Artículo publicado en julio de 2017

DOI: http://dx.doi.org/10.18567/sebbmdiv_RPC.2017.07.1

María Julia Bragado

Dpto. de Bioquímica, Biología Molecular y Genética de la Universidad de Extremadura

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Un gran reto del espermatozoide es ser capaz de adaptarse y sobrevivir a cambios iónicos y moleculares del medio extracelular en el tracto reproductor femenino. La quinasa AMPK, reguladora del metabolismo, permite al espermatozoide responder eficientemente a esos estímulos regulando su motilidad, función dependiente de la carga energética espermática.

 

El espermatozoide es una célula germinal altamente especializada que representa el vehículo de transmisión del genoma paterno al ovocito durante la fecundación. En el tracto reproductor femenino, el espermatozoide de mamíferos inicia un movimiento activo debido al batido del flagelo y regulado por diferentes factores extracelulares (iones, albúmina sérica, hormonas, factores de crecimiento). Ese movimiento inicial debe transformarse en otro tipo de motilidad necesaria para liberar el espermatozoide de los reservorios del oviducto y ayudarlo a penetrar en el ovocito, denominado hiperactivación. A su vez, el espermatozoide sufre modificaciones fisiológicas/bioquímicas en el tracto femenino que permiten que su membrana se pueda fusionar mejor con la del ovocito.
La proteína quinasa (es decir, una enzima que introduce grupos fosfato en determinados aminoácidos de otras proteínas) activada por adenosina monofosfato (AMP) se denomina AMPK. Esta enzima ejerce una función esencial en la regulación del balance energético celular (definido por los niveles relativos de adenosina trifosfato o ATP y AMP) a través de la fosforilación de enzimas clave del metabolismo. Hasta hace 5 años se conocía su expresión exclusivamente en células somáticas y su función reguladora del metabolismo se había demostrado en numerosos tejidos, en los que se demostró que hay condiciones fisio-patológicas que disparan su activación. Por ello la AMPK tiene numerosas implicaciones para la salud humana.
Nuestro grupo ha sido pionero en la identificación de AMPK en el espermatozoide de mamíferos (1, 2) donde regula su motilidad. La carga energética del espermatozoide le confiere una actividad basal de AMPK, para coordinar su metabolismo con su motilidad, según las condiciones extracelulares. Uno de los principales retos del espermatozoide es ser capaz de adaptarse eficientemente a cambios en el medio extracelular puesto que su composición es variable a lo largo del tracto reproductor femenino. Estas fluctuaciones en el medio extracelular del espermatozoide funcionan como estímulos para regular la actividad de la AMPK, que coordina el metabolismo energético (niveles de ATP) con la motilidad, para adaptarla a las nuevas condiciones. De hecho, la forma fosforilada (enzimáticamente activa) de AMPK se localiza en una zona del flagelo del espermatozoide denominada pieza intermedia que es donde se encuentran las mitocondrias que producen ATP. Es por ello que en respuesta a determinadas condiciones, la actividad de la AMPK es esencial para mantener una correcta actividad mitocondrial (3). El control de la AMPK en la motilidad espermática es muy estricto, puesto que condiciones que conllevan fluctuaciones drásticas del medio extracelular que suponen un estrés para el espermatozoide, provocan una inhibición de la motilidad. También, las que provocan un gran aumento de la actividad de la AMPK (sobre-activación de la AMPK, por ejemplo, usando el activador A769962) provocan un bloqueo de la motilidad espermática (3). Por otro lado, fluctuaciones extracelulares del espermatozoide que conllevan a un descenso de la actividad de la AMPK o incluso a su inactivación (por ejemplo, utilizando inhibidores) provocan que la motilidad, una de las principales funciones del espermatozoide dependientes de ATP, también se bloquee (1, 2, 3) debido a que la AMPK es incapaz de producir los ajustes metabólicos necesarios que mantienen los niveles de ATP óptimos para la motilidad espermática. De hecho, utilizando ratones transgénicos que carecen del gen que codifica para la subunidad catalítica α1 de la AMPK, se ha confirmado el papel clave de la AMPK en el control de la motilidad (4). Adicionalmente, se ha demostrado que la AMPK también está implicada en el control de otros procesos del espermatozoide de mamíferos esenciales para lograr la fecundación, como son el mantenimiento de la fluidez de la membrana plasmática del espermatozoide o la integridad de la membrana del acrosoma (3), estructura que contiene enzimas hidrolíticas situada en la parte anterior de la cabeza del espermatozoide y que al entrar en contacto con el ovocito desencadena la reacción acrosómica, uno de los pasos iniciales de la fecundación. Todos estos estímulos (fisiológicos o el estrés) que regulan la actividad de la AMPK lo hacen mediante la activación de varias vías de señalización dentro del espermatozoide (3). Por tanto, la posibilidad de manipular o modular en el laboratorio estas rutas intracelulares o bien directamente la actividad de AMPK en espermatozoides, puede potencialmente dirigirse hacia la mejora de técnicas actuales en la reproducción asistida, como la preservación del semen (por criopreservación o refrigeración). Existe una clara relación entre la actividad de la AMPK en el espermatozoide de cerdo y el proceso de envejecimiento del semen sometido a 10 días de preservación a 17ºC (3). Este hecho es atribuible a condiciones de estrés como el almacenamiento a baja temperatura, menor pH intracelular o reducida disponibilidad de O2. Consideramos firmemente que la investigación futura enfocada al estudio de la AMPK en espermatozoides humanos puede contribuir a optimizar las actuales técnicas de reproducción asistida. 

 

 

Figura revisada Bragado MJ 1

 Figura. Procesos funcionales del espermatozoide de mamíferos que regula la AMPK.
Figura modificada de: A. Hurtado de Llera, DM Martin-Hidalgo, MC Gil, LJ García-Marín y MJ Bragado. New insights into transduction pathways that regulate boar sperm function. Theriogenology (2016) 85 (1): 12-20.doi: 10.1016/j.theriogenology.2015.05.008.

 

REFERENCIAS

1. AMP-activated kinase AMPK is expressed in boar spermatozoa and regulates motility. PLoS One (2012) 7(6)e38840.
http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0038840
2. AMP activated kinase, AMPK, in human spermatozoa: identification, intracellular localization and key function in the regulation of sperm motility. Asian Journal of Andrology. (2016). http://www.ajandrology.com/preprintarticle.asp?id=185848
3. New insights into transduction pathways that regulate boar sperm function. Theriogenology (2016). http://dx.doi.org/10.1016/j.theriogenology.2015.05.008
4. Inactivation of AMPK alpha1 induces asthenozoospermia and alters spermatozoamorphology. Endocrinology (2012). https://academic.oup.com/endo/article-lookup/doi/10.1210/en.2011-1911

 

 

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