Importante papel del zinc en embriones

Comprender el papel del zinc en embriones sanos podría mejorar la fertilización in vitro
Comprender el papel del zinc en embriones sanos podría mejorar la fertilización in vitro

Comprender el papel del zinc en embriones sanos podría mejorar la fertilización in vitro

Las chispas vuelan literalmente cuando un espermatozoide y un óvulo se caen bien. El óvulo fertilizado de los mamíferos liberan miles de millones de átomos de zinc en “chispas de zinc”, una ola tras otra, un equipo de investigación interdisciplinario liderado por la Universidad de Northwestern ha encontrado como identificarlas.

Utilizando la tecnología de vanguardia que desarrollaron los investigadores, son los primeros en captar imágenes de estos fuegos artificiales moleculares que determina el origen de las chispas de zinc: pequeños paquetes ricos en zinc justo debajo de la superficie del ovulo.

Fluctuaciones de zinc juegan un papel central en la regulación de los procesos bioquímicos que garantizan una transición saludable ovulo-embrión, esta nueva información cuantitativa sin precedentes debe ser útil en la mejora en los métodos de fertilización in vitro.

“La cantidad de zinc liberado por un ovulo puede ser un gran marcador para la identificación de un óvulo fecundado de alta calidad, algo que no podemos hacerlo ahora”, dijo Teresa K. Woodruff un experto en biología de ovario y de uno de los dos autores correspondientes del estudio. “Si podemos identificar los mejores óvulos se necesitarían menos embriones para ser transferidos durante los tratamientos de fertilidad. Nuestros resultados nos ayudarán a avanzar hacia este objetivo.”

Woodruff es un Profesor del Thomas J. Watkins en Obstetricia y Ginecología y director del Instituto de Investigación en Salud de la Mujer de la Universidad Northwestern Feinberg School of Medicine.

El estudio publicado por la revista Nature Chemistry, ofrece las primeras mediciones físicas cuantitativas de localización de zinc en las células individuales en un mamífero.

El equipo de investigación, incluidos 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 ovulo en el momento de la fecundación. Métodos por imágenes sensibles permitió a los investigadores ver y contar los átomos de zinc individuales de óvulos y visualizar las ondas de chispa de zinc en tres dimensiones.

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

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

“En el momento justo de la fecundación vemos que el óvulo libera miles de paquetes, cada vertido contiene un millón de átomos de zinc, dijo Thomas V. O’Halloran, el otro autor correspondiente. “Luego hay otra descarga de liberación de zinc. Cada ovulo tiene cuatro o cinco de estas chispas periódicamente. Es hermoso ver orquestado tanto como una sinfonía. Sabemos que el  zinc fue puesto en libertad por el ovulo en grandes cantidades, pero no teníamos ni idea cómo el ovulo hizo esto”.

O’Halloran es el director de Química de la Vida del Noroeste, Charles E. y Emma H. Morrison profesor de Química en el Colegio Weinberg de Artes y Ciencias y el Instituto de Procesos.

El estudio establece cómo los óvulos comparten y distribuyen el zinc para controlar los procesos de desarrollo que permiten que el ovulo 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.

Los estudios publicados en Nature Chemistry 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 trabajos efectuados en la Northwestern y la APS. En estudios previos en óvulos de ratón, este equipo de investigación descubrió la tremenda exigencia de zinc en el ovulo para alcanzar la madurez. Además los investigadores determinaron que un ovulo pierde 10 mil millones de sus 60 mil millones de átomos de zinc sobre la fertilización en una serie de cuatro o cinco ondas llamadas “chispas de zinc”. La liberación de chispas de zinc del ovulo es esencial para la formación del embrión en las dos horas siguientes a la fecundación.

“El ovulo primero tiene que acumular zinc y luego debe liberar algo de zinc para lograr con éxito la maduración, la fecundación y el inicio de la embriogénesis”, dijo O’Halloran. “Pero exactamente cuánto zinc está involucrado en este proceso y en donde se encuentra? Necesitábamos datos para comprender mejor los mecanismos moleculares en el trabajo, como un ovulo se convierte en un nuevo organismo.”

Un obstáculo importante O’Halloran y Woodruff enfrentaban era la falta de métodos sensibles para la medición de zinc en células individuales. Para abordar este problema, formaron un equipo de colaboración con otros investigadores en Química del Noroeste de la Vida y el  Instituto de Procesos para desarrollar las herramientas que necesitaban.

Los miembros clave del equipo eran Vinayak P. Dravid, el Abraham Harris Profesor de Ciencia de los Materiales e Ingeniería en la Escuela McCormick de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, y Stefan Vogt, un físico y el grupo líder de la microscopía en el Advanced Photon Source. Dravid y Vogt son co-autores del artículo.

“Tuvimos que desarrollar una serie de métodos para estar convencidos de que estábamos viendo lo correcto”, dijo O’Halloran. “. La ciencia es acerca de las pruebas y las nuevas ideas. Todos nuestros resultados complementarios apuntan a la misma conclusión: el zinc se origina en paquetes llamados vesículas que se encuentran cerca de la superficie de la célula.”

Los investigadores actualmente están trabajando para ver si pueden correlacionar chispas de zinc con la calidad del ovulo, información que sería clave para la mejora de los tratamientos de fertilidad.

No sólo son estas nuevas técnicas de imagen importantes para la descripción de la chispa de zinc, se pueden aplicar a otras células que probablemente utilizan zinc de una manera similar, pero cuyo funcionamiento seguirá siendo difícil de alcanzar debido a la falta de herramientas sensibles y específicas. Este estudio sienta las bases para la comprensión de cómo los flujos de zinc pueden regular eventos en varios sistemas biológicos más allá del embrión, incluyendo la neurotransmisión en las neuronas de zinc enriquecido en el cerebro y la liberación de insulina en el páncreas.

El título del artículo es “mapeo cuantitativo de los flujos de zinc en el óvulo de mamífero, revela el origen de las chispas de zinc inducida en la fertilización.”

Fuente: www.medicalnewstoday.com

 

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