¿Qué sucede cuando un espermatozoide se encuentra con un óvulo? Un equipo de investigación ha hecho visible esta dinámica por primera vez. Las simulaciones muestran cómo las dos células germinales entran en contacto, se fusionan y rechazan más espermatozoides. De esta manera, los iones de zinc se liberan después de la fertilización, lo que significa que una proteína en la superficie del espermatozoide cambia y ya no puede unirse a la superficie del óvulo. Con el conocimiento de estos mecanismos moleculares, ahora se podrían desarrollar nuevos fármacos para tratar o prevenir la infertilidad.
Durante la fertilización, un espermatozoide ingresa a un óvulo. Este proceso aparentemente simple es muy complejo y dinámico a nivel molecular. Hasta ahora ningún microscopio ha podido visualizar las innumerables interacciones que se producen entre las proteínas implicadas en las dos células germinales humanas. Estos pequeños movimientos no pueden reconocerse claramente ni siquiera a partir de estructuras cristalinas de proteínas o experimentos de laboratorio. Hasta ahora, no está claro qué desencadena exactamente el proceso de fertilización y qué sucede poco antes y después de la fusión del espermatozoide y el óvulo.
El contacto con las proteínas abre el camino
Un equipo de investigación dirigido por Paulina Pacak del Instituto Federal de Tecnología de Zurich ha hecho visible por primera vez la dinámica de estos procesos. Para ello, los investigadores utilizaron simulaciones por ordenador en un ordenador de alto rendimiento. Específicamente, simularon interacciones entre la proteína Juno, que se encuentra en el óvulo femenino, y la proteína Izumo1 en la superficie del esperma masculino. Estas proteínas crean la primera conexión física entre las dos células germinales. Para crear un entorno realista en el experimento por ordenador, los investigadores primero simularon las dos proteínas en una solución acuosa, en la que las proteínas se comportan de forma diferente que sin interacciones con moléculas de agua.
«Las simulaciones proporcionan una imagen más detallada de la dinámica de las interacciones», dice la autora principal Viola Vogel de ETH Zurich. Los análisis mostraron que el complejo Juno-Izumo1 está estabilizado por hasta 35 puntos de contacto de corta duración entre las dos proteínas, cada uno de los cuales dura menos de 50 nanosegundos. Esto permitió a los investigadores mostrar cómo se establece el contacto entre el esperma y el óvulo necesario para la fertilización. Este contacto puede estar respaldado por folatos y ácidos fólicos, que se unen a la proteína Juno. Las simulaciones mostraron que el folato puede ingresar al sitio de unión de Juno sólo si Juno también está unida a Izumo1.
Iones de zinc como “eliminar”
Pacak y sus colegas examinaron luego cómo estos enlaces de proteínas se desestabilizan nuevamente después de la fusión. Los iones de zinc (Zn2+) desempeñan un papel importante y, como han demostrado las simulaciones, se liberan del óvulo poco después de la fecundación. Si estos iones están presentes, Izumo1 se pliega en una especie de forma de boomerang. Como resultado, Izumo1 ya no puede unirse a la proteína Juno y se desprende nuevamente, dejando espacio para una mayor fusión de células germinales. Al mismo tiempo, el óvulo impide la penetración de más espermatozoides y el consiguiente desarrollo no deseado, como informan los investigadores.
Los investigadores escriben que las simulaciones lograron revelar importantes secretos de la fertilización. Los hallazgos no sólo son de interés fundamental para la biología estructural, sino que también proporcionan enfoques detallados para el desarrollo de nuevos fármacos, afirman Pacak y sus colegas. Por tanto, la interacción decodificada de las proteínas Juno e Izumo1 podría revelar nuevas formas de desarrollar anticonceptivos no hormonales, tratar la infertilidad y mejorar la tecnología de fertilización in vitro.
Fuente: Paulina Pacak (ETH Zurich) et al., Scientific Reports, doi: 10.1038/s41598-023-46835-0
