Los espermatozoides juegan un papel crítico en la creación de una nueva vida, entregando esencialmente la mitad del material genético. El éxito de este proceso se basa en la generación de un espermatozoide competente para el desarrollo, que a menudo está determinado por su forma. De hecho, durante la fertilización in vitro, se selecciona el esperma «más atractivo» para fertilizar un óvulo. Sin embargo, es difícil evaluar cómo esta forma óptima se traduce en una función espermática adecuada debido a muchos factores de confusión. Investigadores de la Universidad de Michigan ahora están profundizando en los detalles a nivel molecular de la formación de espermatozoides, con un enfoque particular en cómo las anomalías en este proceso podrían conducir a la infertilidad por factor masculino.
A diferencia de otras células del cuerpo, los espermatozoides poseen una característica única: su material genético está repleto de proteínas llamadas protaminas. Se han encontrado protaminas en varios organismos vivos, como plantas, peces y mamíferos, que abarcan cientos de millones de años de evolución.
«Creo que estas modificaciones son interesantes como otra vía de investigación e identificación de la causa de la infertilidad, y el hecho de que podría desempeñar un papel en el embrión temprano tiene una gran importancia como una herramienta de diagnóstico potencial y posfertilización para la FIV»
La importancia de este sistema de empaquetamiento de espermatozoides basado en protaminas plantea una pregunta intrigante: ¿por qué los espermatozoides usan protaminas para empaquetar el ADN en lugar de histonas, que son empleadas por todos los demás tipos de células?
Para descubrir la importancia de las protaminas en la reproducción, la doctora en genética Saher Sue Hammoud, el doctor en química médica Sy Redding, la doctora en genética Lindsay Moritz, la doctora en medicina Samantha Schon y su equipo realizaron un estudio en profundidad de la composición de la secuencia molecular de las protaminas para comprender cómo funcionan las variaciones en la proteína.
La mayoría de los mamíferos tienen muchos tipos de protaminas
«Comenzamos a observar las protaminas porque se encuentran en muchas especies animales y también están evolucionando rápidamente, por lo que hay mucha variación de secuencia«, comenta Hammoud, profesora asociada de genética humana, obstetricia, ginecología y urología.
La mayoría de los mamíferos tienen múltiples tipos de protaminas y es necesario mantenerlas en proporciones bien definidas, y las desviaciones en esta proporción se han asociado con la infertilidad. El conocimiento convencional indica que las protaminas son particularmente eficientes para empaquetar herméticamente el ADN en estructuras densas llamadas cromatina porque son ricas en arginina, un aminoácido cargado positivamente que se une fuertemente al ADN cargado negativamente.
Peculiaridades según la especie
Sin embargo, estudios recientes han demostrado que las protaminas también tienen aminoácidos distintos de la arginina que son específicos de la especie y tienen modificaciones postraduccionales inesperadas, que cambian químicamente las proteínas después de que se producen.
Este estudio, publicado en la revista Nature Structural & Molecular Biology, explora características de las protaminas no reconocidas anteriormente.
«Se sabe que las moléculas que interactúan y empaquetan el ADN tienen características cargadas positivamente. Lo realmente hermoso de este trabajo es que revela otra lógica incrustada en estas proteínas que nunca consideramos realmente, otros aminoácidos que también están haciendo trabajos muy importantes«. indica Redding, profesor asistente de bioquímica y biotecnología molecular en la Escuela de Medicina Chan de la Universidad de Massachusetts.
Las protaminas, clave en ratones y es posible que en humanos
Además, lo intrigante fue la presencia de modificaciones postraduccionales en las protaminas, a pesar de que los espermatozoides no son transcripcionalmente activos. «El hecho de que las protaminas tengan todas estas modificaciones diferentes sugiere que estas modificaciones deben tener alguna función en el empaquetamiento de la cromatina«, comenta Moritz, becaria postdoctoral en el Laboratorio Hammoud y coautora del artículo.
Utilizando ratones, analizaron un residuo de lisina modificado específico de una protamina de ratón y presente en el esperma maduro de ratón. La sustitución de la lisina por un aminoácido alanina (que no se puede modificar) dio como resultado espermatozoides de forma anormal, deterioro del desarrollo embrionario y reducción de la fertilidad.
Una herramienta de diagnóstico potencial
Lo que es más sorprendente fue que reemplazar la lisina con una arginina cargada positivamente no corrigió el empaquetamiento defectuoso del esperma, lo que significa que las interacciones van más allá de la carga de la molécula. La infertilidad por factor masculino a menudo carece de una causa clara, lo que resalta la importancia de estudiar estas modificaciones.
Schon, profesora asistente en el Departamento de Obstetricia y Ginecología de la UM y coautora principal del artículo, asegura que, «creo que estas modificaciones son interesantes como otra vía de investigación e identificación de la causa de la infertilidad, y el hecho de que podría desempeñar un papel en el embrión temprano tiene una gran importancia como una herramienta de diagnóstico potencial y posfertilización para la FIV«.
El futuro
El equipo espera examinar a continuación los mecanismos del empaquetamiento de los espermatozoides con mayor detalle con la esperanza de recrear el proceso completamente in vitro.
Fuente: Nature Structural & Molecular Biology.
