Las proteínas que empaquetan los espermatozoides podrían ser la clave de la infertilidad masculina

Revisado por Lily Ramsey, LLM Jul 31 2023

Los espermatozoides desempeñan un papel fundamental en la creación de una nueva vida, ya que aportan esencialmente la mitad del material genético necesario.

El éxito de este proceso depende de la generación de un espermatozoide competente para el desarrollo, lo que a menudo viene determinado por la forma. De hecho, durante la fecundación in vitro, se selecciona el espermatozoide "más bonito" para fecundar un óvulo.

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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 están estudiando los detalles moleculares de la formación de los espermatozoides, con especial atención a cómo las anomalías en este proceso pueden provocar infertilidad masculina.

A diferencia de otras células del cuerpo, los espermatozoides poseen una característica única: su material genético está repleto de unas proteínas llamadas protaminas.

Se han encontrado protaminas en diversos organismos vivos, como plantas, peces y mamíferos, que abarcan cientos de millones de años de evolución.

La importancia de este sistema de empaquetamiento de los espermatozoides basado en protaminas plantea una pregunta intrigante: ¿por qué los espermatozoides utilizan protaminas para empaquetar el ADN en lugar de histonas, que emplean todos los demás tipos celulares?

Para desvelar la importancia de las protaminas en la reproducción, Saher Sue Hammoud, doctora, Sy Redding, doctora, Lindsay Moritz, doctora, Samantha Schon, doctora, y su equipo llevaron a cabo un estudio en profundidad de la composición de la secuencia molecular de las protaminas para entender cómo afectan a la función las variaciones en la proteína.

Empezamos a fijarnos en las protaminas porque están en muchas especies animales y además evolucionan rápidamente, por lo que hay mucha variación de secuencias".

Saher Sue Hammoud, profesor asociado de genética humana, obstetricia y ginecología y urología.

La mayoría de los mamíferos tienen múltiples tipos de protaminas y éstas deben mantenerse en una proporción bien definida, y las desviaciones en esta proporción se han asociado con la infertilidad.

Según la sabiduría popular, las protaminas son especialmente eficaces para empaquetar el ADN en estructuras densas denominadas cromatina, ya que son ricas en arginina, un aminoácido con carga positiva que se une fuertemente al ADN con carga negativa.

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Sin embargo, estudios recientes han demostrado que las protaminas también tienen aminoácidos distintos de la arginina que son específicos de cada especie y presentan modificaciones postraduccionales inesperadas, que modifican químicamente las proteínas después de su fabricación.

Este estudio, publicado en la revista Nature Structural & Molecular Biology, explora características de las protaminas no reconocidas hasta ahora.

"Se sabe que las moléculas que interactúan y empaquetan el ADN tienen características cargadas positivamente. Lo realmente hermoso de este trabajo es que revela otras lógicas integradas en estas proteínas que nunca habíamos tenido en cuenta, otros aminoácidos que también desempeñan funciones muy importantes", afirma Redding, profesor adjunto de Bioquímica y Biotecnología Molecular en la Facultad de Medicina Chan de la Universidad de Massachusetts.

Además, lo intrigante era la presencia de modificaciones postraduccionales en las protaminas, a pesar de que los espermatozoides no son transcripcionalmente activos.

"El hecho de que las protaminas presenten todas estas modificaciones sugiere que deben tener alguna función en el empaquetamiento de la cromatina", explica Moritz, investigador postdoctoral del laboratorio Hammoud y coautor del artículo.

Utilizando ratones, analizaron un residuo de lisina modificado específico de una protamina de ratón y presente en espermatozoides maduros de ratón. La sustitución de la lisina por un aminoácido alanina (que no puede modificarse) dio lugar a espermatozoides de forma anormal, un desarrollo embrionario deficiente y una fertilidad reducida.

Lo más sorprendente fue que la sustitución de la lisina por una arginina cargada positivamente no corrigió el empaquetamiento defectuoso de los espermatozoides, lo que significa que las interacciones van más allá de la carga de la molécula.

La infertilidad por factor masculino carece a menudo de una causa clara, lo que pone de relieve la importancia de estudiar estas modificaciones.

Schon, profesor adjunto del Departamento de Obstetricia y Ginecología de la UM y co-primer autor del trabajo, señaló: "Creo que estas modificaciones son interesantes como otra vía de investigación e identificación de la causa de la infertilidad, y el hecho de que pueda desempeñar un papel en el embrión temprano tiene una enorme importancia como posible herramienta de diagnóstico y post-fertilización para la FIV."

El equipo espera examinar con más detalle los mecanismos de empaquetamiento de los espermatozoides con la esperanza de recrear completamente el proceso in vitro.