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O esperma desempenha um papel crítico na criação de uma nova vida, fornecendo essencialmente metade do material genético necessário.
O sucesso desse processo depende da geração de um espermatozóide competente para o desenvolvimento, que geralmente é determinado pela forma. De fato, durante a fertilização in vitro, o esperma “mais bonito” é selecionado para fertilizar um óvulo.
No entanto, como essa forma ideal se traduz em função espermática adequada é difícil de avaliar devido a muitos fatores de confusão.
Pesquisadores da Universidade de Michigan estão agora investigando os detalhes em nível molecular da formação do esperma, com foco particular em como as anormalidades nesse processo podem levar à infertilidade do fator masculino.
Ao contrário de outras células do corpo, o esperma possui uma característica única – seu material genético é embalado com proteínas chamadas protaminas.
As protaminas foram encontradas em vários organismos vivos, como plantas, peixes e mamíferos, abrangendo centenas de milhões de anos de evolução.
O significado desse sistema de empacotamento de células espermáticas baseado em protamina levanta uma questão intrigante: por que o esperma usa protaminas para empacotar DNA em vez de histonas, que são empregadas por todos os outros tipos de células?
Para descobrir a importância das protaminas na reprodução, Saher Sue Hammoud, Ph.D., Sy Redding, Ph.D., Lindsay Moritz, Ph.D., Samantha Schon, MD, e sua equipe conduziram um estudo aprofundado da composição da sequência molecular de protaminas para entender como as variações no efeito da proteína funcionam.
“Começamos a olhar para as protaminas porque elas estão em muitas espécies animais e também estão evoluindo rapidamente, então há muita variação de sequência”, disse Hammoud, professor associado de genética humana, obstetrícia, ginecologia e urologia.
A maioria dos mamíferos tem vários tipos de protaminas e estas precisam ser mantidas em proporções bem definidas, e desvios nesta proporção têm sido associados à infertilidade.
A sabedoria convencional diz que as protaminas são particularmente eficientes em empacotar firmemente o DNA em estruturas densas chamadas cromatina porque são ricas em arginina, um aminoácido carregado positivamente que se liga fortemente ao DNA carregado negativamente.
No entanto, estudos recentes mostraram que as protaminas também possuem aminoácidos não arginina que são espécies específicas e têm modificações pós-traducionais inesperadas, que alteram quimicamente as proteínas depois de serem produzidas.
Este estudo, publicado na revista Natureza Biologia Molecular e Estruturalexplora características anteriormente não reconhecidas de protaminas.
“As moléculas que interagem e empacotam o DNA são conhecidas por terem características carregadas positivamente. O que é realmente bonito sobre este trabalho é que ele revela outra lógica embutida nessas proteínas que nunca consideramos, outros aminoácidos que estão fazendo trabalhos muito importantes também”, disse. disse Redding, professor assistente de bioquímica e biotecnologia molecular na Chan Medical School da Universidade de Massachusetts.
Além disso, o que foi intrigante foi a presença de modificações pós-traducionais nas protaminas, apesar do fato de os espermatozóides não serem transcricionalmente ativos.
“O fato de as protaminas terem todas essas modificações diferentes sugere que essas modificações devem ter alguma função no empacotamento da cromatina”, disse Moritz, pós-doutorando no Hammoud Lab e co-autor do artigo.
Usando camundongos, eles analisaram um resíduo de lisina modificado específico para uma protamina de camundongo e presente em espermatozóides maduros de camundongos. A substituição da lisina por um aminoácido alanina (que não pode ser modificado) resultou em espermatozóides com formato anormal, desenvolvimento embrionário prejudicado e fertilidade reduzida.
O mais surpreendente foi que a substituição da lisina por uma arginina carregada positivamente não corrigiu a embalagem defeituosa do esperma, o que significa que as interações vão além da carga da molécula.
A infertilidade por fator masculino muitas vezes carece de uma causa clara, o que destaca a importância de estudar essas modificações.
Schon observou, professor assistente no Departamento de Obstetrícia e Ginecologia da UM e co-primeiro autor do artigo: “Acho que essas modificações são interessantes como outra via de pesquisa e identificação da causa da infertilidade, e o fato de que pode desempenhar um papel no embrião inicial tem enorme importância como ferramenta de diagnóstico potencial e pós-fertilização para fertilização in vitro.”
A equipe espera examinar os mecanismos de empacotamento de células espermáticas com mais detalhes na esperança de recriar o processo completamente in vitro.
Autores adicionais: Mashiat Rabbani, Yi Sheng, Ritvija Agrawal, Juniper Glass-Klaiber, Caleb Sultan, Jeannie M Camarillo, Jourdan Clements, Michael R Baldwin, Adam G Diehl, Alan P Boyle, Patrick J O’Brien, Kaushik Ragunathan, Yueh- Chiang Hu, Neil L Kelleher, Jayakrishnan Nandakumar, Jun Z Li, Kyle E Orwig
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