De los corales a los humanos, un catalizador común para la activación de los espermatozoides

Los corales hemafroditas, como Montipora capitata, liberan tanto óvulos como esperma en el agua. Nuevos hallazgos de biólogos de la Universidad de Pensilvania revelan que el mecanismo por el cual los espermatozoides comienzan a moverse depende del pH y es similar a las vías utilizadas en una variedad de otros organismos, incluidos los humanos. Crédito: Parrott Lab

Si los espermatozoides no pueden nadar, la vida no continuará. Y un nuevo estudio sugiere que cuando la evolución tropezó con una estrategia eficaz de movimiento de espermatozoides, se mantuvo firme.


Controles de la vía molecular Esperma El movimiento es compartido entre corales, erizos de mar e incluso humanos, según una investigación de un equipo de la Facultad de Artes y Ciencias de Pensilvania. El mecanismo está regulado por un sensor de pH que indica cuándo los espermatozoides comienzan a nadar. El trabajo, dirigido por Kelsey Speer, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Katie Parrott en el Departamento de Biología, aparece en la revista. procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

El cambio climático, que está haciendo que los océanos no solo sean más cálidos sino también más ácidos, y las perturbaciones localizadas, como la sedimentación, pueden amenazar el proceso.

«Cuando comenzamos este proyecto, nadie que sepamos había examinado el mecanismo que controla la motilidad de los espermatozoides de coral», dice Speer, el primer autor del estudio. «Estábamos realmente interesados ​​en lo que impulsa este proceso en el océano, porque eso es parte de su ciclo de vida muy vulnerable».

«Hay mucha diversidad en los espermatozoides entre especies, por lo que encontrar esta vía tan conservada como estaba, fue sorprendente», agrega Parrott, autor principal del artículo de investigación. «Creo que este trabajo destaca lo importante que es regular esta función. Los animales dependen de estas vías para funcionar a fin de formar la próxima generación. Si los espermatozoides no funcionan, ese es el final».

Los espermatozoides tienden a ser muy sensibles y muy sensibles a su entorno. ¿Muy caluroso? Los machos no producen esperma. ¿Demasiado ácido? Los espermatozoides no nadan. Los espermatozoides de coral tienen muchas probabilidades en su contra. Las criaturas hermafroditas solo se reproducen unas pocas noches al año, con el momento de la luna nueva. Liberan tanto óvulos como espermatozoides en el océano abierto, donde los espermatozoides deben nadar a través de la columna de agua, esperando una combinación fructífera.

De los corales a los humanos, un catalizador común para la activación de los espermatozoides

Para capturar esperma para su estudio, los biólogos de Pensilvania llevaron a cabo un cuidadoso trabajo de campo en Kaneohe Bay, Hawái, donde el coral Montepura capitata desova solo unas pocas noches al año. Crédito: Katie Parrott

A diferencia de los espermatozoides de coral, que se han estudiado poco, los erizos de mar sirven como organismo modelo para estudiar los espermatozoides. Pero a pesar de su apariencia, los erizos de mar están más relacionados con los humanos que con los corales, y la cascada de señalización responsable de mover sus espermatozoides es muy similar a la de los vertebrados. Por lo tanto, el equipo de Penn tenía curiosidad por ver cómo se compara la regulación de la motilidad de los espermatozoides en los corales.

Comenzaron con evidencia de que los corales podrían tener un mecanismo similar.

«Hay una enzima sensora de pH realmente antigua que nuestro laboratorio ha estado estudiando durante un tiempo y que ha estado en los corales», dice Speer. «Está en el esperma humano y está en el esperma de erizo de mar y nos preguntamos, ‘Oye, también está en el esperma de coral'». ¿Qué puede controlar? «

Para averiguarlo, los investigadores esperaron hasta una noche de luna nueva en Kaneohe Bay, Hawaii, para recolectar paquetes de esperma de los óvulos liberados por el coral Montepura capitata. Rápidamente, llevaron el esperma a un laboratorio y lo mantuvieron en agua de mar sin sodio. «Lo que hace es que bloquea todas estas vías de señalización para que no funcionen, por lo que se congela en un estado estable», dice Parrott. «Luego, agrega una sustancia química para elevar artificialmente el pH, y los espermatozoides comienzan a nadar de inmediato».

Tras esta activación, los investigadores pudieron monitorear la actividad de la enzima en cuestión, la adenililtransferasa soluble (sAC) y el AMP cíclico, la molécula mensajera que produce, y al mismo tiempo rastrear qué tan bien se mueve el esperma. Sus experimentos confirmaron que la actividad de SAC era necesaria para que los espermatozoides naden. Cuando se bloqueó la enzima, los flagelos de los espermatozoides («colas») se movieron débilmente.

Al comparar la secuencia genética de M. capitata sAC con sAC de una especie de erizo de mar, Speer, Barrott y sus colegas observaron similitudes significativas, con aproximadamente el 50% de las secuencias siendo generalmente idénticas y las secuencias idénticas en sitios clave de la actividad catalítica de la enzima.

De los corales a los humanos, un catalizador común para la activación de los espermatozoides

El equipo de Penn etiquetó la enzima sAC en el esperma con una etiqueta verde fluorescente, lo que les permitió rastrear su actividad en el laboratorio. La secuencia genética que codifica SAC en coral tiene muchas similitudes con la enzima equivalente en erizos de mar y vertebrados. (Foto: crédito: Kelsey Spear

«Estudiamos conjuntos de datos publicados anteriormente que categorizan cada molécula de ARNm que puede convertirse en una proteína en estas células, para que podamos tener una idea del mecanismo molecular para regular la motilidad de los espermatozoides en estas especies», dice Parrott.

Curiosamente, M. capitata contenía varias formas diferentes de sAC, algunas muy similares a las versiones que se encuentran en los mamíferos. En el trabajo de seguimiento, el equipo espera explorar cómo funcionan estas diferentes formas en los corales, así como en otros organismos marinos modelo.

Al observar otros factores moleculares en las vías de activación de los espermatozoides iniciadas por SAC, los investigadores encontraron varios participantes erizos de mar Además de todas las demás especies de coral, son miembros del filo Cnidario.

«Si piensas en la diferencia en el último ancestro común de los humanos y los cnidarios, eso fue hace mucho tiempo», dice Speer. «El hecho de que el núcleo de este mecanismo se haya conservado entre estos dos es realmente genial. Creo que habla del hecho de que es un sistema realmente bueno, por lo que nadie necesita reemplazarlo por algo mejor».

Con una imagen de referencia de la motilidad de los espermatozoides en los corales, el laboratorio de Parrott espera realizar experimentos adicionales que aborden la cuestión de cómo las condiciones ambientales cambiantes pueden alterar el éxito reproductivo de un organismo.

«Nosotros y los colegas que hemos estudiado este tipo de corales hemos observado diferencias significativas en la cantidad de espermatozoides que se vuelven móviles de un año a otro, y parece que el cambio climático, particularmente el estrés por calor, podría jugar un papel importante en la demolición». Movimiento de los espermatozoides, dice Barot. Ahora que tenemos este conjunto de herramientas, podemos hacerlo Cambio climático El tipo de experiencias y comprensión más sobre la dinámica de esta vía y cómo cambia en períodos de estrés «.


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más información:
Kelsey F. Speer et al, Los mecanismos moleculares de la motilidad de los espermatozoides se conservan en metazoos de ramificación temprana, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (2021). DOI: 10.1073 / pnas.2109993118

La frase: De los corales a los humanos, Sperm Common Stimulator (2021, 30 de noviembre) Recuperado el 30 de noviembre de 2021 de https://phys.org/news/2021-11-corals-humans-trigger-sperm-motion. lenguaje de programación

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