Zinc Sparks Are Triggered by Fertilization and Facilitate Cell Cycle Resumption in Mammalian Eggs

Abstract

In last few hours of maturation, the mouse oocyte takes up over twenty billion zinc atoms and arrests after the first meiotic division, until fertilization or pharmacological intervention stimulates cell cycle progression towards a new embryo. Using chemical and physical probes, we show that fertilization of the mature, zinc-enriched egg triggers the ejection of zinc into the extracellular milieu in a series of coordinated events termed zinc sparks. These events immediately follow the well-established series of calcium oscillations within the activated egg and are evolutionarily conserved in several mammalian species, including rodents and non-human primates. Functionally, the zinc sparks mediate a decrease in intracellular zinc content that is necessary for continued cell cycle progression, as increasing zinc levels within the activated egg results in the reestablishment of cell cycle arrest at metaphase. The mammalian egg thus uses a zinc-dependent switch mechanism to toggle between metaphase arrest and resumption of the meiotic cell cycle at the initiation of embryonic development.

Associations between toxic metals in follicular fluid and in vitro fertilization (IVF) outcomes

“…Cadmium too elicits increases in reactive oxygen species [40], as well as alteration of cytosolic Ca 2+ levels, yet most animal studies report reduced oocyte fertilization [42]. It is possible that the association we observe for FF Cd is confounded by associations with one or more essential elements associated with oocyte fertilization, such as FF Zn [43]. Yet, we do not detect a correlation between FF Cd and FF Zn in our data set (data not shown).…”

Genetic mosaics and time-lapse imaging identify functions of histone H3.3 residues in mouse oocytes and embryos

“…To monitor morphological changes, 20 ng ml −1 Hoechst 33342 was used to label DNA. To image zinc sparks, 20 µM FluoZin-3 (ThermoFisher Scientific) was added (Kim et al, 2011;Que et al, 2015) and images were obtained at 10 s intervals over 5 h with a maximum pinhole.…”

La nutrición en el periodo preconcepcional y los resultados del embarazo: revisión bibliográfica y propuesta de intervención del Dietista-Nutricionista

“…También se han llevado a cabo estudios in vitro, con animales y humanos que analizan la influencia del zinc en los resultados del embarazo y la fertilidad, encontrando todos ellos una asociación positiva entre función reproductora y este nutriente [31][32][33][34][35][36][37][38][39] , debido principalmente a su implicación en diversas funciones biológicas y rutas metabólicas 31 . Determinados autores mostraron que la deficiencia de zinc, aunque es poco frecuente en países desarrollados, podía ocasionar tanto alteraciones en el feto como malformaciones congénitas [31][32][33][34][35][36][37] , aunque sería necesaria más investigación en humanos para establecer esta asociación, ya que la mayoría de estudios eran ensayos in vitro o con animales.…”

“…Determinados autores mostraron que la deficiencia de zinc, aunque es poco frecuente en países desarrollados, podía ocasionar tanto alteraciones en el feto como malformaciones congénitas [31][32][33][34][35][36][37] , aunque sería necesaria más investigación en humanos para establecer esta asociación, ya que la mayoría de estudios eran ensayos in vitro o con animales. Dado que el zinc juega un papel crítico en la síntesis de hemoglobina y en la eritropoyesis, podría desempeñar también un rol significativo en la etiología de la anemia, la cual es indiscutiblemente perjudicial para el embarazo.…”