Manteniendo los espermatozoides en el camino
Los investigadores señalan un nuevo mecanismo subyacente a la infertilidad masculina
Un componente esencial de cada célula eucariótica es el citoesqueleto. Los microtúbulos, diminutos tubos que consisten en una proteína llamada tubulina, son parte de este esqueleto de células. Cilia y flagelos, que son estructuras similares a antenas que sobresalen de la mayoría de las células de nuestro cuerpo, contienen muchos microtúbulos. Un ejemplo de flagelo es la cola del esperma, que es esencial para la fertilidad masculina y por lo tanto para la reproducción sexual. El flagelo tiene que batir de una manera muy precisa y coordinada para permitir la natación progresiva del esperma. Si no lo hace, puede conducir a la infertilidad masculina. Los investigadores del Instituto Curie de París, el Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética (MPI-CBG) de Dresde, el centro de investigación César de Bonn junto con la Universidad de Bonn, el Instituto Cochin de París y el Tecnópolo Humano de Milán muestran ahora que una modificación enzimática particular de la proteína tubulina, llamada glicilación, es esencial para que el esperma nade en línea recta. Estos hallazgos implican que una perturbación de esta modificación podría subyacer a algunas formas de infertilidad masculina en los humanos.
Análisis asistido por ordenador de los datos de microscopía de luz que muestran la trayectoria de natación lineal de un espermatozoide normal (arriba) y las trayectorias de natación circulares y diagonales anormales de los espermatozoides mutantes (medio y abajo) que carecen de glicación de la tubulina.
Gadadhar et al. / Science 2021
Las células de nuestro cuerpo hacen uso de 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. Que tales modificaciones ocurren se conoce desde hace mucho tiempo, sin embargo, sorprendentemente, su función es en muchos casos desconocida. Un excelente ejemplo de nuestra falta de conocimiento profundo es el papel de las modificaciones de la tubulina, la proteína que forma los microtúbulos. Estos son largos filamentos que se utilizan para hacer andamios en las células. Aunque los microtúbulos son muy similares en todas las células de nuestro organismo, cumplen una amplia variedad de funciones. Una de las funciones más especializadas de los microtúbulos se encuentra en la cola del esperma o en el flagelo. Los flagelos de esperma son esenciales para la fertilidad masculina y por lo tanto para la reproducción sexual. Tienen que latir de manera muy precisa y coordinada para permitir la natación progresiva de los espermatozoides, y si no lo hacen pueden provocar la infertilidad masculina. Para que el esperma nade en línea recta, es esencial la modificación de la proteína tubulina por medio de enzimas. Una de las modificaciones se llama glicación, y fue hasta ahora una de las modificaciones de la tubulina menos exploradas.
Los 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 Europeos Avanzados e Investigación (César) de Bonn, junto con la Universidad de Bonn, el Instituto Cochin de París y el Tecnópolo Humano de Milán, estudiaron más de cerca la glicilación. Encontraron que en ausencia de esta modificación de la tubulina, la forma en que los flagelos laten es perturbada, resultando en esperma que en su mayoría nada en círculos. El primer autor del estudio, Sudarshan Gadadhar del Instituto Curie explica: "El núcleo del flagelo del esperma está compuesto de microtúbulos, junto con decenas de miles de diminutos motores moleculares, llamados dinaínas, que permiten doblar rítmicamente estos microtúbulos para producir ondas para el movimiento y la dirección. La actividad de estas proteínas motoras de las dinasinas debe estar estrechamente coordinada. En ausencia de glicación, se descoordinan y, como resultado, vemos de repente el esperma nadando en círculos".
Para averiguarlo, los autores del estudio habían creado una línea de ratón que carece de los planos genéticos de las enzimas que glicitan los microtúbulos. "Observamos defectos funcionales en el esperma de los ratones que carecían de glicilación, lo que resultó en una reducción de la fertilidad. Dado que se sabe que los ratones, como sistema modelo, tienen una fertilidad robusta, un defecto similar en los humanos, podría conducir a la esterilidad masculina", dice Carsten Janke, investigador del CNRS (Centro Nacional de Investigación Científica de Francia) en el Institut Curie y uno de los coordinadores del estudio. Para averiguar por qué la falta de glicilación conducía a una motilidad espermática perturbada y a la subfertilidad masculina, el equipo utilizó la microscopía crioelectrónica 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 con la actividad coordinada de las dinasinas axonales, 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 el Tecnópolo Humano, y Luis Álvarez del centro de investigación César, resumen: "Este estudio, que muestra lo importante que es la glicilación para el control de los motores de la dinaina del flagelo, es un ejemplo de cómo las modificaciones de los microtúbulos afectan directamente la función de otras proteínas en las células. Nuestros hallazgos proporcionan pruebas directas de que los microtúbulos tienen un papel activo en la regulación de los 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 de nuestro cuerpo, esperamos que modificaciones similares de la tubulina sean importantes en varias funciones relacionadas con los cilios. Por lo 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".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Sudarshan Gadadhar, Gonzalo Alvarez Viar, Jan Niklas Hansen, An Gong, Aleksandr Kostarev, Côme Ialy-Radio, Sophie Leboucher, Marjorie Whitfield, Ahmed Ziyyat, Aminata Touré, Luis Alvarez, Gaia Pigino, Carsten Janke; "Tubulin glycylation controls axonemal dynein activity, flagellar beat, and male fertility"; Science; 7. Januar 2021.
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