Perché molti uomini non producono abbastanza spermatozoi per fecondare un ovulo? Grazie all’editing genetico nei topi è stato possibile individuare una proteina che gioca un ruolo chiave in un processo complesso che porta alla produzione di ovuli e spermatozoi.
Milioni di coppie in tutto il mondo soffrono di infertilità e la metà dei casi ha origine negli uomini. Per il 10% dei maschi infertili, vengono prodotti pochi o nessun spermatozoo.
Ora, una nuova ricerca dello Stowers Institute for Medical Research, in collaborazione con il Wellcome Center for Cell Biology dell’Università di Edimburgo, sta facendo luce su ciò che potrebbe andare storto nel processo di formazione degli spermatozoi, portando a potenziali possibili trattamenti.
“Una causa significativa di infertilità nei maschi è che non riescono a produrre spermatozoi”, ha detto il ricercatore di Stowers Scott Hawley.
Lo studio pubblicato il 20 ottobre 2023 su Science Advances dall’Hawley Lab e dal ricercatore del Wellcome Center Owen Davies, potrebbe aiutare a spiegare perché alcuni uomini non producono abbastanza spermatozoi per fecondare un ovulo.
Nella maggior parte delle specie che si riproducono sessualmente, compresi gli esseri umani, è necessario costruire correttamente una struttura proteica critica simile a un ponte reticolare per produrre spermatozoi e cellule uovo.
Il team guidato dall’ex ricercatrice post-dottorato Katherine Billmyre, ha scoperto che nei topi, il cambiamento di un singolo punto molto specifico di questo ponte ne ha causato il collasso, portando all’infertilità e fornendo così informazioni sull’infertilità umana nei maschi a causa di problemi simili con la meiosi.
La meiosi, il processo di divisione cellulare che dà origine agli spermatozoi e agli ovuli, prevede diverse fasi, una delle quali è la formazione di una grande struttura proteica chiamata complesso sinaptonemale. Come un ponte,
il complesso mantiene in posizione le coppie di cromosomi che consentono di verificarsi gli scambi genetici necessari che sono essenziali per i cromosomi per poi separarsi correttamente in spermatozoi e ovuli.
“Un contributo significativo all’infertilità sono i difetti nella meiosi”, ha detto Billmyre. “Per capire come i cromosomi si separano correttamente nelle cellule riproduttive, siamo davvero interessati a ciò che accade subito prima quando il complesso sinaptonemale si forma tra di loro”.
Studi precedenti hanno esaminato molte proteine che compongono il complesso sinaptonemale, il modo in cui interagiscono tra loro e hanno identificato varie mutazioni legate all’infertilità maschile.
La proteina che i ricercatori hanno studiato in questo studio forma i reticoli del proverbiale ponte, che si trova negli esseri umani, nei topi e nella maggior parte degli altri vertebrati suggerendo che è fondamentale per l’assemblaggio.
La modellazione di diverse mutazioni in una regione potenzialmente cruciale della proteina umana ha permesso al team di prevedere quale di queste potrebbe interrompere la funzione della proteina.
Gli autori hanno utilizzato una precisa tecnica di editing genetico per apportare mutazioni in una proteina chiave del complesso sinaptonemale nei topi, che ha permesso ai ricercatori, per la prima volta, di testare la funzione di regioni chiave della proteina negli animali vivi.
Solo una singola mutazione, prevista dagli esperimenti di modellizzazione, è stata verificata come colpevole di infertilità nei topi.
“Stiamo parlando di un intervento chirurgico mirato”, ha detto Hawley. “Ci siamo concentrati su una piccola regione di una proteina in questa struttura gigantesca che eravamo abbastanza sicuri potesse essere una causa significativa di infertilità”.
I topi sono stati a lungo usati come modelli per le malattie umane. Dagli esperimenti di modellazione che utilizzano sequenze proteiche umane, insieme all’elevata conservazione di questa struttura proteica tra le specie, la molecola precisa che ha causato l’infertilità nei topi probabilmente funziona allo stesso modo negli esseri umani.
