Las claves de la fecundación

La Ciencia avanza gracias a la obstinada contribución que dedican con su esfuerzo, los hombres y mujeres que la componen. Y en todo ese trabajo, en la experimentación que día a día se elabora, debemos destacar a nuestros compañeros de viaje más desinteresados, los modelos con quienes trabajamos. En el Dpto. de Reproducción Animal del Instituto Nacional de Investigación Agraria y Alimentaria (INIA) y en concreto en el laboratorio de Embriología Molecular saben muy bien lo que es trabajar con estos modelos, concretamente modelos animales aplicados a campos muy interesantes, Biología del Desarrollo y la Reproducción y la generación de animales transgénicos para el estudio de patologías humanas y animales. El grupo formado en los años 90 ha contribuido  sustancialmente a la Ciencia en España. Y es de subrayar esta labor por una cosa muy simple, han conseguido importantes publicaciones (sendos artículos en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences [1-3] con los precarios medios que la Ciencia española dota a sus científicos. Vaya por delante mi sincera admiración a todos los integrantes de este completísimo equipo, en donde día a día desde los técnicos del animalario hasta, desde luego, el responsable del equipo hacen de su trabajo una verdadera vocación.

Sin embargo cabe destacar de entre todos sus logros un estudio en el que se abre una vía de investigación muy poco explotada en España, la selección espermática in vivo. El estudio desarrollado por los Dres. Pérez Crespo y Hourcade analiza en importante papel del entorno uterino en el éxito de los espermatozoides durante la fecundación.

El espermatozoide, ese gran desconocido.

Así se puede describir a esta célula a la que atribuimos la única y, aparente simple función de transportar la carga genética necesaria para dar lugar a un nuevo individuo. Dentro de la sencillez estructural, el espermatozoide y concretamente el murino se encuentra constituido por el núcleo donde el ADN se organiza de una forma extremadamente compacta [3] gracias al aporte estructural de dos tipos de proteínas básicas, histonas y protaminas. Estas proteínas juegan el importantísimo papel de condensar el material genético. Para que se puedan hacer una idea la dotación genética de una célula somática [4] apenas ocupa un 5% de su volumen total, mientras que en el espermatozoide este volumen asciende a un 90% (¡y eso que es la mitad de la dotación genética de una célula somática! (dotación haploide)).

Abundando en esta larga célula (su largo flagelo puede llegar a medir hasta 200 µm) contiene una importante vesícula que en el momento apropiado vierte su contenido facilitando la fecundación del ovocito (ver grafico). A partir de ese momento, se desencadena uno de los eventos que biológicamente presenta mayor belleza, la fusión de dos células para dar lugar a un nuevo individuo. Sin embargo muchos han sido los obstáculos que se han debido sobrepasar para llegar a ese momento.

El entorno uterino, un campo de batalla.

Los Dres. Pérez Crespo y Hourcade tuvieron que estar atentos al momento en el que las hembras de ratón eran cubiertas por los machos seleccionados, pues en apenas 2 horas los espermatozoides son capaces de atravesar los 2 centímetros de trayecto que distan entre el lugar donde son depositados (cérvix) y el lugar de fecundación (aquí se puede ver un ejemplo del movimiento del espermatozoide murino. La experiencia en la selección de las hembras en disposición reproductiva (etapa de estro) facilitaba esta tarea. Hábiles manos para conseguir aislar las poblaciones de las diferentes regiones uterinas en las que se dividió el viaje de estos espermatozoides.

Los investigadores comprobaron, mediante técnicas de análisis de ADN que aquellos espermatozoides que se quedaban en el camino portaban un material genético más dañado que los que conseguían llegar a fecundar.

Para abundar en este hecho, utilizando técnicas de fecundación  in vitro consiguieron “despegar” los espermatozoides anclados al ovocito y analizar su ADN. Se confirmaba que el material genético de aquellos anclados al ovocito era mejor que los que no habían conseguido anclar.

Si esto ocurría con machos sanos, y por tratar de extrapolar a situaciones patológicas, ¿Qué ocurriría con machos sometidos a radiación (imitando a enfermos de cáncer sometidos a radioterapia) o cuyos testículos habían sido sometidos a un estrés térmico (imitando la compresión testicular de determinadas prendas). El hallazgo fue magnífico. Existía una disminución del número de espermatozoides que llegaban a la zona de fecundación pero, poblacionalmente eran los que mejor ADN portaban.

Incluso, las hembras que habían sido cubiertas por machos simulando las diferentes patologías mostraban un descenso de la capacidad reproductiva, obteniéndose camadas menos prolíficas. En efecto, no sólo el descenso de espermatozoides era la causa de este comportamiento. El daño portado por los espermatozoides, aun siendo muy bajo para aquellos que lograban llegar a la zona de fecundación demostraba que no estaban exentos de portar modificaciones que a nivel embrionario pudiesen no pudiesen ser reparadas y por tanto dar lugar a muerte embrionaria. En definitiva, se constataba un descenso de la natalidad.

El estudio contiene otros experimentos que dan cuenta de la importancia que tiene no solo el útero sino también la zona pelúcida del ovocito en permitir la entrada del espermatozoide adecuado. En ese sentido, la ruptura de esta barrera de selección mediante la utilización de técnicas de reproducción asistida, como ICSI (inyección intracitoplasmática de espermatozoides) permitía comprobar que de seleccionar el espermatozoide inadecuado para tal inyección, la tasa de éxito reproductiva descendía de un 96% al 67% en el caso de esperma procedente de machos sanos. En el caso de situaciones patológicas, este porcentaje se hacía mucho más pequeño.

Sin intención de extrapolar el modelo, los investigadores sólo tratan de dar una pista sobre las vías sobre las cuales el espermatozoide cursa hasta llegar a fecundar. La existencia de obstáculos que de existir naturalmente tienen un sentido y de cómo tratar de vencerlos es echar un pulso a la Naturaleza, en donde a veces las cosas salen bien y otras veces no tanto. En cualquiera de los casos, abre una vía de estudio muy interesante para tratar de comprender la fisiología del espermatozoide y buscar nuevas aplicaciones reproductivas.

Nota: para la realización de este reportaje se han consultado como fuente primaria el artículo:

Reprod Biol Endocrinol. 2010 Jan 31; 8:9.

Selection against spermatozoa with fragmented DNA after postovulatory mating depends on the type of damage.

Hourcade JD, Pérez-Crespo M, Fernández-González R, Pintado B, Gutiérrez-Adán A.

Reportaje publicado para la asignatura Periodismo Científico en Internet, del Máster de Periodismo Cientifico y Comunicación Científica de la UNED.Pueden acceder a este mismo contenido en el Blog El Ciencionalista. http://ciencionalista.blogspot.com.es/

Referencias:

1] Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 Feb 23;107(8):3394-9. Epub 2010 Feb 4.

Sex determines the expression level of one third of the actively expressed genes in bovine blastocysts.

Bermejo-Alvarez P, Rizos D, Rath D, Lonergan P, Gutierrez-Adan A.

[2] Proc Natl Acad Sci U S A. 2004 Apr 20;101(16):5880-5. Epub 2004 Apr 12.

Long-term effect of in vitro culture of mouse embryos with serum on mRNA expression of imprinting genes, development, and behavior.

Fernández-Gonzalez R, Moreira P, Bilbao A, Jiménez A, Pérez-Crespo M, Ramírez MA, Rodríguez De Fonseca F, Pintado B, Gutiérrez-Adán A.

[3] Biol Reprod. 1991 Apr;44(4):569-74.

DNA packaging and organization in mammalian spermatozoa: comparison with somatic cells.

Ward WS, Coffey DS.

[4] Célula somática, cualquier célula del cuerpo exceptuando las reproductoras

Artículo publicado para el máster de la UNED de Periodismo Científico y Comunicación Científica