Proteine speciali, note come trasportatori di membrana, sono di fondamentale importanza per la mobilità degli spermatozoi. Un gruppo di ricerca del Centro di biochimica dell’Università di Heidelberg (BZH), guidato dalla Prof. Dott.ssa Cristina Paulino, con l’aiuto della microscopia crioelettronica è riuscito per la prima volta a decodificare la struttura di un tale trasportatore e il suo meccanismo. Secondo i ricercatori, queste scoperte permetteranno di comprendere meglio i fondamenti molecolari della capacità riproduttiva e potrebbero, a lungo termine, contribuire allo sviluppo di nuovi approcci per il trattamento dei disturbi della fertilità e nuovi metodi di contraccezione specifica.
Gli spermatozoi differiscono fondamentalmente nella struttura e nella funzione dagli altri tipi di cellule. Dopotutto, il loro unico compito è rintracciare e fondersi con l’uovo. Gli spermatozoi raggiungono la loro piena attività solo nella cosiddetta capacitazione, che significa la maturazione delle cellule nel seme. Una delle fasi finali di questo processo biochimico prevede l’aumento della mobilità degli spermatozoi. Se le cellule non sono in grado di muoversi autonomamente, o solo in misura limitata, il risultato è generalmente una ridotta fertilità o una completa mancanza di capacità riproduttiva. Gli spermatozoi non possono raggiungere e fecondare la cellula uovo.
All’interno di questo processo di maturazione finale, le proteine speciali presenti nella membrana spermatica hanno un ruolo particolare. Conosciuti come trasportatori di membrana, sono responsabili del trasporto dei nutrienti, ad esempio, dentro o fuori la cellula. “Il trasporto di determinati ioni nella cellula porta ad un aumento della mobilità degli spermatozoi. Per questo motivo le proteine responsabili del trasporto sono direttamente collegate alla fertilità degli spermatozoi e quindi alla capacità riproduttiva maschile”, sottolinea il prof. Paulino. Il suo gruppo di ricerca al BZH sta lavorando sui trasportatori di membrana dei ricci di mare, un sistema modello per lo studio dello sperma.
Con l’aiuto della microscopia crioelettronica, gli scienziati sono ora riusciti a decodificare la struttura di un importante trasportatore della membrana spermatica a livello molecolare. Tra le altre cose, hanno scoperto come appaiono le sue unità funzionali e come si interconnettono e interagiscono. “Abbiamo osservato che la proteina chiave è, come un giocattolo Lego, costruita da diverse unità costruttive. Questi elementi costitutivi sono fondamentalmente conosciuti da altre proteine, ma non sono mai stati osservati in una tale combinazione. Con l’aiuto di queste informazioni, siamo stati in grado di decodificare per la prima volta il meccanismo di questo trasportatore”, spiega la dott.ssa Valeria Kalienkova dell’Università di Bergen (Norvegia), ex membro del gruppo di ricerca del Prof. Paulino.
Secondo il dottor Martin Peter, membro del gruppo di ricerca del professor Paulino, queste nuove scoperte saranno utili nella fase successiva, nello sviluppo di potenziali sostanze che influenzano questo meccanismo. Potrebbero consentire di attivare o disattivare le funzioni delle proteine. La misura in cui questi risultati possono essere trasferiti ai meccanismi dello sperma umano richiederà ulteriori indagini. A lungo termine, contengono il potenziale per trovare nuovi modi di trattare l’infertilità o, viceversa, di impedire agli spermatozoi di fecondare l’ovulo.
I risultati degli studi di ricerca sono apparsi sulla rivista Natura. Poiché il gruppo di ricerca si è trasferito dai Paesi Bassi alla Germania, gli studi sono stati condotti sia presso l’Università di Groningen (Paesi Bassi) che presso il Centro di biochimica dell’Università di Heidelberg. Sono stati finanziati dal Consiglio olandese della ricerca e dal Fondo nazionale svizzero per la scienza.
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