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Las protaminas 1 y 2, El secreto del esperma más veloz!

Al final de la fase haploide de la espermatogénesis, cada uno de estos gametos compactan su ADN en una proteínas que reemplazan a las histonas llamadas protaminas. En este artículo el grupo Grupo de Ecología y Biología de la Reproducción, Museo Nacional de Ciencias Naturales (CSIC) dirigido por el Dr. Eduardo Roldán demuestran que la velocidad de los espermatozoides está determinada por las protaminas 1 y 2.

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9 thoughts on “Las protaminas 1 y 2, El secreto del esperma más veloz!

  1. María José Pedraza Serrano

    Comentario académico

    En relación con el artículo, cabe destacar que a pesar de que está escrito de forma coherente y recopila los puntos más relevantes de la investigación, se presentó poca información, siendo esta a su vez muy general, a comparación de la que se encuentra en el artículo tomado como base, el cual se titula “Sexual selection on protamine and transition nuclear protein expression in mouse species”.

    Sin embargo, es de gran importancia resaltar que se hizo uso de un lenguaje apropiado, el cual se caracterizó por ser claro, conciso y sencillo a lo largo de todo el artículo. Así mismo, es posible afirmar que este tiene una estructura adecuada, debido a que el punto de partida consiste en un encabezado o título que resume el tópico a tratar, seguido de este se expone párrafo en el que se menciona brevemente el tema, el objetivo y la metodología de la investigación en la que se basó el artículo, y posteriormente se incluyen una serie de párrafos con información más detallada acerca de los resultados y conclusiones expuestos en el texto base, además de citas textuales que reflejan la opinión de los investigadores.

    También cabe mencionar que la información se relaciona y se complementa por medio de una gráfica que si bien puede llegar a ser entendida por el lector, le hacen falta algunos datos que la complementen y que expliquen el porqué de los cambios observados en cada una de las figuras. Por ejemplo, sería de gran ayuda para el lector la categorización de la forma de las cabezas de los espermatozoides según su relación Prm1 /Prm2.

    En conclusión, la forma y estructura del artículo es adecuada, así como el lenguaje utilizado en el mismo, pero sería recomendable hacer énfasis en el mecanismo de regulación de la expresión de cada una de las protaminas, con el fin de que el lector pueda diferenciar entre el papel que desempeña tanto la protamina 1 como la protamina 2 en las alteraciones de la morfología de la célula espermática. Además, sería de gran utilidad incluir otros aspectos mencionados en el artículo original, como por ejemplo el tipo de especie, la masa relativa de los testículos y las proteínas nucleares de transición (TNP1 y TNP2), que participan en etapas intermedias en la sustitución de histonas por protaminas; esto con el propósito de encontrar su relación y profundizar un poco más en la forma en que se obtuvieron los resultados de la investigación.

  2. Las protaminas son unas proteínas pequeñas que juegan un rol esencial en la espermatogénesis, pues, ellas en éste proceso son las encargadas de reemplazar a las histonas, comprimiendo el DNA de una manera diferencial que se cree resulta beneficiosa para el espermatozoide en el sentido de su efectividad en la fertilización. Entre los determinantes de la fertilización exitosa se encuentra la motilidad espermática.

    En el estudio realizado, de manera resaltable se encontró que existe una relación significativa entre la expresión relativa de protamina 2 (PRM2) y la forma de la cabeza del espermatozoide. La forma de la cabeza es uno de los factores que influye en la movilidad del espermatozoide y por ende en la efectividad de la fecundación. Finalmente, se concluyó que una reducción de la expresión PRM2 podría asociarse a la formación de una cabeza hidrodinámica que beneficie la motilidad espermática.

    Sería interesante en investigaciones posteriores desdeñar el mecanismo de regulación de éstos elementos en sus promotores ya que se encuentran asociados de alguna manera en su expresión, tener éste conocimiento facilitaría la comprensión y posible aplicación de éste descubrimiento. Durante el desarrollo se infiere sobre una relación entre éstos elementos, pero considero que sería importante el indagar sobre ésta mediante alguna técnica de análisis de interacción molecular ya que es posible que la relación sea ya no sólo a nivel de que posean un elemento regulador común sino como feedback de la expresión de una con otra.

    Igualmente, pienso que basar el argumento de que la PRM2 influye en la movilidad y por ende en la fertilidad evaluando la forma de la cabeza no es suficiente. Notemos que uno de los factores que influye en ésta es la movilidad y sólo un pequeño detalle que la afecta es la forma de la cabeza espermática, no se tienen en cuenta demás factores que pueden variar incluso entre especies. Un análisis de movilidad por ejemplo en cámara de Neubauer si se tiene la muestra disponible lo cual sería más objetivo para evaluar la motilidad y determinar si el desbalance de las protaminas o aumento de PRM2 es capaz de causar la astenozoospermia.

    Para concluir, el paper es capaz de presentar el tema de manera clara e hipotetiza el mecanismo de acción el cual ayudará a brindar unas buenas bases para posteriores estudios que permitan esta profundización mencionada.

  3. Camila Bernal Forigua.
    Comentario académico.

    Dentro del proceso de la espermatogénesis específicamente al finalizar la fase la meiosis, el gameto masculino debe compactar su ADN por medio de la asociación con unas proteínas denominadas protaminas; dichas proteínas en un momento específico del proceso son las que suplantan la función de las Histonas. Asimismo, la tarea de condensación de la cromatina mediada por las protaminas afecta directamente a la morfología del núcleo y la forma de la cabeza del espermatozoide, de hecho estos aspectos son factores determinantes para la fertilidad y la “competición espermática”.

    A partir del artículo “Sexual selection on protamine and transition nuclear protein expression in mouse species” se sabe que tanto las protaminas (PRM1 y PRM2) y proteínas nucleares de transición (TNP1 y TNP2) son necesarias para el éxito en la fecundación y el desarrollo óptimo del espermatozoide. Es por esto, que el artículo describe el estudio que incluyó el análisis de ocho especies del género Mus (roedores miomorfos), para evaluar la “competición espermática” basados tanto en análisis morfológicos de la cabeza del espermatozoide, como en la expresión relativa de las proteínas involucradas en el proceso de condensación de la cromatina espermática. Los resultados arrojados por el artículo concluyen que a menor expresión de PRM2 en comparación con PRM1 y proteínas de transición, existen especies con niveles mayores de competencia de espermatozoides y esta afirmación se sustenta al evidenciar la expresión de Prm1 / Prm2 más alta y de Prm2 / Prm disminuida en estos individuos; los espermatozoides de dichas especies poseen cabezas más compactas que les confiere mayor capacidad competitiva y esto debido a que PRM2 está asociado a la descondensación más lenta del ADN.

    Considero que los resultados obtenidos en el estudio realizado promueven e incentivan a efectuar un análisis a futuro del panorama epigenético , que permita comprender cómo se da el proceso de regulación de la expresión de las protaminas y por cuáles mecanismos epigenéticos, se genera la disminución de la expresión del gen de PRM2 . Es importante resaltar que el artículo avala la idea de que la forma de la cabeza del espermatozoide está influenciada por la expresión relativa de las protaminas, en especial confirma que la disminución en la expresión de la protamina 2 aumenta la competitividad espermática y a la vez sugiere que estos cambios en la expresión son debidos a un componente evolutivo dado por la “selección sexual”.

    En conclusión, el artículo en cuestión debe convertirse en un punto de partida para posteriores estudios, que estén dirigidos a la comprensión de los mecanismos de regulación relacionados con la función de las protaminas en los eventos previos a la fecundación . Adicionalmente, es importante resaltar que en los procesos descritos por el artículo los cambios generados por la selección sexual , se ven altamente influenciados por la rama epigenética y cabe destacar el papel de la misma, dentro de aspectos involucrados en el área del desarrollo que conllevan cambios tanto en la morfología de las células espermáticas, como en sus posteriores repercusiones fisiológicas.

  4. Epigenética – Opinión sobre el artículo “Sexual selection on protamine and transition nuclear protein expression in mouse species”
    Inicialmente el artículo plantea como objetivo identificar si las protaminas y las proteínas nucleares de transición involucradas en la condensación de la cromatina espermática pueden llegar a afectar la forma de la cabeza del espermatozoide y de esta manera contribuir a la selección sexual; ya que en el movimiento de “natación” del espermatozoide basado en la hidrodinámica, influye la morfología de la cabeza del mismo y a su vez, afecta su competitividad.
    Se parte de que las protaminas y las proteínas nucleares de transición son esenciales para la remodelación y condensación de la cromatina durante la etapa final de la espermatogénesis. Se estudian las protaminas PRM1 y PRM2 las cuales en la mayoría de los casos tienen dominios de unión al DNA del núcleo de las espermáticas y espermatozoides maduros. De igual manera, las proteínas nucleares de transición a estudio son TNP1 y TNP2 que están involucradas en la transición de etapas del reemplazo de histonas por protaminas.
    Seleccionaron ocho especies de ratones Mus con masa relativa de testículos, de las cuales, en siete se presenta una evolución del promotor de prm2 con una alta interferencia en los niveles de competitividad espermática ideales para el estudio. Para las pruebas, se extrajo RNA mediante kits especializados y a través de enzimas retrotranscriptasas se obtuvo el cDNA; luego se realizó una PCR cuantitativa para evaluar los niveles de expresión de cada uno de los genes involucrados para PRM1, PRM2, TNP1, TNP2 (demostrados en la tabla1) en cada una de las especies. Posteriormente se realizó un estudio de la morfología de los espermatozoides mediante morfometría y se usó un análisis canónico de variantes para relacionar la morfología de la cabeza del espermatozoide con los niveles de expresión de protamina.
    Los resultados de la categorización morfológica arrojaron que en diferentes niveles de expresión de las protaminas Prm1/Prm2 (alto, medio, bajo) se observó un cambio en la forma de la cabeza de los espermatozoides lo cual nos confirma que los niveles de protamina influyen en el cambio de la morfología y por ende alteran la competitividad. NOTA: habría sido interesante que una vez clasificados las diferentes morfologías de las cabezas de los espermatozoides se evaluara su motilidad in vitro para así establecer que modificación morfológica favorece o no, realmente su movimiento.
    La correlación entre la masa relativa de testículos y la expresión de Prm1/Prm2 o Prm2/Prm indicaron que las especies con altos niveles de competitividad expresan proporcionalmente menos niveles de Prm2 con relación al total de protaminas (Prm2/Prm), pero presentan altos niveles en la proporción (Prm1/Prm2). NOTA: en el estudio se podría haber hecho una sobreexpresión o knockout de los genes involucrados para las proteínas a estudio (también mRNA), relacionándolo así con las de un individuo normal para poder establecer diferentes factores que influyan en el mecanismo de regulación para la condensación de la cromatina y el paso de histonas a protaminas, recordando que en los mecanismos de expresión génica son diversos los factores que actúan y “se comunican” entre sí para lograr un producto como PRM1, PRM2, TNP1 o TNP2. De esta manera podríamos ir más allá y preguntarnos qué factores hacen que algunas especies o individuos padezcan de espermatozoides con alteraciones morfológicas en la cabeza y por lo tanto incompetentes, mientras otros no.
    En el estudio realizado secuenciando el gen para Prm2 de las tres especies con mayor competitividad espermática, se encontró que una sustitución de un nucleótido en el promotor de Prm2 influye reprimiendo la expresión relativa de Prm2 en los testículos y por lo tanto favoreciendo la competitividad de los espermatozoides. NOTA: es posible realizar un estudio sobre los factores que intervienen en la reparación del ADN y poder establecer por qué esta sustitución no es reparada en algunos individuos como método de selección sexual.
    Para concluir el artículo nos da un acercamiento hacia los cambios de la expresión de las protaminas en los machos demostrando un impacto en su fertilidad y también como este tipo de cambios influye en la selección sexual en especies, también nos da un pequeño abrebocas sobre el por qué los altos niveles de competitividad espermática favorecen a la reducción de expresión de PRM2 relacionado con la condensación de la cromatina. NOTA: también podríamos involucrar en este aspecto temas de epigenética como los complejos remodeladores de la cromatina o las modificaciones de histonas que no son claramente mencionados a lo largo del artículo, sin embargo, podrían ser uno de los factores claves para la represión o expresión de las protaminas involucradas en la competitividad espermática como mecanismo de regulación.

  5. Juliana Noriega Noriega- PROTAMINAS.
    A partir del artículo “Las protaminas 1 y 2, el secreto del esperma veloz” se puede adquirir una información un poco más general de cuál es el papel de dichas proteínas en el proceso de la fecundación. Se menciona, que estas proteínas, son esenciales y tienen un importante efecto en la velocidad y natación del espermatozoide al momento de querer fecundar el óvulo. Se pone en evidencia también, que la regulación en la expresión de estas protaminas, puede influír en el genotipo del espermatozoide y con ello, como anteriormente mencioné, la eficacia de la reproducción.
    Aunque el artículo mencionado nos da información muy valiosa, y de gran importancia para entender el tema tratado, sigue quedándose un tanto corto al momento de querer mostrar con más detalle que fue lo que en realidad se hizo, para evidenciar que estas proteínas definitivamente son eficaces y con estos detalles, realmente convencer al lector, del papel que realizan dichos componentes. Es decir, desde mi punto de vista, falta imformación más detallada y concreta sobre el tema que se está tratando, aunque también pienso es un buen abrebocas para las personas que quieran investigar un poco más sobre el tema.
    La información más detallada la encontramos en el Paper ” Sexual selection on protamine and transition nuclear protein expression in mouse species “. En este Paper, podemos encontrar un infome mucho más detallado de todo lo que se hizo para evidenciar la acción de estas proteínas, se mencionan los materiales, los métodos, los resultados y sus respectivos análisis estadisticos, discusión, conclusiones, entre otros datos que corroboran la información que se está reportando.
    Del Paper, cabe detacar algunas funciones mucho más puntuales de las protaminas y las proteínas nucleares de trancisión son esenciales para la remodelación de la cromatina y condensación durante etapas de la espermatogénesis. También, se unen directamente al ADN del núcleo, para la elongación de las espermátides y espermatozoides maduros. Las proteínas nucleares (TNP1 y TNP2) Están involucradras, en el la etapa de reemplazo de histonas por protaminas. Se puede decir también con la información suministrada por el Paper, que la fuerte interacción entre protaminas y proteínas de trancisión son necesarias en el desarrollo de la esperma. Cabe destacar también, que la protamina 2 actúa por decirlo así como reguladora en cuanto a la competencia de esperma. Es preciso también resaltar, que la morgología de la cabeza del espermatozoide juega un papel también muy importante en el proceso de la fecundación.

    Para concluír, tanto el paper como el artículo, tienen información muy importante acerca de la función de las protaminas, siendo el paper mucho más completo y preciso al moneto de dar los reportes de los resultados obtenidos. En donde se usan gráficas y cuadros, que nos permiten entender mejor el experimento que se está realizando. Puede ser un punto de partida para las personas que vean interesante y llamativo el tema y creo que más adelante además de estas proteínas se pueden econtrar muchos más factores que estén involucrados en el proceso de fecundación. Ya sea en el mismo espermatozoide pero en otras partes de su estructura, hablando por la parte masculina o al contrario, demuestre también interes en buscar otros factores que favorezcan la fecundación, pero por la parte femenina, es decir en el óvulo.

  6. Como puntos a destacar del articulo considero intersante el hallazgo de como los niveles de protaminas y en especial la promatina 2 influyen en el fenotipo del espermatozoide y se asocia como un determinante de competitividad de los espermatozoides en las diferentes especies, inferidos a partir de los siguientes resultados:

    · Las especies con mayores niveles inferidos de competencia de espermatozoides expresan proporcionalmente menos PRM2 en relación con la proteína total de transición, en relación con protaminas total y proteínas de transición combinadas.

    · Las especies que difieren en las proporciones de expresión de protamina 2, tanto en relación con la protamina1 como en relación con las protaminas totales, también difieren en la forma de la cabeza del espermatozoide.

    De lo descrito anteriormente, que no es en pocas palabras el resumen de los principales hallazgos de los autores, considero aún más interesante la relación que insinúan los autores tanto en su introducción como en la discusión de sus resultados en relación a: la exploración de “como los cambios regulatorios también pueden contribuir a las diferencias de la capacidad competitiva de los espermatozoides en las especies”, partiendo de las observación previa de que en la mayoría de los trabajo sobre la evolución molecular de los genes reproductores masculinos se ha centrado en las regiones codificadoras de proteínas sin encontrar una asociación importante entre SNP en regiones codificadores PRM1 o PRM2, pero si se ha observado que alteraciones entre los niveles PRM1/PRM2 se asocia a infertilidad.

    Los autores destacan que queda por determinar si las sustituciones de aminoácidos en PRM2 afectan a los fenotipos de espermatozoides relacionados con la capacidad competitiva, y yo le agrego, que también queda por determinar, si la regulación postranscripcional puede tener una influencia mayor en la expresión de PRM2 en comparación con las variaciones especificas en las secuencias codificadoras de protamina, pues incluso en estudios previos que ellos mismos destacan no se ha encontrado una asociación clara entre SNP en los genes protamina 1 y 2 y la infertilidad masculina.

  7. Con respecto a los usos en medicina de las protaminas, quede asombrada no conocía prácticamente, pues no solo se usa como antídoto en la sobredosis de heparina (que es un anticoagulante) sino también en:
    · Se mezclan con la insulina, para aumentar la duración de la acción de la insulina.
    · En terapia génica aprovechando su capacidad para condensar el ADN

    La protamina actúa como antagonista de la heparina, pero se utiliza una protamina de bajo peso molecular, su uso es reciente, los estudios experimentales fueron publicados entre el 2000 y 2001.

  8. Me parece muy interesante saber que existe una regulación capaz de determinar la motilidad y capacidad de fertilización del espermatozoide. Durante el desarrollo del artículo es bastante clara la importancia e influencia de las protaminas en la motilidad del espermatozoide y la forma de su cabeza a través de la proporción en la expresión de PRM2 y PRM1. Sin embargo, me parece curioso que su expresión nunca debe ser nula, depende de esa variación en la proporcionalidad de expresión de las protaminas, la cual determinaría su competitividad y velocidad espermática que lo llevara a ser el espermatozoide “ganador” en la fertilización de dicho óvulo.

    A partir de los resultados de la investigación dados en el artículo es relevante resaltar que la expresión disminuida de PRM2 le otorgará mayor motilidad y velocidad al espermatozoide para alcanzar su óvulo blanco, siendo una estrategia de regulación génica que modifica e impacta en la morfología de la cabeza del espermatozoide, haciéndolo más hidrodinámico y confiriéndole la capacidad de ser el que logra fertilizar y finalmente fecundar el óvulo, lo cual denota un mecanismo de selección sexual.

    Sin embargo, también se relaciona la expresión de las protaminas con la fertilidad del hombre, de lo cual se concluyó que al no expresarse adecuadamente la PRM1 o la PRM2, podría presentarse una espermatogénesis inadecuada, por una mala condensación de la cromatina, llevando al hombre a catalogarse en un estado de infertilidad; no obstante, considero que podría realizarse un estudio que profundice más en los mecanismos epigenéticos involucrados en este tema, que permita corroborar lo planteado.

    Finalmente, considero que es un mecanismo biológico bastante regulado y del cual no tenía conocimiento, que siembra en mi la sensación de lo admirable que es la regulación de cada uno de los mecanismos fisiológicos y génicos que nos conforman, que finalmente denotan en a expresión fenotípica como resultado de un elaborado “circuito” que nos lleva a diferenciarnos y hacer de cada uno de nosotros un individuo completamente único, por un mínimo de diferencia, toda vez que se basa en la regulación de la expresión génica, propiamente dicho en la epigenética.

  9. Adicional a esta investigación, quisiera mencionar otra investigación sobre el tema hecha por la investigadora mencionada en el artícuo Lena Luke y otros investigadores. En esta investigación prueban la hipótesis de la selección natural como fuerza que propueve una alta tasa evolutiva en genes reproductivos y en este caso las protaminas. Realizaron un experimento en grupos de ratones con diferencias marcadas en la selección sexual. A partir de esto encontraron que los niveles de competición de esperma no estaban relacionados con las tasas de evolución de PRM1, pero que estaban negativamente relacionadas con la tasa evolutiva de clivaje y maduración de PRM2. Además dado que ambos dominios se encontraban relajados, los investigadores encontraron que que la selección sexual detiene el grado de degeneración que las proteinas que se encuentra dentro de una misma familia tengan en relación a la redundancia de su funcionalidad. En el grupo de ratones que estudiaron encontraron que el grado de relajación de la proteína PRM2 era tanto que no era funcional y no era expresada en el grupo de ratones. Por otro lado, la PRM1 es funcionalmente conservada y muestra selección positiva dirigida a sitios específicos como dominios de unión y sitios de fosforilación. Por lo cual concluyeron que en ratones PRM2 está relajada y que la selección sexual remueve deleciones deletereas en especies con altos nivel de competición espermática para mantener la proteína funcional.
    Quise incluir esta investigación porque además de los estudios morfológicos y fisiológicos del esperma derivados de las acciones de las protaminas y como son regulados epigenéticamente; también me parece interesante como mecanismos evolutivos resultan en expresiones diferenciales de estas proteinas y como esto conduce a cambios evolutivos.

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