Proteínas CRISP y su papel en el desarrollo de espermatozoides y embriones

Cuando los Espermatozoides de mamíferos salen de los testículos, no pueden fertilizar un óvulo de inmediato. Tienen que pasar por dos etapas principales para adquirir la capacidad de fertilizar. Primero, recorren un tubo llamado epidídimo, donde maduran y se almacenan en un lugar seguro. Este ambiente les ayuda a desarrollar la habilidad para fertilizar óvulos. Después de esto, los espermatozoides pasan por otro cambio llamado capacitación mientras se mueven a través del tracto reproductivo femenino. Este cambio es necesario para que puedan penetrar y fertilizar un óvulo.

Una vez que los espermatozoides llegan a la trompa de Falopio, donde ocurre la Fertilización, deben atravesar las capas que rodean al óvulo. Esto implica superar el cúmulo ovarico y la zona pelúcida (ZP) antes de poder fusionarse con la superficie del óvulo. Cuando esto sucede, se forma un cigoto unicelular, que luego comienza su camino de desarrollo hacia un organismo multicelular. Aunque sabemos mucho sobre cómo maduran los espermatozoides tras salir de los testículos, todavía tenemos muchas preguntas sobre cómo su tiempo en el epidídimo afecta el desarrollo del embrión.

#El Epidídimo y la Maduración de los Espermatozoides

El epidídimo es la principal área donde los espermatozoides maduran. Tiene un tipo especial de tejido que ayuda con el transporte de iones, la formación de proteínas y la secreción de diversas sustancias. Entre estas proteínas secretadas están las proteínas CRISP, que se encuentran principalmente en el área reproductiva masculina. En mamíferos, se han identificado cuatro proteínas CRISP, y ayudan a los espermatozoides mientras atraviesan los tractos reproductivos masculino y femenino.

Las proteínas CRISP tienen una estructura única que consiste en varios residuos de cisteína conservados y dos dominios funcionales. La parte N-terminal de las proteínas CRISP ayuda con las interacciones entre células y está involucrada en varios procesos, mientras que la parte C-terminal regula los canales iónicos. Se ha encontrado que estas proteínas desempeñan roles esenciales en la maduración de los espermatozoides, la capacitación y la fertilización.

#Rol de las Proteínas CRISP en la Fertilización

CRISP2 se produce en los testículos, mientras que otras, como CRISP1, se producen en el epidídimo y dependen de hormonas masculinas. Se sabe que CRISP1 previene la fertilización prematura al inhibir un canal de Calcio crucial llamado CatSper, que es vital para la función del esperma. Además, CRISP1 ayuda a los espermatozoides a interactuar con la zona pelúcida y fusionarse con el óvulo. CRISP4 es similar a CRISP1 en que también se produce en el epidídimo y ayuda durante la maduración del espermatozoide y el proceso de fertilización. CRISP3 tiene una distribución más amplia y se encuentra en muchas áreas, incluidas glándulas que ayudan con funciones inmunitarias.

Aunque vemos que las proteínas CRISP son esenciales para la fertilización, estudios en ratones machos que carecen de proteínas CRISP individuales muestran que aún pueden producir descendencia. Esto sugiere que otras proteínas CRISP podrían compensar la falta de una. Sin embargo, cuando se alteran múltiples genes CRISP, puede impactar significativamente la fertilidad.

Investigaciones en ratones machos que carecen tanto de CRISP1 como de CRISP3 muestran que, aunque todavía pueden fertilizar óvulos con éxito, el desarrollo subsiguiente de los Embriones se ve afectado. Los embriones no alcanzan la etapa de blastocisto, lo que indica que pueden ocurrir defectos en el desarrollo temprano del embrión incluso si la fertilización en sí es exitosa. Además, estos ratones tenían espermatozoides que tenían dificultades para moverse adecuadamente en el tracto reproductivo femenino, lo que dificultaba aún más la supervivencia del esperma y su llegada al óvulo.

#Investigando el Desarrollo Temprano del Embrión

Al estudiar cómo la ausencia de CRISP1 y CRISP3 afecta el desarrollo del embrión, los investigadores querían ver si los problemas provenían de un retraso en la fertilización. Para comprobarlo, observaron cómo se movían los espermatozoides a través del tracto reproductivo femenino poco después de la cópula. Se encontró que los espermatozoides mutantes podían llegar al oviducto de manera eficiente, igual que los espermatozoides de control, lo que sugiere que los problemas en el desarrollo temprano del embrión no se debían a problemas de transporte del esperma.

A pesar de que no había problemas con el espermatozoide en llegar al sitio de fertilización, los embriones resultantes tenían una tasa de éxito más baja en desarrollar más allá de la etapa de dos células. Este hallazgo llevó a la conclusión de que factores más allá de un simple retraso en la fertilización estaban causando los problemas en el desarrollo temprano del embrión.

#Técnicas de Recolección de Espermatozoides e Inseminación

Para explorar más a fondo los defectos en el desarrollo temprano, los científicos inseminaron directamente espermatozoides epididimarios mutantes y de control en el tracto reproductivo femenino. A pesar de las tasas normales de fertilización, los porcentajes de embriones que alcanzaron la etapa de blastocisto a partir de espermatozoides mutantes fueron más bajos. Esto muestra que los problemas en el desarrollo del embrión existían en el esperma mutante antes de que alguna vez hiciera contacto con el óvulo.

También se realizaron estudios de fertilización in vitro (FIV). Cuando los espermatozoides se mezclaron con óvulos despojados de sus capas externas protectoras, las tasas de fertilización para los espermatozoides mutantes todavía eran más bajas. Esto sugiere que la incapacidad para desarrollarse en un blastocisto estaba relacionada con factores diferentes a la capacidad del esperma para penetrar el recubrimiento del óvulo.

#Investigando los Eventos de Fertilización Temprana

Para comprender mejor los mecanismos que afectan el desarrollo del embrión, los investigadores analizaron el ADN de los óvulos fertilizados. Los óvulos fertilizados por espermatozoides mutantes mostraron que muchos aún estaban en un estado conocido como Metafase II, lo que indica que había problemas con la reanudación de la meiosis después de la fertilización. Esto significa que los óvulos fertilizados estaban retrasados en avanzar a través de las primeras etapas del desarrollo.

Al monitorear los niveles de calcio en los óvulos después de la fertilización, no se encontraron diferencias entre los espermatozoides de control y los mutantes en cuanto a los patrones de oscilaciones de calcio. Esto indicó que los problemas observados con los espermatozoides mutantes no se debían a problemas con la dinámica del calcio durante el proceso de activación del óvulo.

#Analizando la Integridad del ADN en los Espermatozoides

Dado que los fracasos en el desarrollo del embrión también pueden surgir de ADN dañado, los investigadores examinaron los niveles de fragmentación del ADN en los espermatozoides mutantes. Encontraron que los espermatozoides mutantes mostraban niveles considerablemente más altos de fragmentación del ADN en comparación con los espermatozoides de control. Esto sugiere que el daño en el ADN en los espermatozoides podría llevar a problemas en los procesos de fertilización y desarrollo temprano.

Se ha notado un vínculo entre la alta fragmentación del ADN en los espermatozoides y el desarrollo embrionario fallido en varios estudios. Los espermatozoides con ADN dañado aún pueden fertilizar un óvulo, pero el embrión resultante a menudo tiene dificultades para desarrollarse normalmente.

#El Rol del Calcio en la Función del Espermatozoide

Los investigadores consideraron cómo la ausencia de CRISP1 y CRISP3 podría llevar a niveles más altos de fragmentación del ADN en los espermatozoides. Dado que estas proteínas no se producen en los testículos, pero desempeñan roles en el epidídimo, es probable que se estuvieran produciendo defectos allí. El aumento del daño en el ADN en los espermatozoides mutantes sugiere que estas proteínas podrían ser necesarias para mantener la integridad del ADN del espermatozoide durante su paso por el epidídimo.

Además, informes han indicado que la exposición a ciertos cationes podría inducir fragmentación del ADN en los espermatozoides. Por lo tanto, los niveles más altos de calcio en los espermatozoides mutantes podrían contribuir a la descomposición de su ADN, aumentando la probabilidad de problemas en el desarrollo embrionario más adelante.

#Importancia de los Hallazgos

En general, este cuerpo de investigación apoya la idea de que el epidídimo hace más que solo ayudar a los espermatozoides a adquirir la capacidad de fertilizar. Contribuye significativamente al desarrollo temprano del embrión. La presencia de las proteínas CRISP1 y CRISP3 en el epidídimo parece ser esencial para mantener la integridad del ADN del esperma, influyendo en el éxito del desarrollo temprano del embrión.

Estos hallazgos tienen implicaciones para comprender la infertilidad humana también. Dado que los humanos tienen proteínas CRISP comparables, es posible que también desempeñen un papel en los resultados reproductivos. La incidencia de fragmentación del ADN de los espermatozoides se asocia con varios problemas de infertilidad masculina, destacando la relevancia de estas proteínas y sus efectos en el desarrollo embrionario.

#Conclusión

Esta investigación arroja luz sobre la compleja relación entre la función del esperma y el desarrollo del embrión. Destaca la importancia de los factores presentes en el epidídimo, particularmente las proteínas CRISP, que juegan un papel en mantener la calidad del esperma y apoyar resultados embrionarios tempranos saludables. Comprender estos mecanismos contribuirá a mejores enfoques para diagnosticar y tratar la infertilidad en humanos.