Maestro en ciencias Omar José Ramírez y doctora Claudia L. Treviño
La formación de un nuevo organismo, por ejemplo de un bebé, inicia con la fecundación, evento en el que se unen un espermatozoide y un óvulo para generar una célula, la que, a través de múltiples divisiones dará lugar a un nuevo individuo con características genéticas únicas. El proceso de la fecundación ocurre al fusionarse la célula más pequeña del cuerpo humano (el espermatozoide, en el hombre) con la más grande (el óvulo, en la mujer), células conocidas como gametos. Específicamente en nuestro laboratorio estudiamos desde hace varios años la fisiología de estas células, los espermatozoides. La comprensión del funcionamiento del gameto masculino es crucial para combatir los crecientes índices de infertilidad masculina en los países industrializados y para mejorar las técnicas de reproducción asistida, así como también para diseñar nuevos anticonceptivos masculinos.
El metabolismo del espermatozoide es muy particular y distinto al de las otras células del cuerpo, lo que lo convierte en una célula única y al mismo tiempo fascinante ya que contiene los elementos celulares mínimos, pero suficientes que le permiten moverse, desplazarse y sobrevivir durante varias horas dentro del tracto genital femenino, antes de llegar al óvulo. En este intrincado viaje, el espermatozoide se encuentra con un ambiente siempre cambiante, con el que tiene que contender para llegar a su destino. Durante el viaje, el espermatozoide es asistido por proteínas que, al realizar diversas reacciones químicas, le ayudan a responder ante el ambiente variable a través de cambios en su funcionamiento fisiológico. En este proceso participan muchas proteínas y nosotros nos hemos interesado en un tipo particular llamado anhidrasas carbónicas.
Las anhidrasas carbónicas (ACs) son enzimas (proteínas que llevan a cabo reacciones químicas a gran velocidad) que están presentes en todos los seres vivos y catalizan una reacción muy importante para la supervivencia de las células: unen una molécula de agua (H2O) a una de dióxido de carbono (CO2) y producen un protón (H+) y una molécula de bicarbonato (HCO3-). Las anhidrasas carbónicas de diferentes organismos tienen pequeñas diferencias entre ellas, pero debido a que todas llevan a cabo la reacción antes indicada, pueden agruparse en lo que se conoce como una familia de proteínas (familia de las anhidrasas carbónicas, específicamente), que en distintos organismos vertebrados está constituida por dieciséis miembros e incluye al grupo de enzimas más veloces hasta ahora identificadas (por ejemplo, una de estas enzimas lleva a cabo ¡un millón de reacciones por segundo!). A pesar de la gran importancia de las anhidrasas carbónicas en la fisiología de todas las células, hasta ahora son escasos los estudios en los que se ha analizado su presencia y/o su función en los espermatozoides de mamífero. Por lo tanto, en este trabajo nos dimos a la tarea de investigar estas interrogantes en los espermatozoides de humano y de ratón. Comparamos la fisiología de los espermatozoides de ratón y de humano, ya que, aunque el ratón ha sido hasta ahora un modelo experimental de mamífero que ha permitido obtener información muy valiosa, recientemente se han encontrado diferencias importantes en la fisiología de los espermatozoides de estas especies. En nuestro estudio inicialmente demostramos la presencia o ausencia de ciertos miembros de la familia de las anhidrasas carbónicas que no se habían reportado antes, además de que logramos identificar las regiones dentro de la célula en las que se distribuyen estas enzimas: algunas se encontraron en la cola de los espermatozoides y otras en la cabeza. Más tarde, investigamos la participación de las anhidrasas carbónicas en aspectos involucrados en la fecundación, como la movilidad del espermatozoide, que es crucial en su desplazamiento hasta el óvulo para depositar su material genético en el interior. Los resultados de nuestros experimentos demostraron que la participación de las anhidrasas carbónicas en la movilidad de los espermatozoides es diferente entre el ratón y el humano: los espermatozoides de humano dependen fuertemente de la actividad de las anhidrasas, mientras que los espermatozoides de ratón no.
Otro proceso fisiológico de gran importancia que debe ocurrir en el espermatozoide previo a la fecundación, es la liberación de enzimas de la cabeza de la célula y la exposición de proteínas muy importantes para que ambos gametos se fusionen; a esta fase -que ocurre muy rápidamente se le conoce como reacción acrosomal. Nuestros resultados experimentales sugieren que las anhidrasas carbónicas ayudan para que la reacción acrosomal en los espermatozoides de humano ocurra de manera eficiente, mientras que esto no sucede en los espermatozoides de ratón. Estos resultados demuestran la importancia de estudiar la fisiología del espermatozoide de estas especies por separado y nos alerta sobre los riesgos de generalizar lo que sucede en una especie, a las otras. Los resultados de este trabajo demostraron que las enzimas anhidrasas carbónicas juegan un papel muy importante en el funcionamiento de los espermatozoides, función que comenzamos a entender mejor. Adicionalmente, este trabajo establece los antecedentes para enfocar nuestras investigaciones futuras al análisis detallado de las anhidrasas carbónicas, como por ejemplo, su interacción con otras proteínas que son importantes en la vida del espermatozoide.
(Los autores son científicos del Instituto de Biotecnología de la UNAM)
Esta investigación fue publicada originalmente en:
José, O. Torres-Rodríguez, P. Forero-Quintero, L.S. Chávez, J.C. de la Vega-Beltrán, J.L. Carta, F. Supuran, C.T. Deitmer, J.W. Treviño, C.L. 2015. Carbonic anhydrases and their functional differences in human and mouse sperm physiology. Biochemical and Biophysical Research Communications, vol. 468, págs. 713-718.
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