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Primeira semana do
desenvolvimento humano
Felipe Beijamini
felipe.beijamini@uffs.edu.br
Sumário
• Da oocitação à fecundação;
• Fecundação;
• Implantação (nidação);
• Clivagem;
• Formação do blastocisto
Da oocitação à fecundação.
• Recapitulando: oocitação:
Hill, M.A. (2016) Embryology Ovulation Movie. Retrieved May 1, 2016, from https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/index.php/Ovulation_Movie
Da oocitação à fecundação.
• Recapitulando: oocitação:
O oócito II
The features of mammalian eggs and spermatozoa.
Masaru Okabe Development 2013;140:4471-4479
© 2013. Published by The Company of Biologists Ltd
O zigoto!
Janela fértil:
• Classicamente:
• 10d – 17d do ciclo (28);
• No entanto,
• Apenas 30% das mulheres apresentam
sua janela fértil nos dias tidos como
clássicos!
• >70% das mulheres estão na sua janela
fértil antes do 10d ou após 17d!
Probabilidade de uma mulher com ciclo
irregular estar na sua janela fértil
O transporte dos gametas
• O oócito II é expelido do folículo ovariano
juntamente com o fluido folicular.
• Ocorre aproximação das fímbrias;
• Movimento das fímbrias;
• Ação de varredura do oócito II para o
infundíbulo da tuba;
• Movimentos peristálticos da tuba.
Moore 8ª ed
O transporte dos gametas -
espermatozoide
• Sêmen – vesículas seminais, próstata, e glândulas
bulbouretrais.
• Ejaculação:
• Emissão: o sêmen é enviado para a porção prostática da
uretra após a peristalse dos ductos deferentes (resposta
SNA-S)
• Ejaculação: o sêmen é expelido pela uretra; contração do
músculo uretral e m. bulboesponjosos.
• Sêmen contém prostaglandinas que estimulam
motilidade uterina;
• Sêmen contém vesiculase, uma enzima que coagula
pequena quantidade do sêmen e forma um tampão
impedindo o retorno para o interior da vagina.
• Locomoção ativa.
A jornada dos espermatozoides
A maturação final dos
espermatozoides – Capacitação
• Analogia: “um processo de descongelamento do
espermatozoide” (OKABE, 2013);
• Duração de aproximadamente 7 horas.
• Remoção da cobertura glicoproteica e proteínas
seminais da superfície do acrossoma;
• Amplas alterações nos componentes da membrana;
• Participação ativa de substâncias secretadas pelo
útero ou tubas uterinas;
• Fecundação in vitro?
A maturação final dos
espermatozoides – Capacitação
A reação acrossômica:
• Habilita o espermatozoide a penetrar através da
zona pelúcida;
• Enzimas que digerem a zona pelúcida.
• O principal indutor da reação é a zona pelúcida
(ZP3), no entanto, progesterona também é
necessária.
• Um fenômeno de fusão de membranas: membrana
acrossomal externa e membrana plasmática da
cabeça do espermatozoide;
• Liberação do conteúdo acrossômico;
• Hialuronidase;
Fecundação ou fertilização:
• “O processo pelo qual se inicia o potencial para uma
nova vida”.
• Local: ampola da tuba uterina (ambiente normal);
• Quimiotaxia dos espermatozoides;
• Células foliculares e sinais extracelures;
• Leva em torno de 24 horas;
• Três fases:
• Penetração do espermatozoide na coroa radiata;
• Penetração na zona pelúcida;
• Fusão entre membrana celular do espermatozoide e oócito
Fecundação ou fertilização:
Hill, M.A. (2016) Embryology Fertilization Movie. Retrieved May 1, 2016,
from https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/index.php/Fertilization_Movie
1 - Penetração na coroa radiata
• Passagem do espermatozoide
através da corona radiata:
• Participação da enzima
acrossômica hialuronidase;
• Movimentação ativa do
espermatozoide;
• Espermatozoides capacitados
passam livremente
(Langman);
2 – Penetração na zona pelúcida
3 - Fusão entre a membrana celular
do oócito e a do espermatozoide
Fecundação ou fertilização
Alberts, The Cell 4ª ed. Okabe, 2014
E depois da fusão das membranas
do oócito e do espermatozoide?
• Ocorre a retomada da segunda divisão meiótica e
formação do pronúcleo feminino;
• Formação do segundo copúsculo polar
• Ocorrem reações corticais e da zona;
• Membrana do oócito se torna impenetrável a outros
espermatozoides;
• Zona pelúcida é alterada impedindo novas ligações/
• Ativação metabólica do núcleo;
• Formação do pronúcleo masculino;
• Duplicação do DNA;
• Fusão dos pronúcleos;
Moore.
Bloqueando a polispermia
• A reação cortical bloqueia a
entrada de outros
espermatozoides no óvulo;
• Note a modificação nas
proteínas da ZP após a fusão
das membranas.
• As ptn da ZP modificadas não
permitem a ligação com outro
espermatozoide.
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Nami Motosugi, Jens-Erik Dietrich, Zbigniew Polanski, Davor Solter, Takashi Hiiragi Space asymmetry directs preferential sperm entry in the absence of
polarity in the mouse oocyte. PLoS Biol.: 2006, 4(5);e135 PubMed 16620153
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Fecundação ou fertilização:
Fusão do pronúcleo
Hill, M.A. (2016) Embryology Pronuclear Fusion Movie. Retrieved May 1, 2016,
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Consequências da fertilização
• A restauração do número diplóide de
cromossomos;
• A determinação do sexo cromossômico;
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Para casa:
• Em caso de fecundação, o que acontece com:
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Leitura complementar:
• http://dev.biologists.org/content/140/22/4471
• http://www.ufrgs.br/gametaembriao/interacao.ht
m
Langman
• Penetração na corona radiata
A clivagem e a formação da
mórula
• “Uma série de divisões mitóticas que resulta no
aumento do número de células, os blastômeros”.
• Processo de compactação;
• A formação da mórula;
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Formação do Blastocisto
Teste de gravidez
Alguns achados recentes:
• “Progesterona pode estimular vários processos
fisiológicos no espermatozoide, tais como: reação
acrossômica”. Uñates et al, Plos One 2014.
• “Juno é o nome do receptor do óvulo para a Izumo -
proteína de membrana do espermatozoide.”
Bianchi et al , Nature, 2014.
• “Sinais epigenéticos do espermatozoide são
transmitidos para o zigoto”. Yamauchi et al, Asian J.
Androl. 2011.
Leitura complementar:
• http://dev.biologists.org/content/140/22/4471
• http://www.ufrgs.br/gametaembriao/interacao.ht
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Aula 04 semana 1 do desenvolvimento fecundacao 001

  • 1. Primeira semana do desenvolvimento humano Felipe Beijamini felipe.beijamini@uffs.edu.br
  • 2. Sumário • Da oocitação à fecundação; • Fecundação; • Implantação (nidação); • Clivagem; • Formação do blastocisto
  • 3. Da oocitação à fecundação. • Recapitulando: oocitação: Hill, M.A. (2016) Embryology Ovulation Movie. Retrieved May 1, 2016, from https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/index.php/Ovulation_Movie
  • 4. Da oocitação à fecundação. • Recapitulando: oocitação:
  • 6. The features of mammalian eggs and spermatozoa. Masaru Okabe Development 2013;140:4471-4479 © 2013. Published by The Company of Biologists Ltd
  • 8. Janela fértil: • Classicamente: • 10d – 17d do ciclo (28); • No entanto, • Apenas 30% das mulheres apresentam sua janela fértil nos dias tidos como clássicos! • >70% das mulheres estão na sua janela fértil antes do 10d ou após 17d! Probabilidade de uma mulher com ciclo irregular estar na sua janela fértil
  • 9. O transporte dos gametas • O oócito II é expelido do folículo ovariano juntamente com o fluido folicular. • Ocorre aproximação das fímbrias; • Movimento das fímbrias; • Ação de varredura do oócito II para o infundíbulo da tuba; • Movimentos peristálticos da tuba. Moore 8ª ed
  • 10. O transporte dos gametas - espermatozoide • Sêmen – vesículas seminais, próstata, e glândulas bulbouretrais. • Ejaculação: • Emissão: o sêmen é enviado para a porção prostática da uretra após a peristalse dos ductos deferentes (resposta SNA-S) • Ejaculação: o sêmen é expelido pela uretra; contração do músculo uretral e m. bulboesponjosos. • Sêmen contém prostaglandinas que estimulam motilidade uterina; • Sêmen contém vesiculase, uma enzima que coagula pequena quantidade do sêmen e forma um tampão impedindo o retorno para o interior da vagina. • Locomoção ativa.
  • 11. A jornada dos espermatozoides
  • 12. A maturação final dos espermatozoides – Capacitação • Analogia: “um processo de descongelamento do espermatozoide” (OKABE, 2013); • Duração de aproximadamente 7 horas. • Remoção da cobertura glicoproteica e proteínas seminais da superfície do acrossoma; • Amplas alterações nos componentes da membrana; • Participação ativa de substâncias secretadas pelo útero ou tubas uterinas; • Fecundação in vitro?
  • 13. A maturação final dos espermatozoides – Capacitação
  • 14.
  • 15. A reação acrossômica: • Habilita o espermatozoide a penetrar através da zona pelúcida; • Enzimas que digerem a zona pelúcida. • O principal indutor da reação é a zona pelúcida (ZP3), no entanto, progesterona também é necessária. • Um fenômeno de fusão de membranas: membrana acrossomal externa e membrana plasmática da cabeça do espermatozoide; • Liberação do conteúdo acrossômico; • Hialuronidase;
  • 16.
  • 17.
  • 18. Fecundação ou fertilização: • “O processo pelo qual se inicia o potencial para uma nova vida”. • Local: ampola da tuba uterina (ambiente normal); • Quimiotaxia dos espermatozoides; • Células foliculares e sinais extracelures; • Leva em torno de 24 horas; • Três fases: • Penetração do espermatozoide na coroa radiata; • Penetração na zona pelúcida; • Fusão entre membrana celular do espermatozoide e oócito
  • 19. Fecundação ou fertilização: Hill, M.A. (2016) Embryology Fertilization Movie. Retrieved May 1, 2016, from https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/index.php/Fertilization_Movie
  • 20. 1 - Penetração na coroa radiata • Passagem do espermatozoide através da corona radiata: • Participação da enzima acrossômica hialuronidase; • Movimentação ativa do espermatozoide; • Espermatozoides capacitados passam livremente (Langman);
  • 21. 2 – Penetração na zona pelúcida
  • 22. 3 - Fusão entre a membrana celular do oócito e a do espermatozoide
  • 23. Fecundação ou fertilização Alberts, The Cell 4ª ed. Okabe, 2014
  • 24.
  • 25. E depois da fusão das membranas do oócito e do espermatozoide? • Ocorre a retomada da segunda divisão meiótica e formação do pronúcleo feminino; • Formação do segundo copúsculo polar • Ocorrem reações corticais e da zona; • Membrana do oócito se torna impenetrável a outros espermatozoides; • Zona pelúcida é alterada impedindo novas ligações/ • Ativação metabólica do núcleo; • Formação do pronúcleo masculino; • Duplicação do DNA; • Fusão dos pronúcleos;
  • 27. Bloqueando a polispermia • A reação cortical bloqueia a entrada de outros espermatozoides no óvulo; • Note a modificação nas proteínas da ZP após a fusão das membranas. • As ptn da ZP modificadas não permitem a ligação com outro espermatozoide. Alberts, The Cell 4ª ed.
  • 28.
  • 29. Pronúcleos masculino e feminino Óvulo fecundado: Estágio de duas células resultante da divisão do zigoto
  • 30. Fertilização em camundongo Nami Motosugi, Jens-Erik Dietrich, Zbigniew Polanski, Davor Solter, Takashi Hiiragi Space asymmetry directs preferential sperm entry in the absence of polarity in the mouse oocyte. PLoS Biol.: 2006, 4(5);e135 PubMed 16620153
  • 31. Nami Motosugi, Jens-Erik Dietrich, Zbigniew Polanski, Davor Solter, Takashi Hiiragi Space asymmetry directs preferential sperm entry in the absence of polarity in the mouse oocyte. PLoS Biol.: 2006, 4(5);e135 PubMed 16620153
  • 33. Fusão do pronúcleo Hill, M.A. (2016) Embryology Pronuclear Fusion Movie. Retrieved May 1, 2016, fromhttps://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/index.php/Pronuclear_Fusion_Movie
  • 34. Consequências da fertilização • A restauração do número diplóide de cromossomos; • A determinação do sexo cromossômico; • XX, XY (anomalias). • O início da clivagem.
  • 35. Para casa: • Em caso de fecundação, o que acontece com: • o útero na primeira semana? • o corpo lúteo?
  • 36. Leitura complementar: • http://dev.biologists.org/content/140/22/4471 • http://www.ufrgs.br/gametaembriao/interacao.ht m
  • 37.
  • 38.
  • 40. • Penetração na corona radiata
  • 41. A clivagem e a formação da mórula • “Uma série de divisões mitóticas que resulta no aumento do número de células, os blastômeros”. • Processo de compactação; • A formação da mórula; • A formação do blastocisto; • Massa celular interna e externa
  • 42.
  • 44.
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  • 48.
  • 49.
  • 50.
  • 51.
  • 53. Alguns achados recentes: • “Progesterona pode estimular vários processos fisiológicos no espermatozoide, tais como: reação acrossômica”. Uñates et al, Plos One 2014. • “Juno é o nome do receptor do óvulo para a Izumo - proteína de membrana do espermatozoide.” Bianchi et al , Nature, 2014. • “Sinais epigenéticos do espermatozoide são transmitidos para o zigoto”. Yamauchi et al, Asian J. Androl. 2011.
  • 54. Leitura complementar: • http://dev.biologists.org/content/140/22/4471 • http://www.ufrgs.br/gametaembriao/interacao.ht m

Notas do Editor

  1. https://embryology.med.unsw.edu.au/embryology/index.php/Oocyte_Development
  2. The features of mammalian eggs and spermatozoa. (A) Ovulated eggs (yellow) are surrounded by small cumulus cells embedded in extracellular material (blue) that consists mainly of hyaluronic acid. The cumulus layer is separated from the egg by the zona pellucida (gray), which is made up of zona pellucida proteins (ZP1-3 in mouse and ZP1-4 in human). (B) Physiological and morphological changes in spermatozoa required for fertilization. When spermatozoa are deposited in the female reproductive tract or suspended in in vitro fertilization medium, a number of changes start to occur that involve the phosphorylation of various proteins, activation of PKA and PKC, removal of cholesterol from the membrane and elevation of the intracellular Ca2+ level. It is not known whether interaction with cumulus cells is beneficial for some of these changes or if the removal of an inhibitory or ‘decapacitation’ factor is involved. Sperm also undergo a morphological change called the acrosome reaction, during which various enzymes and proteins are released from the acrosome. Only acrosome-reacted spermatozoa can penetrate and fuse with eggs. The acrosomal vesicle (green) is surrounded by the outer acrosomal membrane (OAM) and the inner acrosomal membrane (IAM). The acrosome contains both instantly and slowly released proteins and its contents are exocytosed during the acrosome reaction in which the sperm plasma membrane (PM) and the OAM fuse in multiple places within the acrosomal cap area. The acrosome reaction is thought to involve phospholipase C (PLCδ4) and SNARE proteins and is generally considered to be a good indicator for the completion of capacitation. Once capacitated, spermatozoa demonstrate a vigorous swimming pattern called hyperactivation, which involves CatSper ion channels.
  3. This is described as an early human zygote due to the presence of the 2 pronuclei (male and female) in the centre of the cytoplasm. The haploid pronuclei of the male (spermatozoa) and female (oocyte) have not yet combined to form a single nucleus. The polar bodies can be seen at the edge of the cytoplasm (at 3 o'clock position). These exclusion bodies contain the additional oocyte DNA produced in meiosis. The zona pellucida forms the thick clear layer that surrounds the cell. This specialised extracellular matrix has nay roles in early development. At this stage in vivo: there would still be granulosa cells and spermatozoa attached to the zone pellucida. the zygote floats freely within the uterine tube. The cell is preparing for the first mitotic division.
  4. fertile window occurred during a broad range of days in the menstrual cycle. between days 6 and 21 women had at minimum a 10% probability of being in their fertile window. women cannot predict a sporadic late ovulation; 4 - 6% of women whose cycles had not yet resumed were potentially fertile in the fifth week of their cycle. in about 30% of women is the fertile window entirely within the days of the menstrual cycle identified by clinical guidelines (between days 10 and 17) women should be advised that the timing of their fertile window can be highly unpredictable, even if their cycles are usually regular.
  5. This process is characterized by a decrease in plasma membrane rigidity associated with an efflux of cholesterol, a redistribution of membrane phospholipid content, hyperpolarization of the plasma membrane and changes of intracellular ionic and metabolic contents. Capacitation is necessary for spermatozoa to be receptive to oocyte vestments, to bind to the zona pellucida and to undergo the acrosome reaction (Saling and Storey, 1979). Only capacitated spermatozoa are able to acrosome-react. Two reports support this idea: the first one indicates that after blocking of cholesterol efflux from plasma membrane tozoa became unable to undergo the acrosome reaction in response to progesterone (Zarintash and Cross, 1996). In the second report, spermatozoa incubated in high potassium medium, e.g., in depolarizing conditions, failed to undergo acrosome reaction in response to zona pellucida, showing that hyperpolarization of the plasma membrane is an important factor during capacitation (Arnoult et al., 1999).
  6. The acrosome reaction leads to the release of a variety of hydrolytic and proteolytic enzymes, mainly acrosin and hyaluronidase, which are essential for sperm penetration through the oocyte envelopes (Yanagimachi, 1994). The acrosome reaction also results in the modification of some plasma membrane proteins at the acrosomal equatorial segment and post acrosomal level nesserary for the fusion with the oocyte membrane.
  7. (B) Physiological and morphological changes in spermatozoa required for fertilization. When spermatozoa are deposited in the female reproductive tract or suspended in in vitro fertilization medium, a number of changes start to occur that involve the phosphorylation of various proteins, activation of PKA and PKC, removal of cholesterol from the membrane and elevation of the intracellular Ca2+ level. It is not known whether interaction with cumulus cells is beneficial for some of these changes or if the removal of an inhibitory or ‘decapacitation’ factor is involved. Sperm also undergo a morphological change called the acrosome reaction, during which various enzymes and proteins are released from the acrosome. Only acrosome-reacted spermatozoa can penetrate and fuse with eggs. The acrosomal vesicle (green) is surrounded by the outer acrosomal membrane (OAM) and the inner acrosomal membrane (IAM). The acrosome contains both instantly and slowly released proteins and its contents are exocytosed during the acrosome reaction in which the sperm plasma membrane (PM) and the OAM fuse in multiple places within the acrosomal cap area. The acrosome reaction is thought to involve phospholipase C (PLCδ4) and SNARE proteins and is generally considered to be a good indicator for the completion of capacitation. Once capacitated, spermatozoa demonstrate a vigorous swimming pattern called hyperactivation, which involves CatSper ion channels. http://dev.biologists.org/content/develop/140/22/4471.full.pdf
  8. his animation shows the process of spermatozoa fertilization of the oocyte. Oocyte in centre of animation, red regions in oocyte cytoplasm are cortical granules. Polar body at top lefthand side (first polar body). Zona pellucida pale ring surrounding ooctye. Corona radiata layer surrounding zona pellucida, made up of follicular granulosa cells. Spermatozoa at bottom centre of animation.
  9. 1The acrosome reaction that occurs when a mammalian sperm fertilizes an egg In mice, a single glycoprotein in the zona pellucida, ZP3, is thought to be responsible for both binding the sperm and inducing the acrosome reaction. Note that a mammalian sperm interacts tangentially with the egg plasma membraneso that fusion occurs at the equator, rather than at the tip, of the sperm head. In mice, the zona pellucida is about 6 μm thick, and sperm cross it at a rate of about 1 μm/min.
  10. O conjunto de eventos que começa quando o espermatozoide toca a membrana plasmática do ovócito secundário e termina com a mistura de cromossomos paternos e maternos na metáfase da primeira divisão mitótica do zigoto. O Ovócito secundário cercado por vários espermatozoides, dois dos quais penetram a corona radiata. A corona radiata desapareceu, um espermatozoide entrou no ovocito e ocorreu a segunda divisão meiótica, formando o óvulo e o segundo corpusculo polar. O núcleo do ovulo passa a ser chamado de pronucleo feminino. A cabeça do espermatozoide aumentou de volume
  11. How the cortical reaction in a mouse egg is thought to prevent additional sperm from entering the egg The released contents of the cortical granules both remove carbohydrate from ZP3 so it no longer can bind to the sperm plasma membrane and partly cleave ZP2, hardening the zona pellucida. Together these changes provide a block to polyspermy. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26843/figure/A3743/
  12. White arrowhead - sperm White exclamation mark - (at beginning of movie) time of fertilization (short cytoplasmic contraction) Black asterisk - site of second polar body formation White asterisk - site of fertilization cone formation
  13. Sequential differential interference contrast (DIC) images of mouse embryos during in vitro fertilisation Spermatozoa penetrates the zone pellucida (ZP). Spermatozoa swims around the perivitelline space (PVS). Spermatozoa swims around the perivitelline space (PVS). Spermatozoa hits the first polar body (1pb). Spermatozoa binds the oocyte membrane. Second polar body (2pb) extrudes and the fertilization cone forms. Legend White arrowheads - indicate the sperm Red arrowheads - first polar body (1pb) Yellow arrowheads - the collapsing first polar body (1pb). White and red asterisks - mark the fertilization cone and the 2pb, respectively. Scale bar represent 20 μm.
  14. This animation shows the maternal and paternal pronuclei coming together following fertilization to form the first diploid cell, the zygote. The process occurs within the zona pellucida (yellow), showing the three maternal polar bodies(green) generated by meiosis and the egg and spermatozoa nuclei (blue) loosing their nuclear membrane and the genomes combining.