Un equipo de investigación de Berlín, en Alemania, demostró en ratones que la capacidad de los espermatozoides para moverse progresivamente depende de una proteína que mejora la competitividad de los espermatozoides individualmente, mientras que cuando tiene poca presencia puede causar infertilidad.
Es literalmente una carrera por la vida cuando millones de ellos nadan hacia el óvulo para fertilizarlo. La investigación demuestra que no solo no es la suerte la que decide qué espermatozoide tiene éxito sino que existen diferencias en la competitividad entre los individuales.
En los ratones, un segmento de ADN «egoísta» y de origen natural rompe las reglas estándar de la herencia genética y otorga una tasa de éxito de hasta 99% a los espermatozoides que lo contienen.
Un equipo de investigadores del Instituto Max Planck de Genética Molecular describe cómo el factor genético llamado haplotipo-t promueve el éxito de la fertilización de los espermatozoides que lo portan.
Los investigadores demostraron por primera vez de forma experimental que los espermatozoides con el haplotipo-t son más progresivos, es decir, avanzan más rápido que sus pares «normales» y, por lo tanto, establecen su ventaja en la fertilización.
Los investigadores analizaron los individuales y revelaron que la mayoría de las células que progresaron poco en sus trayectorias eran genéticamente «normales», mientras que los de movimiento recto contenían principalmente el haplotipo-t.
Lo más importante es que vincularon las diferencias de motilidad con la molécula RAC1. Este interruptor molecular transmite señales del exterior de la célula al interior activando otras proteínas. Se sabe que la molécula participa en la dirección, por ejemplo, de glóbulos blancos o células cancerosas hacia células que exudan señales químicas.
Los nuevos datos sugieren que RAC1 también podría desempeñar un papel en la dirección de los espermatozoides hacia el óvulo, «olfateando» su camino hacia su objetivo.
«La competitividad de los espermatozoides individuales parece depender de un nivel óptimo de RAC1 activo; la actividad de RAC1 tanto reducida como excesiva interfiere con el movimiento hacia adelante efectivo», explica Alexandra Amaral, científica del Mpimg y primera autora del estudio.
«Los espermatozoides con el haplotipo-t logran desactivar los espermatozoides sin él. El truco es que el haplotipo-t envenena todos los espermatozoides, pero al mismo tiempo produce un antídoto, que actúa solo en los espermatozoides t y los protege», explicó Bernhard Herrmann, director del Mpimg y del Instituto de Genética Médica de Charité – Universitätsmedizin y autor correspondiente del estudio.
Como descubrieron él y sus colegas, el haplotipo-t contiene ciertas variantes genéticas que distorsionan las señales reguladoras. Estos factores de distorsión se establecen en la fase temprana de la espermatogénesis y se distribuyen a todos los espermatozoides de un ratón portador del haplotipo-t. Estos factores son el «veneno» que perturba el movimiento progresivo.
El «antídoto» entra en acción después de que el conjunto de cromosomas se divide uniformemente entre los espermatozoides durante su maduración; cada espermatozoide ahora contiene solo la mitad de los cromosomas. Solo la mitad de ellos con el haplotipo-t produce un factor adicional que revierte el efecto negativo de los factores distorsionadores. Y este factor protector no se distribuye, sino que se retiene en el esperma t.
En el esperma de ratones machos con el haplotipo-t solo en uno de sus dos cromosomas 17, los investigadores observaron que algunas células avanzan y otras progresan poco. Probaron espermatozoides individuales y descubrieron que los espermatozoides genéticamente «normales» son los que en su mayoría no se mueven directamente.
Cuando trataron la población mixta de espermatozoides con una sustancia que inhibe RAC1, observaron que los espermatozoides genéticamente «normales» ahora también podían nadar progresivamente. La ventaja de los espermatozoides t desapareció, lo que demuestra que la actividad aberrante de RAC1 perturba la motilidad progresiva.
Los resultados explican por qué los ratones machos con dos copias del haplotipo-t, una en cada uno de los dos cromosomas 17, son estériles. Producen solo espermatozoides que portan el haplotipo-t. Estas células tienen niveles mucho más altos de RAC1 activo que el esperma de ratones genéticamente normales, como descubrieron ahora los investigadores, y son casi inmóviles.
Pero los espermatozoides de ratones normales tratados con el inhibidor RAC1 también perdieron su capacidad de moverse progresivamente. Por tanto, una actividad de RAC1 demasiado baja también es desventajosa. La actividad aberrante de RAC1 también podría estar subyacente a formas particulares de infertilidad masculina en los hombres, especulan los investigadores.
«Nuestros datos destacan el hecho de que los espermatozoides son competidores despiadados», resalta Herrmann. Además, el ejemplo del haplotipo-t demuestra cómo algunos genes usan trucos algo sucios para transmitirse. «Las diferencias genéticas pueden dar a los espermatozoides individuales una ventaja en la carrera por la vida, promoviendo así la transmisión de variantes genéticas particulares a la próxima generación», añadió el científico.