Por qué algunos espermatozoides nadan en círculos: es un defecto proteínico
Por el doctor Liji Thomas, MD 3 de diciembre de 2019
Un nuevo estudio publicado en la revista PNAS muestra que algunos espermatozoides no pueden nadar en línea recta porque carecen de una proteína llamada VSP. Este defecto de la motilidad afecta gravemente a las tasas de éxito de la fecundación. Además, se ha descubierto que la VSP regula la cantidad de calcio que entra en el flagelo, el orgánulo en forma de látigo que impulsa al espermatozoide hacia el óvulo. Este importante descubrimiento podría ayudar a tratar la infertilidad con mayor eficacia.
Los espermatozoides son las células reproductoras masculinas, responsables de fecundar el óvulo para que se produzca la concepción de un nuevo organismo humano. Para ello, en la naturaleza, los espermatozoides deben ascender desde el cuello uterino a través del útero hasta las trompas de Falopio, donde suele esperar el óvulo. Este viaje depende de la actividad de sus largos flagelos en forma de cola. En el transcurso de este viaje, influidos por diversas moléculas del entorno uterino, experimentan un proceso denominado capacitación que es esencial para alimentar la última carrera desesperada hacia el óvulo. Durante esta oleada de energía, los iones de calcio inundan el flagelo para activar el motor celular que impulsa a estas diminutas células hacia delante.
Algunos espermatozoides de ratón intentan sabotear a sus rivales en la carrera por fecundar el óvulo
Una investigación innovadora rompe la visión universalmente aceptada de cómo "nadan" los espermatozoides
Visualización de los espermatozoides con (simulación de microscopio electrónico) - Crédito de la ilustración: 3dmotus / Shutterstock
Proteína VSP
Investigaciones anteriores han descubierto la presencia de una proteína denominada VSP en los espermatozoides de múltiples especies animales. VSP son las siglas de Voltage Sensing Phosphatase. Esta proteína sirve para percibir señales eléctricas, pero su papel en la fecundación seguía sin estar claro.
Según los investigadores, la proteína VSP tiene una estructura única. No sólo tiene un dominio que detecta los cambios de voltaje, sino que posee un segundo dominio que alberga una enzima fosfoinositida fosfatasa. La actividad molecular de este dominio enzimático está bien caracterizada y se ha demostrado que responde a la detección de cambios de voltaje por el dominio de detección eléctrica.
El estudio
El objetivo del estudio actual era descubrir qué hace exactamente esta proteína en el esperma. En primer lugar, los investigadores crearon una línea de ratones carentes del gen de esta proteína -una línea knockout- para poder recuperar espermatozoides que carecieran de VSP.
El cambio inmediato fue evidente: los espermatozoides sin PSV no podían fecundar óvulos en condiciones de laboratorio. Al examinarlos más de cerca, la razón de la reducida tasa de fecundación resultó ser su tendencia a nadar en círculos durante la capacitación, en lugar de avanzar hacia el óvulo. El resultado de esta motilidad no dirigida era que la mayoría de estos espermatozoides nunca llegaban al óvulo.
La motilidad está relacionada con el flagelo, por lo que los investigadores se centraron en él. Descubrieron que había una clara diferencia en la estructura molecular de los espermatozoides normales y los deficientes en PSV.
En los espermatozoides normales, existe una elevada concentración de una molécula lipídica denominada PIP2 cerca de la cabeza del espermatozoide, en la parte superior del flagelo. Sin embargo, este patrón se perdía en los ratones deficientes en VSP. Aquí, las moléculas PIP2 se expresaban de forma más generosa, pero también más aleatoria, por todo el flagelo, en lugar de estar localizadas cerca de la cabeza.
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Los espermatozoides que carecen de VSP también mostraron niveles muy elevados de iones de calcio.
Las implicaciones
Los investigadores creen que estos hallazgos sugieren que el PSV es crucial en la regulación de la actividad de los canales iónicos por los que pasan los iones de calcio, afectando así a la motilidad de los espermatozoides. Han propuesto un mecanismo provisional para explicar esta hipótesis. Según ellos, la proteína VSP es esencial para la distribución localizada de PIP2 en la parte superior o media del flagelo del espermatozoide. A su vez, la PIP2 abre canales de iones de potasio, gracias a lo cual los iones de calcio también pueden entrar en la célula de forma localizada para aumentar la motilidad de los espermatozoides.
Sin embargo, la dispersión de PIP2 que se produce en los ratones deficientes en VSP promueve selectivamente una mayor activación del tipo Slo3 de canales de iones de potasio en la pieza principal del flagelo, donde las moléculas de PIP2 sólo están presentes normalmente en bajas concentraciones. Esto conduce a una afluencia excesiva de iones de calcio. Las elevadísimas concentraciones de iones de calcio "atascan" el flagelo, haciéndolo más rígido y menos capaz de propulsar el espermatozoide hacia delante.
En otras palabras, el VSP garantiza una distribución polarizada óptima de la molécula PIP2 en el flagelo, con menos moléculas en la pieza principal y más en la pieza intermedia. Esto significa que dicho patrón de distribución es vital para la correcta regulación de los canales iónicos y la motilidad de los espermatozoides, lo que afecta directamente a la fecundación.
El investigador Yasushi Okamura afirma que este descubrimiento podría afectar significativamente a la terapia de la infertilidad masculina. "Predecimos que nuestros hallazgos conducirán al desarrollo de tratamientos de fertilidad que mejoren la motilidad de los espermatozoides, aumentando las posibilidades de fecundación".
