La glucosilación es esencial para que los espermatozoides naden en línea recta, según un estudio
Un componente esencial de cada célula eucariota es el citoesqueleto. Los microtúbulos, pequeños tubos formados por una proteína llamada tubulina, forman parte de este esqueleto de las células. Los cilios y los flagelos, que son estructuras en forma de antena que sobresalen de la mayoría de las células de nuestro cuerpo, contienen muchos microtúbulos. Un ejemplo de flagelo es la cola de los espermatozoides, esencial para la fertilidad masculina y, por tanto, para la reproducción sexual.
El flagelo tiene que batir de forma muy precisa y coordinada para permitir la natación progresiva de los espermatozoides. Si no lo hace, puede provocar la infertilidad masculina. Investigadores del Instituto Curie de París, el Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG) de Dresde, el Centro de Estudios e Investigación Europeos Avanzados (caesar) de Bonn, junto con la Universidad de Bonn, el Instituto Cochin de París y la Technopole Humana de Milán, demuestran ahora que una modificación enzimática concreta de la proteína tubulina, denominada glicilación, es esencial para que los espermatozoides sigan nadando en línea recta. Estos hallazgos implican que una perturbación de esta modificación podría ser la base de algunas formas de infertilidad masculina en humanos.
Las células de nuestro cuerpo utilizan nuestra biblioteca de ADN para extraer planos que contienen las instrucciones para construir estructuras y máquinas moleculares llamadas proteínas. Pero la historia no termina aquí: las proteínas pueden ser modificadas por otras proteínas, llamadas enzimas. Hace tiempo que se sabe que estas modificaciones se producen, pero, sorprendentemente, en muchos casos se desconoce su función. Un excelente ejemplo de nuestra falta de conocimiento en profundidad es el papel de las modificaciones de la tubulina, la proteína que forma los microtúbulos. Estos son largos filamentos que sirven para formar andamios en las células.
La proteína FER1L5 es esencial para que los espermatozoides sean fértiles
Un nuevo estudio aporta pruebas convincentes del papel esencial de las cilicinas en el desarrollo y la fertilidad de los espermatozoides
Aunque los microtúbulos son muy similares en todas las células de nuestro organismo, cumplen una gran variedad de funciones. Una de las funciones más especializadas de los microtúbulos se encuentra en la cola o flagelo de los espermatozoides. Los flagelos de los espermatozoides son esenciales para la fertilidad masculina y, por tanto, para la reproducción sexual. Tienen que batir de forma muy precisa y coordinada para permitir la natación progresiva de los espermatozoides, y su fracaso puede conducir a la infertilidad masculina. Para que los espermatozoides sigan nadando en línea recta, es esencial la modificación de la proteína tubulina por parte de las enzimas. Una de las modificaciones se denomina glicilación, y hasta ahora se encontraba entre las modificaciones menos exploradas de la tubulina.
Científicos del Instituto Curie de París, el Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG) de Dresde y el Centro de Estudios e Investigación Europeos Avanzados (Caesar) de Bonn, junto con la Universidad de Bonn, el Instituto Cochin de París y la Technopole Humana de Milán, han estudiado a fondo la glicilación. Descubrieron que, en ausencia de esta modificación de la tubulina, la forma de batir de los flagelos se ve perturbada, lo que da lugar a espermatozoides que nadan mayoritariamente en círculos.
El núcleo del flagelo de los espermatozoides está compuesto por microtúbulos, junto con decenas de miles de diminutos motores moleculares, denominados dineínas, que permiten doblar rítmicamente estos microtúbulos para producir ondas de movimiento y dirección. La actividad de estas proteínas motoras de la dineína debe estar estrechamente coordinada. En ausencia de glicación, se descoordinan y, como resultado, de repente vemos a los espermatozoides nadando en círculos".
Sudarshan Gadadhar, primer autor, Instituto Curie
Para averiguarlo, los autores del estudio crearon una línea de ratones que carece de los planos genéticos de las enzimas que gliclan los microtúbulos. "Observamos defectos funcionales en los espermatozoides de los ratones que carecen de la glicosilación, lo que se tradujo en una reducción de la fertilidad. Dado que los ratones, como sistema modelo, son conocidos por su robusta fertilidad, un defecto similar en los humanos podría provocar esterilidad masculina", afirma Carsten Janke, investigador del CNRS (Centro Nacional de Investigación Científica de Francia) en el Instituto Curie y uno de los coordinadores del estudio.
Para averiguar por qué la falta de glicación conducía a una alteración de la motilidad de los espermatozoides y a la subfertilidad masculina, el equipo utilizó la criomicroscopía electrónica para visualizar la estructura molecular del flagelo y de sus motores moleculares. El análisis de los flagelos de los espermatozoides mutantes reveló que los flagelos estaban correctamente construidos, pero la mutación interfería en la actividad coordinada de las dineínas axonémicas, los motores que impulsan el batido del flagelo. Esto explica por qué la natación de los espermatozoides está perturbada.
¿Por qué es tan importante este descubrimiento? Los otros autores coordinadores, Gaia Pigino, del MPI-CBG y de la Tecnópolis Humana, y Luis Álvarez, del instituto César, lo resumen: "Este estudio, que muestra la importancia de la glicilación para el control de los motores de dineína del flagelo, es un excelente ejemplo de cómo las modificaciones de los microtúbulos afectan directamente a la función de otras proteínas en las células. Nuestros hallazgos aportan pruebas directas de que los microtúbulos tienen un papel activo en la regulación de procesos biológicos fundamentales a través de un código de modificaciones de la tubulina".
Además, este estudio apunta a un nuevo mecanismo subyacente a la infertilidad masculina. Dado que los flagelos de los espermatozoides son uno de los muchos tipos de cilios que hay en nuestro cuerpo, esperamos que modificaciones similares de la tubulina sean importantes en varias funciones relacionadas con los cilios. Por tanto, nuestro trabajo abre una puerta a una comprensión más profunda de múltiples enfermedades, como los trastornos del desarrollo, el cáncer, las enfermedades renales o los trastornos respiratorios y de la visión".
