Revelan detalles moleculares de la fecundación del esperma en el óvulo

Esperma
PIXABAY - Archivo
Publicado 09/08/2018 7:51:32CET

   MADRID, 9 Ago. (EUROPA PRESS) -

   La fusión de un espermatozoide con un óvulo es el primer paso en el proceso que conduce a nuevos individuos en las especies que se reproducen sexualmente. Por fundamental que sea este proceso, los científicos están ahora comenzando a comprender las complejidades de cómo funciona la fecundación.

   En un artículo publicado en 'PLOS Biology', investigadores de la Universidad de Brown en Providence (EEUU) han descrito la estructura detallada de las proteínas que permiten la fusión esperma-óvulo en dos especies diferentes: una planta con flor y un protozoo. Los investigadores esperan que revelar el proceso en estas especies y sus familias pueda llevar a los científicos un paso más cerca de comprenderlo a través de las especies sexuales, incluidos los humanos y otros vertebrados.

   "Me sorprende que aún no sepamos cómo un esperma humano se fusiona con un óvulo humano", dijo Mark Johnson, profesor asociado de biología en la Universidad de Brown y coautor del estudio. "Una de las cosas que esperamos que este documento haga es establecer una firma estructural para las proteínas que hacen que la fusión de gametos funcione en estas especies para que podamos buscarla en especies en las que aún se desconocen los mecanismos proteicos".

   Johnson ha estado trabajando durante años para comprender la fusión de gametos (espermatozoides y óvulos). A principios de la década de 2000, identificó una proteína en la membrana espermática de la especie de planta con flor 'Arabidopsis thaliana' que parecía tener cierta influencia en el proceso de fusión de gametos en esa especie. Su trabajo demostró que una mutación en el gen que produce la proteína, conocida como HAP2, hace que los espermatozoides se vuelvan incapaces de fusionarse con el óvulo de 'Arabidopsis'.

   Unos años más tarde, Kristin Beale, una estudiante graduada de Brown que trabaja con Johnson, predijo que la proteina HAP2 estaba relacionada con la proteína que usan los virus para abrirse paso en las células del huésped. Eso tiene sentido, según ha señalado Johnson, ya que "tanto el esperma como los virus necesitan tener un mecanismo para insertarse en una membrana celular".

   Desde esos descubrimientos iniciales, Johnson y otros investigadores han buscado en los genomas de otros organismos secuencias de genes que se parecen a las de la HAP2 de la 'Arabidopsis'. Han encontrado secuencias similares en una amplia variedad de eucariotas (organismos cuyas células tienen un núcleo discreto): muchas especies de plantas, algas, insectos y algunos animales. Sin embargo, brillaba por su ausencia en los vertebrados, incluidos los humanos.

   Es posible, dice Johnson, que los vertebrados sí tengan una proteína similar a HAP2, pero su secuencia genética puede haber cambiado tanto en la historia evolutiva que es difícil para los investigadores detectar por secuencia sola. Entonces, en lugar de buscar genes que produzcan la proteína, podría ser mejor observar la estructura de las proteínas mismas: buscar proteínas de vertebrados que sean estructuralmente similares a las proteínas HAP2 que ya se han identificado. Pero eso requiere que las estructuras de las proteínas HAP2 conocidas se resuelvan en detalle, que es lo que Johnson y sus colegas se propusieron hacer con este último estudio.

   El laboratorio de Johnson trabajó con el laboratorio de Felix Rey, en el Instituto Pasteur de París (Francia), donde la estudiante de posgrado Juliette Fedry resolvió las estructuras de las proteínas HAP2 de dos especies de eucariotas lejanamente relacionadas: 'Arabidopsis' y 'Trypanosoma cruzi', un parásito protozoario.

   Para resolver las estructuras, el equipo de París utilizó una técnica llamada cristalografía de rayos X, que consiste en cristalizar las proteínas y luego observar cómo los cristales dispersan los rayos X. La estructura de la proteína se puede observar a partir del patrón de dispersión. El laboratorio de Rey se especializa en la técnica, particularmente para obtener imágenes de las proteínas de fusión viral que están relacionadas con HAP2.

   Jennifer Forcina, una estudiante graduada en el laboratorio de Johnson, aprovechó los nuevos datos estructurales para determinar cómo HAP2 impulsa la fertilización en las plantas con flores, definiendo los aminoácidos en la punta de la proteína que se inserta en la membrana del huevo.

   El estudio encontró que si bien la estructura básica de las proteínas HAP2 de las dos especies era muy similar, habían evolucionado para ser diferentes en áreas clave. Específicamente, las puntas de las proteínas, las partes que se cree que perforan primero la membrana de un óvulo, eran sustancialmente diferentes. Mientras que la planta que fluye HAP2 emplea una única estructura helicoidal en la punta, la versión protozoaria tiene tres pequeños bucles que se enganchan en la membrana objetivo. Si bien las diferencias en los mecanismos de inserción entre las dos proteínas arrojan nueva luz sobre cómo funciona HAP2, las similitudes entre los dos son importantes en la búsqueda de HAP2 en otros organismos, dice Johnson.

   "En este momento tenemos dos tipos de organismos: aquellos para los que sabemos cómo funciona la fusión de gametos, y todos tienen HAP2, y organismos para los que no sabemos cómo funciona la fusión de gametos, ninguno de los cuales tiene un HAP2 reconocible", ha explicado Johnson.

   "Ahora que sabemos qué se conserva estructuralmente en estas dos proteínas que difieren a nivel de secuencia, podemos pensar en buscar esas estructuras para buscar proteínas relacionadas en otras especies", añade. Eso incluye a los humanos. "Solo necesitamos obtener más estructuras para proteínas humanas para poder buscar características estructurales comunes", concluye.