El espermatozoide no puede abrir el óvulo sin esta antigua clave molecular

Son la extraña pareja original: uno es enorme, esférico e inmóvil. El otro es de tamaño pequeño, tiene cola y nunca deja de nadar. Sin embargo, la unión del óvulo y el espermatozoide es crucial para todos los animales que se reproducen sexualmente en la Tierra.

Cómo se produjo exactamente esta unión ha sido un misterio para los científicos durante mucho tiempo. A el estudia Los resultados del estudio, publicado el jueves en la revista Cell, se basaron en la técnica de inteligencia artificial ganadora del Premio Nobel, que demostró que un paquete entrelazado de tres proteínas es la clave que permite que el espermatozoide y el óvulo se unan. Este paquete crucial lo comparten animales relacionados lejanamente, como peces y mamíferos, entre los que probablemente se incluyan los humanos.

Para casi todos los animales de la Tierra, la vida comienza con un espermatozoide que llega a la membrana del óvulo. De alguna manera, las dos células se reconocen y se unen. Luego, en un abrir y cerrar de ojos, la cabeza del espermatozoide pasa dentro del óvulo, como si atravesara una puerta. Ahora la célula fusionada es un cigoto y está lista para convertirse en un nuevo animal.

En investigaciones anteriores, los científicos encontraron cuatro proteínas en el esperma de los mamíferos, que también se encuentran en el esperma de los peces y son esenciales para la fertilización. Pero nadie sabía si podrían trabajar en equipo para insertar el óvulo, ni cómo hacerlo.

En el nuevo estudio, Andrea Pauli, biólogo molecular y del desarrollo del Instituto de Investigación de Patología Molecular de Viena, y colaboradores de varias instituciones preguntaron cómo cooperan las proteínas del esperma durante la fertilización.

Los investigadores confiaron en la tecnología AlphaFold, que compartió el Premio Nobel de Química la semana pasada. Utiliza inteligencia artificial para predecir la forma de la proteína. Utilizando AlphaFold, el equipo pudo comparar las cuatro proteínas del esperma compartidas entre mamíferos y peces con una biblioteca de aproximadamente 1.400 otras proteínas que se encuentran en las superficies celulares de los testículos del pez cebra, en busca de socios potenciales.

«Queríamos encontrar algo que supiéramos que estaría en el lugar correcto en el momento correcto», dijo Victoria Deneke, investigadora postdoctoral en el laboratorio del Dr. Pauli.

Incluso para AlphaFold, esto fue un desafío. «Estuvo funcionando durante dos o tres semanas», dijo el Dr. Deneke, monopolizando los recursos informáticos del campus.

«Otras personas en el instituto no estaban tan contentas», añadió el Dr. Pauli.

Finalmente, AlphaFold predijo que dos proteínas nativas comunes de los espermatozoides se unirían entre sí, junto con una tercera proteína previamente desconocida, creando un equipo de tres.

Los experimentos de laboratorio confirmaron la suposición del programa: los peces cebra machos que carecían de la tercera proteína recientemente descubierta eran infértiles, al igual que los ratones macho. Sus espermatozoides nadan normalmente pero no pueden fusionarse con el óvulo. Los científicos también encontraron evidencia bioquímica de que las tres proteínas del esperma funcionan como una sola unidad, tanto en el pez cebra como en los humanos.

El Dr. Pauley dijo que era probable que el mismo paquete crucial estuviera presente en muchos (o todos) los animales con espinas.

Ella describió el paquete de proteínas del espermatozoide como una especie de llave que encaja en la cerradura del óvulo. En los peces, esta cerradura es una proteína llamada gorila, lo cual es conveniente porque sin ella la cabeza del espermatozoide no puede ingresar al óvulo.

Investigaciones anteriores también han identificado una molécula de bloqueo en huevos de mamíferos, que se une a una de las proteínas del paquete de tres proteínas. Por extraño que parezca, el candado de los mamíferos no es el guardia. Es una proteína no relacionada llamada Juno.

Esto significa que en algún momento de la historia, los animales deben haber desarrollado diferentes proteínas de óvulo para unirse al paquete de proteínas del espermatozoide. Esto presenta un misterio: la cerradura ha cambiado, pero de alguna manera, “la llave del esperma sigue siendo la misma”, dijo el Dr. Pauli.

«Nos gustaría saber la respuesta», añadió.

Amber Kruchounas, bióloga reproductiva de la Universidad de Delaware que no participó en la nueva investigación, calificó el nuevo estudio como «realmente emocionante».

A principios de este año, un grupo de investigación diferente utilizó AlphaFold de forma independiente anticipación El mismo triple paquete de proteínas existe en los mamíferos. «El hecho de que dos grupos independientes hayan llegado a las mismas conclusiones ciertamente aumenta nuestra confianza en los resultados», afirmó el Dr. Krochounas.

Sin embargo, dijo, «definitivamente queda más trabajo por hacer para descubrir los secretos de la fertilización». Por ejemplo, se sabe que algunas proteínas del esperma son compartidas entre mamíferos y peces, pero no forman parte de este paquete; ¿Qué están haciendo?

«Esta es una pregunta fundamental con muy pocas respuestas moleculares», dijo el Dr. Pauli. «Es asombroso».