El momento en que un espermatozoide deslizándose se impulsa de cabeza hacia un óvulo gelatinoso es un momento de cambio repentino. Dentro segundos a minutoscambios químicos en la membrana del huevo y abrigo exterior son promulgados para bloquear más espermatozoides que se adhiera al ovocito y entre en él.
También tiene lugar una serie de reacciones cuando el espermatozoide y el óvulo se reconocen químicamente hablando y luego comienzan a fusionar sus membranas. Pero a pesar de la importancia de estos delicados acontecimientos moleculares, sus detalles no se han resuelto por completo.
Un nuevo estudio realizado por investigadores de ETH Zurich y la Universidad Ludwig Maximilian de Munich en Suiza revela ahora las complejidades de un complejo proteico especial conocido por su papel crucial en el proceso de fertilización.
“Se suponía que la combinación de las dos proteínas [JUNO and IZUMO1] en un complejo inicia el proceso de reconocimiento y adhesión entre las células germinales, permitiendo así su fusión”, explica Paulina Pacak, bioinformática de ETH Zurich y primera autora del estudio.
Esta interacción de JUNO, que se encuentra en la membrana externa del óvulo femenino, e IZUMO1, que se encuentra en la superficie del espermatozoide masculino, es el primer vínculo físico conocido entre dos células sexuales que se fusionan recientemente.
Sin embargo, los esfuerzos para desarrollar pequeños inhibidores moleculares de la unión JUNO-IZUMO1, como posible anticonceptivo, no han dado mucho resultado, por lo que los investigadores sospechan que podría haber más interacciones moleculares de lo que sabemos.
Técnicas comúnmente utilizadas para descubrir la estructura de proteínas individuales y complejos de proteínas, como microscopía crioelectrónica y cristalografía de proteínastambién implican congelar rápidamente proteínas o cristalizarlas, lo que significa que solo producen una imagen estática de esas estructuras proteicas y no pueden capturar sus interacciones dinámicas.
Pero dentro de las células, las proteínas se fabrican constantemente y se pliegan para darles forma, flotando en una mezcla acuosa de citoplasmavincularse y separarse de sus socios y reciclarse.
Entonces Pacak y sus colegas utilizaron una supercomputadora suiza para simular las interacciones entre JUNO e IZUMO1 en el agua, pareciéndose así más a sus formas naturales en las células.
Cada simulación duró solo 200 nanosegundos cada una, pero mostraron que el complejo JUNO-IZUMO1 se estabiliza inicialmente por una serie de compuestos débiles y de corta duración. interacciones no covalentes entre las moléculas de proteínas.
Estos contactos duraron menos de 50 nanosegundos cada uno, y comprender qué sucede cuando son interrumpidos, ya sea por otras moléculas o por mutaciones, podría proporcionar información sobre los anticonceptivos y la infertilidad, según los investigadores. sugerir.
A continuación, Pacak y sus colegas simularon cómo los iones de zinc podrían desestabilizar los enlaces más duraderos que mantienen unido el complejo JUNO-IZUMO1.
Minutos después de que el espermatozoide y el óvulo se unen, el óvulo fertilizado libera una avalancha de átomos de zinc cargados que se cree que evitar que otros espermatozoides entren el huevo endureciendo su capa exterior.
Las simulaciones mostraron que la presencia de iones de zinc doblaba a IZUMO1 en forma de boomerang, por lo que ya no podía unirse firmemente a JUNO. Esto sugiere que la liberación de zinc del óvulo también podría dificultar la unión de los espermatozoides que se acercan.
Si bien se trata sólo de simulaciones por computadora basadas en secuencias y formas de proteínas, los hallazgos proporcionan una nueva mirada a los primeros momentos de la fertilización.
“Algo como esto sólo podemos descubrirlo con ayuda de simulaciones”, dice Viola Vogel, biofísica de ETH Zurich y autora principal.
“Los resultados que obtenemos de ellos difícilmente serían posibles basándose en las estructuras cristalinas estáticas de las proteínas”.
El estudio ha sido publicado en Informes científicos.