El rol de la proteína Bravucona en la reproducción de vertebrados

El rol de la proteína Bravucona en la reproducción de vertebrados

Basado en el artículo: The Ly6/uPAR protein bouncer is necessary and sufficient for species specific fertilization, DOI:  10.1126/science.aat7113

Autor: Diego Castro1

1 Ingeniero en Biotecnología con una concentración en Ing. de Bioprocesos por el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey.

Resumen: Se sabe muy poco acerca de los mecanismos precisos que intervienen durante el proceso de fertilización llevado a cabo durante la reproducción sexual, hasta el momento, las únicas proteínas que se sabe que juegan un rol en la unión de óvulos o espermatozoides son JUNO e IZUMO1. En esta investigación, se determinó que una proteína expresada en los óvulos de los peces cebra (con homólogos en otros vertebrados) llamada, proteína “bravucona” es muy importante durante el proceso de fertilización de los huevos del pez cebra, además, por si sola es capaz de impedir que los huevos de este pez sean fecundados por peces de otras especies. Una variedad de técnicas de biología molecular fueron utilizadas para este propósito.

Antecedentes

La fertilización es el proceso en el cual los gametos, es decir las células sexuales, se funden para dar lugar a una nueva célula, la cual contiene información genética proveniente de cada uno de los progenitores. Este proceso es altamente eficiente y ha sido depurado a lo largo de la historia evolutiva de muchas especies, además, se sabe que de alguna manera, existen mecanismos que impiden que los gametos de especies muy distintas lleven a cabo el proceso de fertilización.

Las proteínas juegan un rol  fundamental en la mayoría de los procesos llevados a cabo por organismos vivos, ya que, además de tener una función estructural (somos proteínas), hormonal, y tantas otras, las enzimas (un tipo de proteínas) son las pequeñas fábricas que hacen posible (catalizan) la gran mayoría de las reacciones químicas que suceden en un organismo. Las proteínas son largas cadenas de moléculas llamadas aminoácidos, dichas cadenas son producidas a partir de las instrucciones presentes en el ADN de un ser vivo, las cuales se encuentran codificadas en forma de “genes”. que pueden tener tamaños diversos. Se sabe que existen proteínas incrustadas en las membranas celulares, incluidos los gametos, las cuales podrían tener algo que ver con el proceso de fertilización. Se conocen muy pocas proteínas relacionadas con estos procesos en vertebrados.

Desarrollo

Para determinar la existencia de de otras proteínas que pudieran ejercer un papel durante el proceso de fertilización de los óvulos en vertebrados, el equipo que llevó a cabo un análisis para determinar cuáles son las proteínas que son producidas en mayor proporción en los ovocitos (células precursoras de los óvulos) y en los testículos, esto se llevó a cabo a través de un método predictivo. De este estudio, se observó que había una proteína, a la que posteriormente se le dió el nombre coloquial de “bravucona” o “bncr” que era producida en grandes cantidades en los ovocitos. Dado que no había antecedentes de trabajo con este gen y esta proteína, se tuvo que determinar cuál era el tamaño de ese gen, para ello se utilizaron técnicas como: secuenciación de ARN, hibridación in situ, perfil de ribosomas y análisis cap de la expresión de dicho gen. No hace falta conocer a detalle estas técnicas,  sino saber que nos permiten determinar el tamaño del gen, su ubicación entre otros genes, el lugar a partir del cual inia y su nivel de expresión (la velocidad con la que la información que ese gen contiene, es utilizada para generar nuevas proteínas), de igual manera, se determinó que esta proteína solo tiene presencia en los ovocitos (hembra) y no en los espermatozoides, estando incrustada en la membrana celular del ovocito.

Mediante análisis posteriores, se determinó que esta proteína pertenece a la superfamilia Ly6/uPAR, una familia muy heterogénea. Además, se determinó que este gen tiene un homólogo en mamíferos, reptiles y anfibios, llamado SPACA4, cuya función in vivo es desconocida. Lo anterior provocó que el equipo buscara determinar el rol que juega el gen bravucón. Para ello, el equipo modificó genéticamente algunos ejemplares del pez cebra, de manera que estos no produjeran la proteína bravucona, esto se llevó a cabo con machos y hembras. Posteriormente, se llevó a cabo el apareamiento entre ejemplares salvajes, y los que habían sido modificados (en adelante “bncr -/-”). Se descubrió que, cuando las hembras eran bncr -/-, la vasta mayoría de los embriones no se desarrollaban lo suficiente, mientras que ello no afectaba con los machos bncr-/-, lo cual es congruente debido a que esta proteína naturalmente no tiene presencia en los machos.

Una vez que se supo que la proteína bravucona es esencial para una fertilización exitosa, el equipo se preguntó ¿De qué manera interviene la proteína?¿Actúa como una señal de entrada para los espermatozoides, o su función es dejarlos entrar? Mediante un par de experimentos, se determinó que la proteína no tiene función señalizadora, y que su rol primordial es el de “abrir al puerta” para que los espermatozoides puedan entrar al ovulo. Esto se sabe debido a que los espermatozoides se acercan de manera similar al ovulo, aun los espermatozoides fallan, mientras que otros tienen éxito al intentar entrar a Óvulos que si tienen la proteína. Otro ensayo se llevó a cabo para determinar si la proteína bravucona interviene para impedir que los huevos fueran fecundados por especies distintas al pez cebra. Se observó que, al modificar genéticamente el huevo con CRISPR/cas9, inactivando al gen bravucón e insertando uno de otra especie, es posible lograr que otras especies distintas al pez cebra fertilicen los huevos, aún cuando los embriones puedan no sobrevivir.

Conclusión

Los resultados de esta investigación podrían ser tomados como una pauta para descubrir nuevos factores de fertilización, que, con el tiempo, podrían ser utilizados para tratar distintas condiciones humanas relacionadas con la fertilidad.

Referencias

Herverg, S., Gert, K., Schleiffer, A., Pauli, A. (2018).  The Ly6/uPAR protein bouncer is necessary and sufficient for species specific fertilization. Science, 361. 1029-1033. DOI 10.1126/science.aat7113

Lecturas adicionales

Guillén, V. (s.f.). Estructura y propiedades de las proteínas Universidad Veracruzana. https://www.uv.es/tunon/pdf_doc/proteinas_09.pdf

Hernandez, D., Rodriguez-Padilla,C. (2016). La revolución de CRISPR/Cas9. UANL. http://cienciauanl.uanl.mx/?p=5610

La proteina es bravucona porque es la encargada de “abrir la puerta” al espermatozoide, tal como los bravucones abren la puerta en los antros y bares.