, la PERF 15, cuya principal atribución es la de dar forma a la cabeza espermática, la tubulina, como el principal componente flagelar, la dineina; que forma parte importante del axonema, la nexina, que brinda soporte a la maquinaria motriz flagelar, y muchas otras proteínas que interactuan con la actina, entre ellas las proteínas asociadas a actina ARP2, ARP3 (por sus siglas en inglés, actin related proteins), WASP (por sus siglas en inglés, Wiskott-Aldrich syndrom protein), Calicina, CP alfa y beta (por sus siglas en inglés, capping proteins) , entre otras (Flaherty et al., 1986; Longo et al., 1987; Von Bülow et al., 1997; Mújica et al., 2003; Weaver et al., 2003; Becker et al., 2007).
Criopreservación del semen
Se sabe que durante el proceso de criopreservación los espermatozoides son expuestos a diferentes concentraciones osmóticas, es decir que las concentraciones de las diferentes sales y demás componentes incluidos en el diluyente cambian durante el proceso de congelación y descongelación. Tales cambios implican que los espermatozoides deben estar luchando constantemente por mantener su volumen celular aún expuestos a los mencionados cambios osmóticos.
Estudios realizados en células somáticas indican que el proceso de congelación-descongelación ocasiona daños en la estructura de las proteínas que conforman al citoesqueleto celular (Petrunkina et al., 2004b).
Hasta ahora existen diversas investigaciones enfocadas al estudio de los espermatozoides que han demostrado que durante el proceso de congelación, el citoesqueleto es el encargado de mantener el volumen celular (Petrunkina et al., 2004a).
Mediante estudios de microscopia electrónica, en semen de bovino descongelado se encontró que existe una correlación directa entre el número de espermatozoides no viables y el número de espermatozoides que presentan daño en la tp (Martínez et al., 2006).
Cuando el semen es sometido al proceso de congelación-descongelación, las alteraciones observadas en la subestructura de la tp incluyen la pérdida; en diferente magnitud, de la continuidad de las grecas, que incluso llegan a desaparecer por completo (Martínez et al., 2006; Felipe-Pérez, 2006, 2009). En el flagelo se observan las estructuras muy delgadas, incluso existe la pérdida de algunos de sus elementos.
Mientras que en un estudio comparativo de semen fresco y descongelado, se encontró que varias de las proteínas que conforman la tp del espermatozoide bovino son más susceptibles a la extracción mediante agentes químicos, después de haber sufrido el proceso de congelación-descongelación, entre ellas se observaron proteínas que se encuentran en el rango de los 11 a los 150 kDa de peso molecular.
Lo anterior indica que existe una clara alteración y/o el posible fraccionamiento proteico de los elementos del citoesqueleto espermático ocasionado por la criopreservación del semen bovino.
Conclusiones
Las evidencias presentadas acerca de las alteraciones observadas en el citoesqueleto de los espermatozoides del bovino, proveen nuevos datos acerca de los daños ocasionados al espermatozoide por el proceso de criopreservación, que claramente demuestran que no sólo se afectan las membranas. Por lo que al alterarse las estructuras citoesqueléticas por la congelación-descongelación, es de esperarse que se vean afectadas las funciones espermáticas tendientes a la fertilización, como lo es la propia motilidad, la capacitación y la reacción acrosomal. El conocer lo anterior dará pie a que se realicen estudios en los que se implementen nuevas y mejores tecnologías enfocadas a disminuir las alteraciones estructurales observadas en las estructuras celulares, incluyendo al citoesqueleto espermático y con ello optimizar los procesos de congelación-descongelación para mejorar las prácticas actuales de reproducción asistida en el ganado bovino.
Referencias
Alberts B, Honson A, Lewis J, Raff M Roberts K, Water P. The cytoskeleton. The molecular biology of the cell. 4th ed. New York: Garland Science, 2002.
Becker WM, Kleinsmithe LJ, Hardin J. El citoesqueleto. El mundo de la célula. 6ª ed. Madrid: Pearson Addison Wesley. 2007.
Courtens JL, Courot M, Flechon JE. The perinuclear substance of boar, bull, ram and rabbit spermatozoa. J Ultrastruct Res 1976; 57: 54-64.
Cruz ZA, Pajan VJ, Puza RR, Cuesta CC. Principales factores que frenan la prolificidad del ganado vacuno en Latinoamérica. Memorias del XXX Congreso Nacional de Buiatría; 2006 agosto 10-12; Acapulco (Guerrero) México. México (DF): Asociación Mexicana de Médicos Veterinarios Especialistas en Bovinos, AC, 2006: 219.
Felipe-Pérez YE. Caracterización bioquímica de las proteínas extraídas de la teca perinuclear antes y después de la congelación del semen bovino (tesis de maestría). México (D. F.) México: Universidad Nacional Autónoma de México, 2006.
Felipe-Pérez YE. Dinámica del citoesqueleto de actina en espermatozoides epididimales, frescos y descongelados de bovino (tesis de doctorado). México (D. F.) México: Universidad Nacional Autónoma de México, 2009.
Flaherty SP, Winfrey UP, Olson GE. Localization of actin in human, bull, rabbit and hamster sperm by immunoelectron microscopy. Anat Rec 1986; 221: 599-610.
Flores H. Efecto del enfriado lento hasta -5°C previo a la congelación sobre la estructura y funcionalidad de la membrana plasmática del espermatozoide porcino (tesis de maestría). México (D. F.) México: Fes C Universidad Nacional Autónoma de México, 2005.
Juárez-Mosqueda ML. Caracterización de una nueva subestructura de la teca perinuclear del espermatozoide maduro no capacitado del cobayo (tesis de doctorado).México (D.F.), México. CINVESTAV- IPN, 2000.
Longo FJ. Basic proteins of the perinuclear theca of mammalian spermatozoa and spermatids: a novel class of cytoskeletal elements. The J Cell Biol 1987; 105: 1105-1120.
Martínez OC, Juárez-Mosqueda ML, Hernández J, Valencia J. Criopreservation of bull sperm results in alteration of the perinuclear theca. Theriogenology. 2006; 66: 1969-1975.
Muino R, Rivera MM, Rigau T, Rodríguez-Gil JE, Pena AI. Effects of different thawing rates on post-thaw sperm viability, kinematic parameters and motile subpopulations structure of bull semen. Anim Reprod Sci. 2008; 109: 50-64.
Mújica A, Navarro FG, Hernández G, Juárez M ML. Perinuclear theca during spermatozoa maturation leading to fertilization. Micros Res Tech. 2003; 61:76-87.
Neild DM, Gadella BM, Cháves MG, Miragaya MH, colenbrader B, Agüero A. Membrane changes during different stages of a freez-thaw protocol for equine semen cryopreservation. Theriogenology. 2003; 59: 1693-1705.
Noiles EE, Tompson KA, Storey BT. Water permeability, Lp of the mouse sperm plasma membrane and its activation energy are strongly dependent on interaction of the plasma membrane with the sperm cytoskeleton. Cryobiol. 1997; 35:79-92.
Petrunkina AM, Gropper B, Trópfer- Petersen E, Gunzel-Apel AR. Volume regulatory function and sperm membrane dynamics as parameters for evaluating cryoprotective efficiency of a freezing extender. Theriogenology. 2004a; 63: 1390-1406.
Petrunkina AM, Hegbel M, Waberski D, Weitza KF, Topfer-Petersen E. Requirement for an intact cytoskeleton for volume regulation in boar spermatozoa. Reprod. 2004b; 127: 105-115.
Stovsky P, Oko R, Hewitson L, Schatten G. The removal of the sperm perinuclear theca and its association with the bovine oocyte surface during fertilization. Dev Biol. 1997; 188: 75-84.
Von Bülow M, Rackwitz HR, Zimbelmann R, Franke WW. Cpβ3, a novel isoform of an actin-binding protein, is a component of the cytoskeletal calyx of the mammalian sperm head. Exp Cell Res. 1997; 233: 216-224.
Watson PF. Recent developments and concepts in the cryopreservation of spermatozoa and the assessment of their post-thawing function. Reprod Fertil Dev. 1995; 7:871-891.
Weaver AM, Young ME, Lee WL, Cooper JA. Integration of signals to the ARP2/3 complex. Curr Opinion Cell Biol. 2003; 15: 23-30.
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