Calcium signaling in mouse oocyte maturation: the roles of STIM1, ORAI1 and SOCE

Abstract

El manejo del calcio es crítico para la función de los ovocitos, ya que los primeros pasos de la fecundación dependen de la adecuada movilización de Ca(2+) para originar picos transitorios de la concentración citosólica de Ca(2+). Es bien sabido que el influjo de Ca(2+) desde el medio extracelular es necesario para mantener esta señalización en los ovocitos de mamíferos. Sin embargo, la regulación de los canales de Ca(2+) implicados en este proceso es aún desconocida en los ovocitos. STIM1, un regulador clave de la entrada de Ca(2+) operada por almacén (SOCE), se reubica en el ovocito de ratón poco después de la estimulación del esperma, lo que sugiere que SOCE está implicado en el mantenimiento de la señalización de Ca(2+) citosólica en el ovocito fecundado. Aquí, mostramos que hay una regulación al alza de la expresión de STIM1 en la etapa de ruptura de la vesícula germinal, y esta expresión permanece estable durante las siguientes etapas de maduración. Descubrimos que los ovocitos expresan ORAI1, un canal de Ca(2+) operado por almacén, y que el nivel de expresión de ORAI1 era estable durante la maduración de los ovocitos. Los ovocitos inmaduros no mostraron ninguna entrada de Ca(2+) ni un aumento de la colocalización de STIM1-ORAI1 en respuesta al agotamiento del almacén inducido por el thapsigargin. Por el contrario, en los ovocitos maduros, la colocalización de STIM1-ORAI1 se multiplica por 3 con el agotamiento de los almacenes de Ca(2+), permitiendo la activación de los canales de calcio operados por los almacenes y, por tanto, la entrada de Ca(2+). Finalmente, la correlación entre la activación de SOCE durante la maduración de los ovocitos y la colocalización de STIM1-ORAI1 sugiere fuertemente que ORAI1 está involucrado en la vía de entrada de Ca(2+) en el ovocito maduro. La regulación al alza de la SOCE en la fase final de la maduración es una prueba más de que la SOCE desempeña un papel importante en los ovocitos completamente maduros y, por tanto, en la señalización del Ca(2+) en la fecundación.

Calcium handling is critical for the oocyte function, since the first steps of fertilization are dependent on the appropriate Ca2+ mobilization to originate transient spikes of the cytosolic Ca2+ concentration. It is well known that the Ca2+ influx from the extracellular milieu is required to maintain this signaling in mammalian oocytes. However, the regulation of the Ca2+ channels involved in this process is still unknown in oocytes. STIM1, a key regulator of store-operated Ca2+ entry (SOCE), relocates in the mouse oocyte shortly after sperm stimulation, suggesting that SOCE is involved in the maintenance of cytosolic Ca2+-spiking in the fertilized oocyte. Here, we show that there is an up-regulation of the expression of STIM1 at the germinal vesicle breakdown stage, and this expression remains steady during following maturation stages. We found that oocytes express ORAI1, a store-operated Ca2+ channel, and that ORAI1 expression level was stable during oocyte maturation. Immature oocytes showed no Ca2+ entry and no increase in STIM1–ORAI1 colocalization in response to the store depletion induced by thapsigargin. On the contrary, in mature oocytes, STIM1–ORAI1 colocalization is enhanced 3-fold by depletion of Ca2+ stores, enabling the activation of store-operated calcium channels and therefore Ca2+ entry. Finally, the correlation between SOCE activation during the maturation of oocytes and STIM1–ORAI1 colocalization strongly suggests that ORAI1 is involved in the Ca2+ entry pathway in the mature oocyte. SOCE up-regulation in the final stage of maturation is further evidence of a major role for SOCE in fully mature oocytes, and therefore in Ca2+ signaling at fertilization.