La evolución de la reprodución sexual y los virus tienen más en común de lo que parece

Espermatozoide
Un espermatozoide, en el momento en el que accede a un óvulo para fecundarlo. (WIKIPEDIA)
  • Ambos procesos se basan en una única proteína que permite la fusión sin problemas de dos células.
  • La proteína actúa como una 'clave' bioquímica casi universal que permite a dos membranas celulares convertirse en una.

La reproducción sexual y las infecciones virales realmente tienen mucho en común. Según una nueva investigación, ambos procesos se basan en una única proteína que permite la fusión sin problemas de dos células, como una célula de esperma y una célula de huevo, o la fusión de un virus con una membrana celular. La proteína está muy extendida entre virus, protozoos unicelulares y muchas plantas y artrópodos, lo que sugiere que la proteína evolucionó muy temprano en la historia de la vida en la Tierra.

El descubrimiento, publicado en la revista Cell, revela nuevos detalles sobre la evolución del sexo. La proteína actúa como una 'clave' bioquímica casi universal que permite a dos membranas celulares convertirse en una, dando como resultado la combinación de material genético, un paso necesario para la reproducción sexual. Nuevos detalles sobre la función de la proteína podrían ayudar a combatir las enfermedades parasitarias, como la malaria, e impulsar los esfuerzos para controlar las plagas de insectos.

"Nuestros hallazgos demuestran que la naturaleza tiene un número limitado de maneras en que las células pueden fusionarse en una sola célula", señala uno de los autores principales, William Snell, profesor de investigación en el Departamento de Biología Celular y Genética Molecular de la Universidad de Maryland (UMD), en Estados Unidos. Snell se unió a UMD en junio de 2016, pero realizó la mayoría del trabajo en su institución anterior, el Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas.

Una proteína que hizo el sexo posible por primera vez es idéntica a la proteína utilizada por el dengue y los virus Zika para entrar en las células humanas"Una proteína que hizo el sexo posible por primera vez (y todavía se utiliza para la reproducción sexual en muchos de los organismos de la Tierra) es idéntica a la proteína utilizada por el dengue y los virus Zika para entrar en las células humanas (dice Snell). Esta proteína debe haber puesto realmente la especia en la sopa primordial".

Snell y sus colegas estudiaron la proteína, llamada HAP2, en la alga verde unicelular 'Chlamydomonas reinhardtii'. HAP2 es común entre protozoos unicelulares, plantas y artrópodos, pero no se encuentra en hongos o vertebrados como los humanos. Resultados anteriores de Snell y sus colaboradores, así como otros grupos de investigación, indicaron que HAP2 es necesaria para la fusión de células sexuales en los organismos que poseen la proteína, pero el mecanismo preciso seguía siendo incierto.

Utilidades para atacar la malaria

Para el estudio actual, Snell y sus colegas de la UT Southwestern utilizaron sofisticadas herramientas de análisis informático para comparar la secuencia de aminoácidos de HAP2 en 'Chlamydomonas' con la de proteínas de fusión viral conocidas. Los resultados sugieren un sorprendente grado de similitud, especialmente en una región llamada "bucle de fusión" que permite que las proteínas virales invadan con éxito una célula. Si HAP2 funcionaba como una proteína de fusión viral, Snell razonó, a continuación, interrumpir el bucle de fusión de HAP2 debe bloquear su capacidad para fusionar las células sexuales.

Efectivamente, cuando el equipo de Snell cambió sólo un aminoácido en el bucle de fusión de Chlamydomonas HAP2, la proteína perdió completamente su función. Las células sexuales fueron capaces de adherirse (un proceso que depende de otras proteínas) pero no pudieron completar la fusión final de sus membranas celulares. De forma similar, las células no se podían fusionar cuando los investigadores introdujeron un anticuerpo que cubrió el bucle de fusión HAP2.

"Estábamos emocionados con estos resultados, porque apoyaban nuestro nuevo modelo de función HAP2 (explica Snell). Pero necesitábamos visualizar la estructura tridimensional de la proteína HAP2 para asegurarnos de que era similar a las proteínas de fusión viral".

Snell se dirigió a Felix Rey, biólogo estructural del Instituto Pasteur de París, especializado en virus. Rey y sus colegas acababan de determinar también la estructura de HAP2 en 'Chlamydomonas' usando cristalografía de rayos X, demostrando que HAP2 era funcionalmente idéntica a las proteínas de fusión viral de dengue y Zika.

"La proteína HAP2 de 'Chlamydomonas' se pliega de manera idéntica a las proteínas virales", apunta Rey, refiriéndose al plegamiento molecular que crea la estructura tridimensional de todas las proteínas a partir de una simple cadena de aminoácidos. "La semejanza es inconfundible", añade.

Parece que se necesita HAP2 para la fusión celular en una amplia variedad de organismos, incluyendo protozoos que provocan enfermedades, plantas invasoras y plagas de insectos destructivos. Hasta ahora, cada versión conocida de HAP2 comparte el aminoácido crítico en la región del bucle de fusión. Como tal, HAP2 podría proporcionar un objetivo prometedor para vacunas, terapias y otros métodos de control.

Snell se siente particularmente alentado por la posibilidad de controlar la malaria, que es causada por el protozoo unicelular 'Plasmodium falciparum'. "El desarrollo de una vacuna que bloquee la fusión de las células sexuales de 'Plasmodium' sería un gran paso hacia adelante", dice Snell, señalando que 'Plasmodium' tiene un complejo ciclo de vida que depende tanto del mosquito como de los huéspedes humanos. "Nuestros hallazgos sugieren de manera muy fuerte nuevas estrategias para atacar HAP2 de 'Plasmodium' que podrían interrumpir la etapa de transmisión por mosquitos del ciclo de vida de 'Plasmodium", concluye.

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