Autor: hugo.ayuso

La espermatogénesis es el proceso por el cual las espermatogonias dan lugar a los espermatozoides, es decir, el proceso de diferenciación celular por el cual se producen los espermatozoides en el interior de los túbulos seminíferos. Este evento comienza poco antes de la pubertad bajo la influencia de concentraciones cada vez mayores de gonadotropinas hipofisarias, y continúa durante toda la vida. 

Introducción

Un estudio reciente realizado por la Universidad de Washington, y publicado el 17 de abril de 2023 en la revista Nature Communications, establece que se ha identificado un gen común en mamíferos cuya función es la regulación del proceso de la espermatogénesis. Se trata del gen arrdc5. 

Estos investigadores realizaron el estudio del transcriptoma de tejido testicular de diversos animales mamíferos como el ratón, el toro y el cerdo; además de en humanos. Con ello se destacó al gen arrdc5, cuya expresión parecía estar enriquecida. 

Este gen codifica para la proteína ARRDC5 (Arrestin-Domain-Containing 5). Se trata de una proteína de la familia de las arrestinas. A día de hoy solamente se han descubierto diez arrestinas en mamíferos: cuatro β-arrestinas y seis α-arrestinas (donde incluimos la proteína de interés). Se trata de una familia de proteínas desensibilizadoras de los receptores de proteína G, implicada esta última en la transducción de señales. El porqué de la implicación de ARRDC5 en la espermatogénesis es todavía incierta.

¿Cómo se ha realizado el estudio?

Para la realización del estudio, que fue aprobado por el comité de uso y cuidado de los animales de la Universidad de Washington, se utilizaron diversos animales, como ratones, toros y cerdos.  

Al inicio del proyecto se castraron ejemplares de estos animales para poder realizar diversos estudios. A partir de los testículos se realizaron varias técnicas para obtener células aisladas del tejido testicular. Con estas células se realizó posteriormente una digestión enzimática con tripsina-EDTA, colagenasa IV y DNasa I. 

El siguiente paso realizado fue la amplificación por RT-PCR de los mRNA encontrados en las células testiculares. Además del tejido testicular, también se utilizaron otros tejidos para poder comparar los transcriptomas realizados. Entre estos tejidos se encuentran el cerebral, renal, hepático, cardiaco, adiposo, pancreático, pulmonar, muscular y del epidídimo. 

La RT-PCR se realizó con 1µg de RNA y mediante el uso de primers específicos para amplificar el gen arrdc5. Estos primers se diseñaron exclusivamente para cada uno de los tres animales implicados en el proyecto a partir de sus genomas de referencia en las bases de datos. Tras la RT-PCR se realizó una electroforesis en gel de agarosa para observar los resultados de la amplificación. 

Como se observa en la imagen adjunta, el gen arrdc5 se encuentra expresándose solamente en el tejido testicular de los tres animales implicados, y en ningún otro tejido. Por esta razón se llegó a la conclusión de que el gen solamente se expresaba en el tejido testicular y que en los demás tejidos del animal se encontraba inactivado. 

Una vez se llega a esta conclusión se continúa con el proyecto. ¿Qué ocurre si producto del gen arrdc5 no está presente en ningún momento en los animales implicados? 

Para salir de dudas se crearon ratones knockout para el gen arrdc5. Para ello se utilizó la técnica de edición por CRISPR-Cas9. En estos ratones knockout se produce una deleción de una porción bastante extensa del exón 1 que codifica para parte de la secuencia del gen arrdc5. Con ello, los ratones presentarán mutado el gen (gran parte de este ha sido delecionado). Las proteínas, por tanto, que codifican el gen arrdc5 no serán funcionales. 

Para estudiar cómo afecta este gen a la fertilidad de los animales se aparearon ratones arrdc5-/- con ratonas salvajes; además de ratonas arrdc5-/- con ratones silvestres (como control). 

Conclusiones

Tras todos los procedimientos realizados, estudios histológicos, inmunohistoquímicos, genéticos y analíticos se llegó a la conclusión de que el gen arrdc5 estaba implicado en la espermatogénesis en machos. Es un gen esencial en el proceso y cuya carencia induce a los animales en presentar deficiencias para generar el número óptimo de espermatozoides, una menor movilidad de los mismos y anormalidades estructurales. 

Todas estas características hacen que los machos sean infértiles y sufran de oligoastenoteratospermia. Esta condición de infertilidad se ha podido encontrar en las especies de mamíferos, ganado doméstico, especies salvajes e incluso en humanos. Por esa razón se sabe que los mecanismos que regulan la óptima espermatogénesis se han conservado a lo largo de la evolución. En cambio, los procesos moleculares que se producen en los ejemplares infértiles son todavía inciertos. 

¿Qué se busca para el futuro?

Muchos hombres suelen recurrir a la vasectomía, cirugía por la cual se realizan unas incisiones en los conductos deferentes para evitar la salida de los espermatozoides desde los testículos a la uretra. Se trata de un método anticonceptivo permanente con una efectividad del 99%. 

Con las conclusiones obtenidas de este estudio se busca la posibilidad de poder lanzar al mercado un nuevo fármaco anticonceptivo para hombres que no sea permanente. Se trataría de un inhibidor temporal de la expresión del gen arrdc5. Por tanto, los hombres que tomen este fármaco se volverían estériles temporalmente, durante el tiempo de acción del inhibidor. 

Con este nuevo fármaco se quiere evitar el uso de anticonceptivos hormonales, que, aunque son útiles, presentan efectos secundarios. La testosterona puede producir una supresión en la formación de espermatozoides, permitiendo por tanto la azoospermia. En cambio, esta hormona también está implicada en otros procesos fisiológicos de gran importancia como las funciones cognitivas (memoria, concentración, …), prevención de problemas cardiovasculares, regulación de la densidad ósea y muscular, … Por ello se piensa que este nuevo fármaco sería de gran utilidad puesto que actúa sobre una diana específica y no afecta a otras funciones del organismo. 

Bibliografía

ARRDC5 expression is conserved in mammalian testes and required for normal sperm morphogenesis

https://doi.org/10.1038/s41467-023-37735-y