Inmuno anticoncepcion

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Interacción espermatozoide- zona pelúcida del ovocito: su importancia en la inmunoanticoncepción S. Hamamah, M. Jean, P. Barrière La interacción espermatozoide-zona pelúcida constituye una de las etapas clave de la fecundación. Los epítopos identificados en la membrana plasmática del espermatozoide y en la zona pelúcida han permitido obtener anticuerpos antiespermatozoides o antizona pelúcida capaces de inhibir intensamente la fecundación. Los progresos en la comprensión de los mecanismos celulares y moleculares implicados en este complejo proceso favorecen la elaboración de una vacuna anticonceptiva eficaz, específica y reversible. © 2009 Elsevier Masson SAS. Todos los derechos reservados. Palabras Clave: Inmunoanticoncepción; Zona pelúcida; Espermatozoide; Interacción gamética Plan Introducción 1 Receptores de la zona pelúcida 2 Receptores del espermatozoide 2 Importancia de la interacción gamética en la inmunoanticoncepción 3 Anticuerpos antiespermatozoides 3 Anticuerpos antizona pelúcida 3 Conclusión 4 Introducción La inmunoanticoncepción tiene como objetivo inhi- bir la fertilidad en el varón o la mujer mediante la producción de anticuerpos dirigidos contra antígenos implicados en la fertilidad. Una vacuna anticonceptiva debe ser capaz de inhibir de forma eficaz, específica y reversible al menos una de las etapas iniciales de la procreación: la gametogénesis, la fecundación o también la implantación del blastocisto en el endometrio. En la medida en que se trata de los propios antígenos del individuo, la vacuna debe dirigirse contra epítopos claramente identificados, para evitar provocar reacciones cruzadas que implicarían dianas ajenas al objetivo. El reconocimiento y la interacción de los gametos, etapas iniciales de la fecundación, son objetivos de elección para la elaboración de las vacunas anticoncep- tivas. Hacen intervenir moléculas situadas, por una parte, en la cabeza del espermatozoide y, por otra parte, en la zona pelúcida (ZP) del ovocito (Fig. 1, a). El espermatozoide sufre las modificaciones funciona- les y metabólicas que le capacitarán para asegurar la a b c 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Figura 1. Interacción espermatozoide- zona pelúcida (ZP) del ovocito. 1. Cadena oligosacárida de ZP3; 2. receptores mem- branosos espermáticos; 3. membrana plas- mática; 4. membrana acrosómica externa; 5. acrosoma; 6. membrana acrosómica in- terna; 7. núcleo; 8. ZP2; 9. ZP1; 10. ZP3; 11. cadena sacárida de ZP2; 12 receptores acrosómicos. E – 738-A-15 1 Ginecología-Obstetricia

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Interacción espermatozoide-zona pelúcida del ovocito:su importanciaen la inmunoanticoncepción

S. Hamamah, M. Jean, P. Barrière

La interacción espermatozoide-zona pelúcida constituye una de las etapas clave de lafecundación. Los epítopos identificados en la membrana plasmática del espermatozoidey en la zona pelúcida han permitido obtener anticuerpos antiespermatozoides oantizona pelúcida capaces de inhibir intensamente la fecundación. Los progresos en lacomprensión de los mecanismos celulares y moleculares implicados en este complejoproceso favorecen la elaboración de una vacuna anticonceptiva eficaz, específica yreversible.© 2009 Elsevier Masson SAS. Todos los derechos reservados.

Palabras Clave: Inmunoanticoncepción; Zona pelúcida; Espermatozoide;Interacción gamética

Plan

¶ Introducción 1

¶ Receptores de la zona pelúcida 2

¶ Receptores del espermatozoide 2

¶ Importancia de la interacción gaméticaen la inmunoanticoncepción 3

Anticuerpos antiespermatozoides 3Anticuerpos antizona pelúcida 3

¶ Conclusión 4

■ IntroducciónLa inmunoanticoncepción tiene como objetivo inhi-

bir la fertilidad en el varón o la mujer mediante la

producción de anticuerpos dirigidos contra antígenosimplicados en la fertilidad. Una vacuna anticonceptivadebe ser capaz de inhibir de forma eficaz, específica yreversible al menos una de las etapas iniciales de laprocreación: la gametogénesis, la fecundación o tambiénla implantación del blastocisto en el endometrio. En lamedida en que se trata de los propios antígenos delindividuo, la vacuna debe dirigirse contra epítoposclaramente identificados, para evitar provocar reaccionescruzadas que implicarían dianas ajenas al objetivo.

El reconocimiento y la interacción de los gametos,etapas iniciales de la fecundación, son objetivos deelección para la elaboración de las vacunas anticoncep-tivas. Hacen intervenir moléculas situadas, por unaparte, en la cabeza del espermatozoide y, por otra parte,en la zona pelúcida (ZP) del ovocito (Fig. 1, a).

El espermatozoide sufre las modificaciones funciona-les y metabólicas que le capacitarán para asegurar la

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Figura 1. Interacción espermatozoide-zona pelúcida (ZP) del ovocito. 1. Cadenaoligosacárida de ZP3; 2. receptores mem-branosos espermáticos; 3. membrana plas-mática; 4. membrana acrosómica externa;5. acrosoma; 6. membrana acrosómica in-terna; 7. núcleo; 8. ZP2; 9. ZP1; 10. ZP3;11. cadena sacárida de ZP2; 12 receptoresacrosómicos.

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fecundación, primero en el tracto genital masculino y acontinuación en el femenino. Para que pueda produ-cirse la fusión de los gametos, los espermatozoidesdeben reconocer la ZP, fijarse en ella y atravesarla para,finalmente, fusionarse con la membrana plasmática delovocito.

La determinación de la naturaleza y el papel de estasmoléculas implicadas en la interacción gamética se haconvertido desde hace unos años en un objetivo impor-tante, por una parte, para el control y la comprensiónde la fecundación y, por otra parte, para contribuir a laelaboración de un nuevo enfoque en inmunoan-ticoncepción.

■ Receptores de la zonapelúcida

La ZP, envoltura acelular que rodea el ovocito de losmamíferos, se sintetiza durante la foliculogénesis. Trasnumerosas controversias, en la actualidad se admite queesta síntesis está garantizada exclusivamente por elovocito [1]. La ZP garantiza la protección del ovocito ydespués del embrión hasta la fase preimplantatoria.Debido a su estructura elástica y a su permeabilidad alas enzimas, las inmunoglobulinas y los virus depequeño tamaño, la ZP no constituye una barreraabsoluta. A través de la microscopia electrónica, la ZPaparece constituida por múltiples capas y su grosor esmuy variable según las especies.

Los estudios realizados en el ratón por Bleil y Wassar-man [2] han proporcionado la parte fundamental de lainformación de la que se dispone en la actualidad sobrela composición bioquímica de la ZP. Posee una estruc-tura tridimensional formada por tres glucoproteínasprincipales denominadas ZP1, ZP2 y ZP3 (Fig. 1, b). LaZP está constituida por largos microfilamentos interco-nectados, cada uno de ellos formado por la sucesión demoléculas ZP2 y ZP3 alternadas. Los filamentos sonlargos (2-3 µm) y de anchura uniforme (7-18 nm) conrepetición estructural cada 14-15 nm, que refleja laordenación periódica de varios centenares de heterodí-meros ZP2-ZP3 [3, 4]. Estos filamentos están unidos porla glucoproteína ZP1, a su vez constituida por doscadenas peptídicas unidas por puentes disulfuro. Las tresglucoproteínas de la ZP (ZP1, ZP2 y ZP3), clasificadaspor orden decreciente de peso molecular, se encuentranen muchas especies. La semejanza de función de lasglucoproteínas con el mismo nombre, sin embargo, estáaún por demostrar.

La estructura de la ZP humana, que está actualmentebien establecida, es comparable con la de los demásmamíferos. Está formada por las tres glucoproteínasprincipales ZP1, ZP2 y ZP3, con pesos molecularesaparentes respectivos de 97, 82 y 70 kDa [5]. Se hamencionado recientemente la existencia de una cuartaglucoproteína bautizada como ZP4/B, sin que se hayaestablecido claramente su papel [6]. Si bien, en el ratón,ZP3 es el único componente de la ZP capaz de actuarcomo sitio de reconocimiento inicial [7], todos losgrupos principales de glucoproteínas de la ZP humanadesempeñarían el papel de ligandos para las proteínasdel espermatozoide humano [5] y todos ellos seríancapaces de desencadenar la reacción acrosómica.

Numerosos agentes pueden solubilizar la ZP, comoproteasas, ácidos débiles, calor, agentes reductores yalgunos detergentes. La solubilización de la ZP poragentes que no rompen los enlaces covalentes sugiereuna integridad estructural que se mantiene gracias ainteracciones no covalentes [8]. El endurecimiento de laZP o hardening, que se observa in vitro tras activacióndel ovocito, lleva a la disminución de la solubilidad dela ZP. Esta modificación podría deberse al aumento del

número de interacciones no covalentes en la envolturaglucoproteica del ovocito [9].

Los sitios antigénicos de la ZP sugieren su implicaciónen la interacción con los espermatozoides, garantizandoel reconocimiento homoespecífico y la fijación de losespermatozoides, así como el desencadenamiento de lareacción acrosómica. Tras la fecundación, la ZP participaen el bloqueo de la poliespermia y asegura la proteccióndel embrión hasta la fase preimplantatoria del blasto-cisto. Las enzimas contenidas en los gránulos corticalesdel ovocito modifican la composición de la ZP despuésde la activación ovocítica. La ZP3 se modifica en ZP3f,de peso molecular idéntico pero no apta para fijar denuevo el espermatozoide. La ZP2 (120 kDa) se laminabajo la acción de una ZP2-proteinasa en ZP2f(93 kDa) [10].

La interacción espermatozoides-ZP (Fig. 1, b), aimagen y semejanza de las interacciones entre célulassomáticas, sería del tipo ligando-receptor. Según elmodelo propuesto en el ratón por Bleil y Wassarman [2],la interacción del espermatozoide con la ZP puededividirse en dos etapas: la primera etapa empieza conuna unión inestable, heteroespecífica y reversible delespermatozoide con la ZP. Luego, la interacción de lascadenas oligosacáridas de ZP3 con uno o varios recep-tores de la membrana plasmática del espermatozoideestablece una unión irreversible y homoespecífica entrelos gametos.

■ Receptoresdel espermatozoide

La aptitud de los espermatozoides para reconocer laZP y fijarse en ella está controlada por los andrógenos yaparece durante su tránsito por el epidídimo. En losmamíferos, se han caracterizado algunas proteínas yglucoproteínas presentes en la membrana plasmática delespermatozoide, implicadas en el reconocimiento de laZP y en su fijación en ella [11-13]. Aunque aún no se hanprecisado por completo la naturaleza y la localización delos receptores espermáticos responsables de la interac-ción con la ZP, se ha podido establecer el papel de lasproteínas de la membrana plasmática del espermato-zoide en varias especies.

En el ratón, una galactosiltransferasa transportada porla membrana plasmática del espermatozoide podría estarimplicada en el reconocimiento y la fijación de losespermatozoides [14-16]. La unión con la ZP sería elresultado de una conexión entre la membrana plasmá-tica del espermatozoide y un residuo N-acetilgluco-samina de la ZP3 por medio de esta enzima. En el serhumano, no habría galactosiltransferasa, pero una a-D-manosidasa, hallada en la superficie del espermatozoide,sería el receptor para ZP3 [7].

Gracias a anticuerpos antifosfotirosina (anti-P-Tyr),también se han podido identificar, en los espermatozoi-des murinos y humanos, proteínas que sirven de subs-trato a proteínas-cinasas [17, 18]. Según estos autores,después de la capacitación, es decir, después de lasmodificaciones fisiológicas membranosas sufridas por elespermatozoide en el tracto femenino, el 15% de losespermatozoides murinos y la mitad de los espermato-zoides humanos poseen residuos P-Tyr a nivel de laregión acrosómica. En el ratón, la incubación de esper-matozoides capacitados con ZP disueltas hace queaparezca una reactividad importante al anticuerpo anti-P-Tyr para una proteína de 95 kDa llamada P95 [17]. Enel ser humano, la fosforilación en tirosina de unaproteína de 94 kDa también está estimulada con laexposición a ZP disueltas. Así pues, a imagen y seme-janza del ratón, en el que la P95 se fija a la ZP3, laP94 del espermatozoide humano podría estar implicadaen la interacción con la ZP [18].

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Más reciente, siempre en el ser humano, un equipoargentino ha confirmado la implicación de laN-acetilglucosaminidasa del espermatozoide en lainteracción primaria con la ZP [19].

La analogía encontrada entre tres proteínas delespermatozoide humano (16, 18 y 19 kDa) y el RSA(rabbit sperm antigen), que interactúa de manera especí-fica con la ZP, está también a favor del papel de estasproteínas como receptores para la ZP en el ser huma-no [20, 21].

Se han podido observar dos modalidades diferentes deinteracción entre los espermatozoides y la ZP:• en la mayoría de los mamíferos, la fijación de los

espermatozoides sólo se produce cuando la mem-brana plasmática está intacta: lo mismo ocurre en elser humano;

• en el hámster, la fijación del espermatozoide sobre laZP sólo puede efectuarse después de la reacciónacrosómica.Una vez fijado de manera irreversible en la ZP (fija-

ción primaria), el espermatozoide experimenta sureacción acrosómica. Este proceso de exocitosis asegura,por una parte, la liberación del contenido acrosómico y,por otra parte, la externalización de la membranainterna del acrosoma [22]. La acrosina es una proteasaque se localiza en el acrosoma de los espermatozoides demamíferos en forma inactiva, la proacrosina. Estaenzima podría estar implicada en la fijación secundariaque se produce entre el espermatozoide en reacciónacrosómica y las cadenas sacáridas de ZP2 [23].

En el ratón, después de la etapa de fijación primariadel espermatozoide, ZP3 se inactiva en ZP3f [5] per-diendo así su capacidad para fijar nuevos espermatozoi-des. Después de la fijación secundaria, la proteólisis deZP2 que impide la penetración de espermatozoidessupernumerarios completa el proceso de bloqueo de lapoliespermia. Estas modificaciones de ZP2 y ZP3, obser-vadas durante la fecundación del ovocito de ratón, estánprovocadas por la liberación en el espacio perivitelinode las enzimas de gránulos corticales [24, 25]. En el serhumano, el bloqueo de la poliespermia podría asociarsea la degradación de ZP1.

El mecanismo y la naturaleza química de los recepto-res de la membrana plasmática de la cabeza de losespermatozoides implicados en la interacción con la ZPcomienzan a dilucidarse en algunas especies (Cuadro I).

■ Importanciade la interacción gaméticaen la inmunoanticoncepción

Anticuerpos antiespermatozoidesMetchnikoff sugirió hace más de 90 años la idea de

obtener una vacuna dirigida contra los espermatozoides.

El espermatozoide es una célula muy antigénica, pero elbajo nivel de anticuerpos antiespermatozoides en elvarón indica la existencia de un sistema de toleranciadel individuo frente a sus propios espermatozoides. Losantígenos espermáticos aparecen tarde en el desarrollodel individuo. En la pubertad, con el inicio de laespermatogénesis, aparecen nuevos antígenos en lasuperficie de los espermatozoides. Aproximadamente el5% de los varones estériles poseen anticuerpos dirigidoscontra los espermatozoides. Con el objetivo de obteneruna vacuna anticonceptiva, se han identificado tambiénanticuerpos contra determinadas proteínas de esperma-tozoides. La mayoría de estos anticuerpos antiesperma-tozoides se dirige contra una o más etapas de lafecundación. Sin embargo, cualquiera que sea la vacunaanticonceptiva obtenida a partir de proteínas proceden-tes del espermatozoide, las proteínas deben encontrarsepresentes en la superficie de los espermatozoides y estardotadas de inmunogenicidad.

A pesar de enfoques diversos, los estudios más avan-zados sobre la inmunoanticoncepción sólo se refieren aun escaso número de antígenos espermáticos. Entre losantígenos de gametos masculinos que se han identifi-cado, se encuentra el antígeno 1 (FA 1) aislado deltestículo humano, de naturaleza glucoproteica, queinhibe la fijación de los espermatozoides en la ZP [31].Pero tal antígeno no es específico de especie. En elconejo, O’Rand et al [32] han identificado una familiaantigénica RSA 1, 2, 3 cuyos anticuerpos anti-RSA soncapaces de inhibir la fusión entre la membrana plasmá-tica del espermatozoide (región postacrosómica) y lamembrana plasmática del ovocito. La inmunizaciónactiva de ratones con lactato deshidrogenasa específicade los espermatozoides (LDH-C4) ha permitido inhibirla fertilidad de los machos, pero se han observadoreacciones indeseables en algunos de ellos (orquitis).O’Rand y su equipo [21] inyectaron eppina a monos, unaproteína sintetizada por los testículos y el epidídimo eimplicada en el transporte de los espermatozoides. Losanticuerpos antiespermatozoides producidos por estaestimulación del sistema inmunitario provocaron, demanera reversible, la infertilidad de los animales inmu-nizados. Más recientemente, los estudios de Naz yAleem [29] en el ratón muestran una mejora de laeficacia de la vacunación anticonceptiva cuando seutilizan a la vez varios determinantes antigénicosespermáticos para inmunizar las hembras. En resumen,la mayoría de los estudios evidencia el papel de inhibi-ción de la unión de los espermatozoides a la ZP quedesempeñan los anticuerpos antiespermatozoides (Cua-dro II). Sin embargo, la Organización Mundial de laSalud (OMS) sólo ha considerado dos antígenos esper-máticos, HS 63 y SP 10, como candidatos potenciales deun objetivo anticonceptivo.

Anticuerpos antizona pelúcidaDebido al papel primordial de la ZP en el proceso de

la fecundación (interacción con los espermatozoides,inducción de la reacción acrosómica y control de lapoliespermia), la ZP constituye también un objetivoatractivo para el desarrollo de una vacuna anticoncep-tiva. Presenta una intensa inmunogenicidad heteroespe-cífica [38, 39] y los anticuerpos obtenidos inhibenintensamente la fecundación in vitro [40]. Análisisinmunológicos ha puesto de manifiesto la presencia, enla ZP, de antígenos específicos de especie implicados enel reconocimiento de espermatozoides por la ZP quepresentaban reacciones cruzadas con otras especies demamíferos [41].

Los antígenos de la ZP responden a una parte de lasexigencias requeridas para constituir un objetivo de losanticuerpos «anticonceptivos». Estos antígenos son muy

Cuadro I.Moléculas implicadas en la fijación de los espermatozoides en lazona pelúcida.

Especie Espermatozoide Zona pelúcida Referencia

Ratón Proteína SP 56 Galactosa [26]

B-1,4 galacto-siltransferasa

N-acetilglucosamina [15]

Proteína P95 ZP3 [17]

Rata a-D-manosidasa a-linked D-manosa [27]

Cerdo Proacrosina Fucoidina-like [28]

Conejo Proteína RSA No específica [29]

Cobaya Proteína PH 20 No específica [30]

Serhumano

Proacrosina

a-D-manosidasa

a-linked D-manosa [28]

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inmunogénicos, al menos por lo que se refiere a laheteroinmunización, pero poco immunogénicos enisoinmunización. Varios estudios han mostrado lapresencia de anticuerpos anti-ZP en el suero de mujeresfértiles [5, 42]. Los antisueros dirigidos contra los compo-nentes de la ZP no son estrictamente específicos deespecie, ya que existen reacciones cruzadas entremuchos mamíferos (Cuadro III).

El principal inconveniente de la utilización de anti-cuerpos anti-ZP con un objetivo anticonceptivo resideen las numerosas observaciones de efectos secundariosefectuadas, sobre todo en los protocolos de heteroinmu-nización. Así, en el conejo inmunizado por la ZP decerdo, el efecto anticonceptivo es intenso pero seacompaña de alteraciones ováricas [49]. Estos efectosindeseables no resultan sorprendentes, ya que losantígenos contra los que se dirige la reacción también seencuentran en los ovocitos de la reserva ovárica.

■ ConclusiónMuchos aspectos de la estructura antigénica del

espermatozoide y de la ZP se encuentran aún pendientesde definir y sólo un perfecto conocimiento de losmecanismos que intervienen en la interacción delespermatozoide con la zona pelúcida permitirá poner apunto una vacuna anticonceptiva. La inhibición de estaetapa clave de la fecundación constituye un reto deprimer orden para el desarrollo de una verdadera anti-concepción masculina.

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Cuadro II.Candidatos potenciales de origen espermático para un objetivo anticonceptivo.

Especie Antígeno Localización en el espermatozoide Función diana Referencia

Conejo RSA 1, 2, 3 Membrana plasmática Fusión espermatozoide-ovocito [29]

Ser humano FA 1 Membrana plasmática de la célula germinal Fijación espermatozoide-ZP [18]

Ser humano HS 63 Proteína acrosómica Reacción acrosómica [13]

Ser humano, ba-buino

SP 10 Membrana acrosómica interna Fusión espermatozoide-ovocito [33]

Ser humano SP 56 Membrana plasmática Fijación espermatozoide-ZP [26]

Cobaya PH 50 Membrana plasmática Fijación espermatozoide-ZP [34]

PH 30 Membrana plasmática Fusión espermatozoide-ovocito

Cerdo AWN 1, 2 Membrana plasmática Fijación espermatozoide-ZP [35]

Ratón Galactosiltransferasa Membrana plasmática*(región periacrosómica)

Fijación espermatozoide-ZP [36, 37]

Cuadro III.Reacción de los antisueros dirigidos contra la zona pelúcida.

Antisuerocontra ZP de

Reacción cruzadacon ZP de

Referencia

Hámster Ratón [9]

Ratón, monos Rhesus, ardilla [8]

Rata Ratón, hámster [43]

Ratón Rata, hámster [44]

Conejo Cerdo [25]

Bovino Conejo, monos Rhesus, tití,perro, humano, hámster

[45]

Cerdo Chimpancé, tití [46]

Conejo, humano, mono, ardilla [40]

Conejo [25]

Humano [47]

Humano, tití [21]

Ser humano Cerdo [48]

Cerdo, tití, chimpancé [21]

ZP: zona pelúcida.

.

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S. Hamamah ([email protected]).M. Jean.P. Barrière.

Cualquier referencia a este artículo debe incluir la mención del artículo original: Hamamah S., Jean M., Barrière P. Interactionspermatozoïde - zone pellucide de l’ovocyte : importance dans l’immunocontraception. EMC (Elsevier Masson SAS, Paris), Gynécologie,738-A-15, 2009.

Disponible en www.em-consulte.com/es

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