La fusión de un espermatozoide con un óvulo es el primer paso en el proceso que conduce a nuevos individuos en especies de reproducción sexual. Por fundamental que sea este proceso, los científicos recién ahora comienzan a comprender las complejidades de cómo funciona.
en un artículo publicado en PLOS Biología , los investigadores han descrito la estructura detallada de las proteínas que permiten la fusión de espermatozoides y óvulos en dos especies diferentes: una planta con flores y un protozoo. Los investigadores esperan que revelar el proceso en estas especies y sus parientes podría acercar a los científicos un paso más hacia la comprensióna través de especies sexuales, incluidos los humanos y otros vertebrados.
"Me sorprende que todavía no sepamos cómo un espermatozoide humano se fusiona con un óvulo humano", dijo Mark Johnson, profesor asociado de biología en la Universidad de Brown y coautor del estudio. "Una de las cosas que nosotrosEsperamos que este documento establezca una firma estructural para las proteínas que hacen que la fusión de gametos funcione en estas especies para que podamos buscarla en especies donde aún se desconocen esos mecanismos de proteínas ".
Johnson ha estado trabajando durante años para comprender la fusión de gametos esperma y óvulo. A principios de la década de 2000, identificó una proteína en la membrana espermática de las especies de plantas con flores Arabidopsis thaliana que parecía tener cierta influencia en el proceso de fusión de gametos en esa especie. Su trabajo demostró que una mutación en el gen que produce la proteína, conocida como HAP2, hace que los espermatozoides no puedan fusionarse con el Arabidopsis huevo
Unos años más tarde, Kristin Beale, una estudiante graduada de Brown que trabajaba con Johnson, predijo que HAP2 estaba relacionado con la proteína que usan los virus para penetrar en las células huésped. Eso tiene sentido, dice Johnson, ya que tanto los espermatozoides como los virus necesitantener un mecanismo para insertarse en una membrana celular.
Desde esos descubrimientos iniciales, Johnson y otros investigadores han buscado secuencias genéticas similares a las de los genomas de otros organismos Arabidopsis HAP2. Han encontrado secuencias similares en una amplia variedad de eucariotas organismos cuyas células tienen un núcleo discreto - muchas especies de plantas, algas, insectos y algunos animales. Sin embargo, estaba notablemente ausente en los vertebrados, incluidos los humanos.
Johnson dice que es posible que los vertebrados tengan una proteína similar a HAP2, pero su secuencia genética puede haber cambiado tanto a lo largo de la historia evolutiva que es difícil para los investigadores detectarla por secuencia sola. Entonces, en lugar de buscar genes que producenla proteína, podría ser mejor observar la estructura de las proteínas en sí mismas, para buscar proteínas de vertebrados que sean estructuralmente similares a las de las proteínas HAP2 que ya se han identificado, pero eso requiere que se resuelvan las estructuras de las proteínas HAP2 conocidasen detalle, que es lo que Johnson y sus colegas se propusieron hacer con este último estudio.
El laboratorio de Johnson trabajó con el laboratorio de Felix Rey, en el Institut Pasteur en París, donde la estudiante graduada Juliette Fedry resolvió las estructuras de las proteínas HAP2 de dos especies de eucariotas distantes: Arabidopsis y Trypanosoma cruzi , un parásito protozoario. Para resolver las estructuras, el equipo de París utilizó una técnica llamada cristalografía de rayos X, que consiste en cristalizar las proteínas y luego observar cómo los cristales dispersan los rayos X. La estructura de la proteína se puede observar desdeel patrón de dispersión. El laboratorio de Rey se especializa en la técnica, particularmente para obtener imágenes de las proteínas de fusión viral que están relacionadas con HAP2.
Jennifer Forcina, una estudiante graduada en el laboratorio de Johnson, aprovechó los nuevos datos estructurales para determinar cómo HAP2 impulsa la fertilización en las plantas con flores, definiendo los aminoácidos en la punta de la proteína que se inserta en la membrana del huevo.
El estudio encontró que si bien la estructura básica de las proteínas HAP2 de las dos especies era muy similar, habían evolucionado para ser diferentes en áreas clave. Específicamente, las puntas de las proteínas, las partes que se cree que perforan primeromembrana de un óvulo: eran sustancialmente diferentes. Mientras que la planta que fluye HAP2 emplea una estructura helicoidal única en la punta, la versión protozoaria tiene tres pequeños bucles que se enganchan en la membrana objetivo. Mientras que las diferencias en los mecanismos de inserción entre las dos proteínas se desprendenNueva luz sobre cómo funciona HAP2, las similitudes entre los dos son importantes para buscar HAP2 en otros organismos, dice Johnson.
"En este punto tenemos dos tipos de organismos: aquellos para los cuales sabemos cómo funciona la fusión de gametos, y todos tienen HAP2, y organismos para los cuales no sabemos cómo funciona la fusión de gametos, ninguno de los cuales tieneHAP2 reconocible ", dijo Johnson." Ahora que sabemos lo que se conserva estructuralmente en estas dos proteínas que difieren en el nivel de secuencia, podemos pensar en buscar esas estructuras para buscar proteínas relacionadas en otras especies ".
Eso incluye a los humanos, dice Johnson. "Solo necesitamos obtener más estructuras para las proteínas humanas para poder buscar características estructurales comunes".
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Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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