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Alcuni spermatozoi avvelenano i loro concorrenti

Nella competizione diretta, lo sperma t supera i loro normali coetanei (+) nella corsa per la cellula uovo con trucchi genetici, permettendo loro di nuotare in cerchio. Credito: MPI f. Genetica molecolare / Alexandra

La competizione tra gli spermatozoi è feroce: tutti vogliono  raggiungere per primi la cellula uovo per fertilizzarla. Un gruppo di ricerca di Berlino ora mostra nei topi che la capacità dello sperma di muoversi progressivamente dipende dalla proteina RAC1. Quantità ottimali di proteine ​​attive migliorano la competitività del singolo sperma, mentre un’attività aberrante può causare infertilità maschile.

È letteralmente una corsa per la vita quando milioni di spermatozoi nuotano verso gli ovociti per fertilizzarli. Ma la pura fortuna decide quale sperma ha successo? A quanto pare, ci sono differenze di competitività tra i singoli spermatozoi. Nei topi, un segmento di DNA “egoista” e presente in natura infrange le regole standard dell’ereditarietà genetica e assegna una percentuale di successo fino al 99% agli spermatozoi che lo contengono.

Un team di ricercatori del Max Planck Institute for Molecular Genetics di Berlino descrive come il fattore genetico chiamato “t-aplotipo” promuove il successo della fecondazione dello sperma che lo trasporta.

I ricercatori per la prima volta hanno dimostrato sperimentalmente che gli spermatozoi con l’aplotipo t sono più progressivi, cioè si muovono più velocemente in avanti rispetto ai loro coetanei “normali”, e quindi stabiliscono il loro vantaggio nella fecondazione. I ricercatori hanno analizzato il singolo sperma e hanno rivelato che la maggior parte delle cellule che hanno fatto solo pochi progressi sul loro percorso erano geneticamente “normali”, mentre gli spermatozoi in movimento diretto contenevano per lo più l’aplotipo t.

Soprattutto, hanno collegato le differenze di motilità alla molecola RAC1. Questo interruttore molecolare trasmette segnali dall’esterno della cellula verso l’interno attivando altre proteine. La molecola è nota per essere coinvolta nel dirigere, ad esempio, globuli bianchi o cellule tumorali verso cellule che trasudano segnali chimici. I nuovi dati suggeriscono che RAC1 potrebbe anche svolgere un ruolo nel dirigere gli spermatozoi verso l’uovo, “annusando” la loro strada verso il loro bersaglio.

“La competitività dei singoli spermatozoi sembra dipendere da un livello ottimale di RAC1 attivo; l’attività RAC1 ridotta o eccessiva interferisce con un movimento in avanti efficace”, afferma Alexandra Amaral, scienziata dell’MPIMG e prima autrice dello studio.

t-sperm avvelena i loro concorrenti

“Gli spermatozoi con l’aplotipo t riescono a disabilitare lo sperma senza di esso”, afferma Bernhard Herrmann, direttore dell’MPIMG e dell’Istituto di genetica medica della Charité – Universitätsmedizin Berlin, e corrispondente autore dello studio. “Il trucco è che l’aplotipo” avvelena “tutti gli spermatozoi, ma allo stesso tempo produce un antidoto, che agisce solo negli spermatozoi e li protegge”, spiega lo scienziato. “Immagina una maratona, in cui tutti i partecipanti ricevono acqua potabile avvelenata, ma alcuni corridori prendono anche un antidoto”.

Come hanno scoperto lui ei suoi colleghi, l’aplotipo t contiene alcune varianti geniche che distorcono i segnali regolatori. Questi fattori di distorsione sono stabiliti nella fase iniziale della spermatogenesi e vengono distribuiti a tutto lo sperma di un topo portatore dell’aplotipo t. Questi fattori sono il “veleno” che disturba il movimento progressivo.

L ‘”antidoto” entra in azione dopo che l’insieme di cromosomi si è diviso equamente tra gli spermatozoi durante la loro maturazione: ogni spermatozoo ora contiene solo la metà dei cromosomi. Solo la metà dello sperma con l’aplotipo t produce un fattore aggiuntivo che inverte l’effetto negativo dei fattori distorter. E questo fattore protettivo non è distribuito, ma trattenuto nello sperma t.

Gli spermatozoi non hanno alcun vantaggio quando sono soli

Nello sperma di topi maschi con l’aplotipo t solo su uno dei loro due cromosomi 17, i ricercatori hanno osservato che alcune cellule si muovono in avanti e altre fanno pochi progressi. Hanno testato un singolo sperma e hanno scoperto che gli spermatozoi geneticamente “normali” sono quelli che per lo più non si muovono dritti. Quando hanno trattato la popolazione mista di spermatozoi con una sostanza che inibisce RAC1, hanno osservato che anche gli spermatozoi geneticamente “normali” ora erano in grado di nuotare progressivamente. Il vantaggio dello sperma t era scomparso, dimostrando che un’attività aberrante di RAC1 perturba la motilità progressiva.

I risultati spiegano perché i topi maschi con due copie dell’aplotipo t, una su ciascuno dei due cromosomi 17, sono sterili. Producono solo sperma che porta l’aplotipo t. Queste cellule hanno livelli molto più alti di RAC1 attivo rispetto allo sperma di topi geneticamente normali , come hanno scoperto i ricercatori, e sono quasi immotili.

Ma anche lo sperma di topi normali trattati con l’inibitore RAC1 ha perso la capacità di muoversi progressivamente. Pertanto, anche un’attività RAC1 troppo bassa è svantaggiosa. L’attività aberrante di RAC1 potrebbe anche essere alla base di particolari forme di infertilità maschile negli uomini, ipotizzano i ricercatori.

“I nostri dati evidenziano il fatto che gli spermatozoi sono concorrenti spietati”, afferma Herrmann. Inoltre, l’esempio dell’aplotipo t dimostra come alcuni geni utilizzino trucchi un po ‘sporchi per essere trasmessi. “Le differenze genetiche possono dare al singolo sperma un vantaggio nella corsa per la vita, promuovendo così la trasmissione di particolari varianti genetiche alla generazione successiva”, afferma lo scienziato.

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