TRABAJO FIN DE GRADO
BÚSQUEDA DE ANTICONCEPTIVOS MASCULINOS NO HORMONALES BASÁNDOSE EN EL ESTUDIO DEL PROCESO DE DIFERENCIACIÓN DE LOS ESPERMATOZOIDES Y DE LA INFERTILIDAD MASCULINA INEXPLICABLE
Aina Victòria García Llompart
Grado de Bioquímica Facultad de Ciencias
Año Académico 2019-20
BÚSQUEDA DE ANTICONCEPTIVOS
MASCULINOS NO HORMONALES BASÁNDOSE EN EL ESTUDIO DEL PROCESO DE
DIFERENCIACIÓN DE LOS ESPERMATOZOIDES Y DE LA INFERTILIDAD MASCULINA
INEXPLICABLE
Aina Victòria García Llompart
Trabajo de Fin de Grado Facultad de Ciencias
Universidad de las Illes Balears
Año Académico 2019-20
Palabras clave del trabajo:
anticonceptivos masculinos no hormonales, espermatogénesis, capacitación, hiperactivación, UMI, infertilidad masculina inexplicable, fertilidad, infertilidad, espermatozoide, fecundación, BMS 189453, BRDT, CatSper, CRISP-1, EPPIN, AAEs, SPA17, SERPINA5, PRRS37
Nombre Tutor/Tutora del Trabajo Ana Maria Proenza Arenas Nombre Tutor/Tutora (si procede)
ÍNDICE
Resumen/Abstract………..7
1. Introducción………8
2. Planteamiento y objetivos……….10
3. Materiales y métodos….………...13
4. Resultados y discusión………..15
1. Métodos no hormonales que afectan a la espermatogénesis……….16
1. BMS189453………..16
2. BRDT………17
2. Métodos no hormonales que afectan a la motilidad……….18
1. CatSpers………18
3. Métodos no hormonales que actúan sobre el epidídimo………...20
1. CRISP-1………20
2. EPPIN………21
4. Métodos no hormonales que afectan a la unión óvulo-espermatozoide basados en casos de UMI………..22
1. Vacunas autoinmuno conceptivas (anticuerpos antiespermáticos) ………...23
1. SPA17………23
2. SERPINA5………24
3. PRSS37………..24
5. Conclusiones….………26
6. Referencias………28
RESUMEN/ABSTRACT
Hoy en día la lucha por la igualdad entre hombres y mujeres está llegando a todos los ámbitos, incluso al de la planificación familiar o el control de la natalidad. Ya hace años que se busca un anticonceptivo masculino para ampliar las opciones anticonceptivas de los hombres, esta búsqueda ha sido tanto hormonal como no hormonal. En este trabajo nos hemos centrado en los no hormonales ya que son mas específicos y no suelen presentar efectos secundarios (a diferencia de los hormonales). Hemos hecho esta búsqueda distinguiendo los métodos que afectan a la espermatogénesis (por lo que no se formarían los espermatozoides), métodos que afectan a la motilidad (por lo tanto el espermatozoide no podría llegar hasta el óvulo), métodos que actúan sobre el epidídimo (los espermatozoides no maduran ni se activan) o directamente métodos que impiden la fusión del óvulo y el espermatozoide. Para la búsqueda de estos últimos nos hemos centrado en el estudio de casos de hombres con UMI (infertilidad masculina inexplicable). En general vemos que aún existe la posibilidad de muchos estudios muy interesantes para ampliar información, pero hemos encontrado un par de candidatos muy prometederos que dentro de unos años podrían ser los anticonceptivos masculinos no hormonales del futuro.
Nowadays, the fight for equality between men and women is reaching all areas, even planned parenthood or birth control. It’s been years since the search of a male contraceptive began to expand male contraceptive options, this search has been hormonal and non-hormonal. In this essay we focused on non-hormonal contraceptives as they are more specific and they don’t usually show side efects (unlike hormonal contraceptives). We’ve done this research distinguishing methods that affect spermatogenesis (sperm won’t form), methods that affect motility (sperm can’t reach the egg), methods that act upon the epididymis (sperm won’t mature nor become activated) or methods that prevent the sperm and the egg from fuse. For this last ones we centered our research in the study of males that presented UMI (Unexplained Male Infertility).
We can broadly see that there’s a lot of interesting research still to be done, but we found a few promising candidates that in a few years could become the male non- hormonal contraceptives of the future.
1. INTRODUCCIÓN
Tener hijos supone cambios drásticos en la vida de, sobretodo, las mujeres. Ellas son las que van a tener que dar a luz, con los efectos que un embarazo y un parto tienen, tanto a nivel físico, como emocional e incluso social o económico, quizás por eso, las mujeres siempre han tenido un mayor peso en el control de la natalidad mediante el uso de anticonceptivos.
Los anticonceptivos más usados a lo largo de la historia han sido los métodos barrera, es decir, preservativos (se cree que hace 400 años ya se usaban unos preservativos rudimentarios), que no presentan efectos secundarios a la vez que evitan las enfermedades de transmisión sexual (ETS), pero si no se usa correctamente, su eficacia anticonceptiva no es muy alta. Por otra parte tenemos los anticonceptivos hormonales (ya sean orales, inyectados, etc) que presentan una alta efectividad anticonceptiva, pero tienen muchos efectos secundarios y no protegen frente a ETS1. Mientras que los primeros van dirigidos a hombres, los segundos solo los pueden usar las mujeres, pero los tiempos avanzan y el hombre cada vez debe asumir más peso en el control de la natalidad y la planificación familiar. Las mujeres cada vez empiezan reclamar un trato que iguale las responsabilidades de hombres y mujeres en el uso de anticonceptivos que sean seguros y eficaces. Para mostrar los distintos anticonceptivos que se usan en el mundo y la diferencia de uso entre hombres y mujeres, podemos observar la figura 1, donde podemos observar que solo un 12,59% de los anticonceptivos usados están dirigidos a la población masculina, hemos incluido en la suma la abstinencia ya que la pueden practicar tanto hombres como mujeres, pero siendo más estrictos, sólo el preservativo y la esterilización (vasectomía) son métodos dirigidos a hombres, así que solo un 8.39% de los anticonceptivos usados es en el mundo, tienen un uso exclusivamente en hombres2.
Figura 1: Métodos anticonceptivos usados por la población de entre 15 y
49 años de 195 países entre los años 1950 y 2017 2
Es decir, los hombres solo tienen dos opciones, o usan preservativos (6.81%) o se hacen la vasectomía (1.58%), un método generalmente irreversible (lo cual implica que no es una opción para muchos jóvenes), que requiere una operación quirúrgica y que tarda un tiempo en ser totalmente eficaz como método anticonceptivo. Por eso, desde hace ya años se ha intentado buscar un método anticonceptivo similar al de las mujeres, pero para los hombres. El problema es que la mayoría de estos estudios se han centrado en métodos hormonales, por lo que prácticamente todos han sido descartados al presentar efectos secundarios (que son exactamente los mismos que ya sufren las mujeres). A pesar de esto la búsqueda de un anticonceptivo masculino no ha parado y en este trabajo nos vamos a centrar en aquellos que son no hormonales, en particular nos vamos a centrar en:
• Aquellos que limitan la capacidad de formarse del espermatozoide (espermatogénesis).
• Los que impiden que se produzca la capacitación, que es un fenómeno que tiene lugar dentro del tracto reproductor femenino e implica que el espermatozoide sufra una serie de cambios tanto a nivel estructural como bioquímico que lo harán capaz de fecundar el ovulo3.
• Los que afecten a la hiperactivación del espermatozoide (reacción que provoca que el espermatozoide cambie la manera en la que mueve el flagelo y aumenta sus probabilidades de llegar al óvulo y fecundarlo3.
• Los que impiden su unión al óvulo. Sobre estos últimos, intentaremos buscar el anticonceptivo basándonos en caso de infertilidad masculina inexplicable (“UMI” en inglés, unexplained male infertility).
2. PLANTEAMIENTO Y OBJETIVOS
Considerando la falta de variedad en cuanto a anticonceptivos masculinos se refiere y conociendo la fisiología del espermatozoide y su proceso de formación, en este trabajo se pretende estudiar posibles puntos donde podría actuar un anticonceptivo masculino, con la peculiaridad de que buscaremos uno que sea no hormonal. Esta decisión la tomamos basándonos en los síntomas que puede presentar la terapia anticonceptiva hormonal que pueden ser dolor de cabeza, nauseas, acné, cambios de peso, menor densidad osea y/o cambios de humor en los casos mas leves. Pero también puede producir impotencia (en hombres) o la aparición de trombos en casos mas graves4. Todos estos efectos se evitarían mediante el uso de anticonceptivos no hormonales.
Conociendo los efectos secundarios de los anticonceptivos hormonales lo que se pretende en este trabajo es presentar una serie de dianas moleculares para la futura producción de anticonceptivos masculinos no hormonales, los cuales deberían tener una mayor eficiencia ya que directamente evitamos la unión óvulo-espermatozoide. Esta unión la podemos evitar ya sea impidiendo que el espermatozoide se mueva hasta el óvulo o incluso aunque el espermatozoide llegue al óvulo, que no se pueda unir. Incluso podríamos evitar la producción de espermatozoides, lo que sería un método aún más seguro, ya que directamente no habría ningún peligro de embarazo.
En este trabajo buscaremos las mejores opciones anticonceptivas, las que sean más efectivas, presenten mayor reversibilidad y no tengan efectos secundarios (o que sean muy leves), por eso por eso buscaremos posibles dianas en distintos momentos del desarrollo del espermatozoide, incluyendo su formación (espermatogénesis) o su capacitación.
Sabemos que la espermatogénesis es la producción de espermatozoides en los testículos a partir de las de las células germinales primordiales, que son las precursoras de las células de la linea germinal. Las células germinales primordiales van a pasar por la meiosis que las convertirá en células haploides, en el caso de los machos, se convierten en espermatozoides. En lineas generales este proceso se podría dividir en cuatro etapas3:
• Proliferación: las células germinales se multiplican mediante la mitosis y obtenemos espermatogonias (2n) de tipo A. Las espermatogonias poseen un gran núcleo de cromatina condensada. Este tipo de espermatogonias pueden producir más espermatogonias de tipo A (para continuar con la proliferación) o de tipo B (van a madurar). Las espermatogonias de tipo A van a pasar por varias diferenciaciones hasta llegar al tipo A o al tipo B y el control de esas diferenciaciones depende del ácido retinoico.
• Crecimiento: las espermatogonias de tipo B sufren un aumento de tamaño para obtener espermatocitos que serán diploides. En esta etapa migran hacia los tubos seminíferos.
• Maduración: Los espermatocitos sufren una primera división meitoica de la cual obtenemos dos espermatocitos haploides (n). Después cada uno de ellos sufrirá una segunda división meiotica y tenemos dos espermátidas haploides (n).
• Espermiogénesis: las espermátidas sufren un proceso de diferenciación donde el núcleo se va hacia uno de los polos y el centrosoma se divide para dar lugar a dos centriolos. Uno de estos centriolos dará lugar a la placa basal (cerca del núcleo) y el otro dará lugar a un filamento axial (más lejos del núcleo). El núcleo se va a condensar, se va a formar el acrosoma en el extremo apical, se irá formando el flagelo y se producirá una reducción del citoplasma. Así obtenemos tres zonas diferenciadas, la cabeza, el cuello y la cola, por lo que en este punto ya tendremos los espermatozoides. 3
Vemos que la espermatogénesis es un punto muy importante y sus diversas etapas implican que puede haber varios puntos que se podrían interrumpir para llegar a obtener un efecto anticonceptivo.
Por otro lado tenemos la hiperactivación y la capacitación del espermatozoide, que son todos los cambios fisiológicos y bioquímicos que sufre el espermatozoide para que sea capaz de fecundar el óvulo. La hiperactivación supone que el flagelo del espermatozoide presente movimientos mas vigorosos y rápidos, dándole al espermatozoide mayor velocidad y capacidad de penetrar las distintas capas que protegen el óvulo para poder fecundarlo. Esta hiperactivación está mediada por canales iónicos principalmente de Ca2+, pero también pueden ser de Na+, K+ y H+. Uno de los canales que parece ser el más implicado en este proceso es CatSper, que es un canal de Ca2+ que si se bloquea, evita que el espermatozoide se hiperactive, por lo que la concepción ya no sería posible y convierte a este canal en una diana muy interesante para la búsqueda de anticonceptivos no hormonales. Y por otro lado tenemos la capacitación y reacción acrosómica del espermatozoide, que son también procesos esenciales para que se pueda fecundar el óvulo. La capacitación y la reacción acrosómica implican una serie de reacciones que cambian la estructura de la cabeza del espermatozoide y provoca que queden disponibles las proteínas de unión a la zona pelúcida, que antes estaban cubiertas por la membrana plasmática. Este proceso empieza por la entrada de HCO3- que encontramos en elevadas concentraciones y que produce una serie de cambios que fosforilan las proteínas Tyr quinasas que son esenciales para la exocitosis de la vesícula acrosómica, es decir, la reacción acrosómica. El cambio de la membrana se da, entre otros componentes, gracias a la disminución del colesterol que encontramos en la membrana plasmática. Este cambio es mediado por la albumina (que se encuentra en grandes cantidades en el tracto reproductor femenino) e incrementa la fluidez de la membrana basal de la cabeza del espermatozoide, lo que como ya hemos comentado, cambia su fisiología. Interrumpir el
proceso de capacitación también es clave en la búsqueda de anticonceptivos masculinos, ya que si no se produce la capacitación, no puede haber fecundación3.
Finalmente, nos centraremos también en la fecundación, pero desde otro punto de vista, el de hombres con UMI (Unexplained Male Infertility) o infertilidad masculina inexplicable. Los hombres que presentan UMI tienen unas muestras de esperma con parámetros normales y sin embargo, no se llega a conseguir la concepción5. Esto podría indicar que hay algún problema con las proteínas del espermatozoide y en este trabajo pretendemos dilucidar como estudiando los estudios proteómicos que se han hecho de los espermatozoides de hombres que presentan UMI podemos conseguir dianas para anticonceptivos no hormonales.
3. MATERIALES Y MÉTODOS
Al ser bibliográfico, para la realización de este trabajo hemos usado el Microsoft Word de Google Drive y la versión definitiva se ha hecho con LibreOffice Writer de Linux, Mendeley para hacer las referencias bibliográficas y el banco de archivos PubMed, del cual se han obtenido los artículos con la información necesaria para este trabajo. En PubMed se han ido haciendo distintas búsquedas y debemos comentar que todas las búsquedas han sido específicamente para mamíferos y siempre que ha sido posible, en humanos. Los resultados se han ido acotando de la siguiente manera:
La primera búsqueda fue el día 23/04 y buscamos las palabras clave: “male contraception” con 57474 resultados, de los cuales los artículos [1], [2] y [4] nos pueden ser útiles, el problema es que tratan todos lo tipos de métodos anticonceptivos (hormonales y de barrera incluidos) y este tipo de métodos se descartan en este trabajo ya que queremos centrarnos en los no hormonales basándonos en las proteínas del espermatozoide, por lo que acotamos un poco más la búsqueda para centrarnos más en los distintos anticonceptivos no hormonales, pero nos quedamos con alguna información que nos puede ser relevante para la realización de este trabajo, como por ejemplo la proteína BMS-189453 o BDRT o en el artículo [1] nos introducen información sobre CatSpers y CRISP-1.
Por lo tanto, la siguiente búsqueda es “non-hormonal male contraception” que tiene 205 resultados, al ser mas especifico empezamos a encontrar mas artículos que se adaptan a nuestras necesidades. Por ejemplo, encontramos por primera vez información sobre la proteína EPPIN (artículo [4]) de la que hablaremos más adelante. Por otro lado en el artículo [15] nos encontramos con CRISP-1, que parece que nos será de utilidad.
En todos artículos encontramos bastante información sobre distintos métodos no hormonales, algunos de los cuales podrían llegar a causar infertilidad, así que el siguiente paso es buscar información sobre la infertilidad.
La siguiente búsqueda que hacemos es “unexplained male infertility”, que el día 27/04 nos da un total de 1396 resultados, aunque muchos se refieren a infertilidad en general, pero después de cribar un poco los resultados encontramos los artículos [5], [10] y [11]
que nos son de interés ya que encontramos información actualizada de diversas proteínas que se podrían usar como marcadores para diagnosticar UMI y en nuestro caso, estas mismas proteínas las podríamos usar como proteínas diana en la búsqueda de un anticonceptivo no hormonal masculino.
Una vez hechas las búsquedas más generales, el día 3/05 lo que haremos será buscar específicamente uno a uno cada uno de los posibles métodos anticonceptivos, para así poder profundizar más en ellos.
Para empezar buscamos BMS-189453, y obtenemos 41 resultados entre los que encontramos el artículo [7] que además también nos habla de BRDT. Los artículos [6] y [8] están más enfocados hacia BMS-189453, así que los usaremos. Haremos una búsqueda especifica de BRDT y obtendremos 1054 resultados y usaremos el artículo [9]
ya que es el que más nos ayuda a complementar la información que ya tenemos. A continuación buscamos CatSpers, que nos da 94 resultados y hay tres artículos que nos van a resultar muy útiles en la elaboración de este trabajo, los artículos [12], [13] y [14].
El siguiente paso será buscar artículos relacionados con CRISP-1 y obtenemos 44 resultados, de los cuales, nos parece interesante para este trabajo, el enfoque que le han dado al artículo [15]. Para profundizar más en EPPIN, hacemos una búsqueda específica y encontramos 69 resultados, de los cuales usaremos los artículos [16], [17] y [18] ya que tienen la información y el enfoque que necesitamos.
Finalmente, con la información que nos han dado en los artículos en los que nos informamos sobre UMI, el dia 8/05 buscaremos “antisperm antibodies” y obtendremos 1427 resultados, de los cuales usaremos los artículos [19] y [20]. Por otra parte, también se hará la búsqueda de SPA17, de la cual obtendremos 86 resultados, entre los cuales seleccionamos el artículo [21]. A continuación, buscamos SERPINA5 y tenemos 51 resultados y seleccionamos un artículo [22]. Para acabar buscamos PRSS37 que tiene solo 6 resultados, de los cuales 1 artículo nos proporciona información para el desarrollo de este trabajo [23].
Para algunos conceptos generales se ha usado la 7ª edición del libro “Developmental Biology” de Scott F. Gilbert [3].
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La búsqueda de anticonceptivos no hormonales masculinos presenta una gran ventaja sobre los hormonales, es que si se da con la diana y la dosis adecuada, no deberían producir efectos secundarios, lo cual si ocurre con los anticonceptivos hormonales (masculinos o femeninos).
Precisamente por evitar los métodos que provocan efectos secundarios, no hemos comentado otros posibles anticonceptivos no hormonales, por ejemplo, se podría comentar el caso de WIN 18446, una bisdicloracetildiamina que inhibe la espermatogénesis ya que inhibe la biosíntesis de ácido retinoico en los testículos. Pero en los estudios con humanos,a pesar de dar muy buenos resultados como anticonceptivo, los hombres que lo tomaban presentaban nauseas, sudoración y vómitos cuando bebían alcohol4. Estos efectos secundarios son los que han provocado que WIN 18446 no esté en nuestra lista, ya que buscamos anticonceptivos que cuyo efecto sea reversible y no presenten efectos secundarios que afecten a la calidad de vida del hombre que los tome.
En las figuras 2 y 3 observamos las distintas localizaciones (en la cabeza o flagelo del espermatozoide o el epidídimo) de las distintas dianas que vamos a presentar en este trabajo:
Ahora que ya hemos observados las distintos dianas que parecen prometedoras como métodos anticonceptivos no hormonales y su localización, vamos a profundizar más en cada una de ellas según su forma de actuar:
Figura 3: posibles dianas anticonceptivas en el epidídimo
Figura 2: posibles dianas anticonceptivas en el espermatozoide
4.1 MÉTODOS NO HORMONALES QUE AFECTAN A LA ESPERMATOGÉNESIS
La espermatogénesis es la formación de espermatozoides a partir de las células de la linea germinal masculina. En los varones humanos empieza en la adolescencia y es constante toda la vida. En este proceso el ácido retinoico tiene un papel crucial en la meiosis de las celulas germinales. Existen tres tipos de receptores del ácido retinoico (RAR α, β y γ) y todos ellos forman parte de la vía de transducción de señal modulada por la vitamina A, esto provoca que si se bloquean uno o todos los RARs se obtiene como resultado infertilidad6.
1. BMS 189453: Se sabe desde los años 20 que la vitamina A y el ácido retinoico son importantes para dar inicio y continuidad durante los años a la espermatogénesis7. BMS 189453 es un antagonista que puede actuar sobre las tres zonas de unión RAR provocando así que la espermatogénesis no se lleve a cabo al evitar la maduración de los espermatozoides, impidiendo que estos pasen hacia la luz del tubo seminífero una vez formados. Ya hace años que se trabajaba con antagonistas de RAR α de la familia BMS (BMS-189532 y BMS- 195614), pero provocaban “toxicidad testicular”, es decir, los testículos de las ratas mostraban indicios de degeneración además de que se observaba un aumento de leucocitos, fosfatasa alcalina y alanina aminotransferasa, aparte en los estudios que se hicieron no se dilucidó si los cambios eran reversibles o no4. Estos efectos secundarios no deseados no ocurren con BMS 189453 gracias a su estructura distinta y además se consiguen efectos anticonceptivos en dosis bajas. En estudios en ratones, estos han presentado esterilidad después de 4 semanas de tratamiento administrado de manera oral. Al dejar el tratamiento los ratones recuperaron su capacidad de reproducción completa después de 12 semanas8. Este compuesto se administra de manera oral, ha demostrado ser muy efectivo en ratones, es perfectamente reversible y parece que es bastante especifico por lo que parece que no presenta efectos secundarios, aún así es un compuesto sobre el cual se deberían ampliar conocimientos.
Por otro lado, sabemos que los bromodominios son moléculas pequeñas cuya función es la de unir Lys acetiladas, por lo que tienen un papel importante en la regulación transcripcional y la remodelación de la cromatina cuando se juntan varios para formar una proteína más grande formada por varios bromodominios.
2. BRDT: son inhibidores del bromodominio. Encontraremos BRDT en el tejido de los testículos, espermatocitos, espermátidas y en espermatozoides eyaculados, en humanos tiene la particularidad de ser la única proteína de su tipo (BET) cuya única función es la expresión de células germinales en los testículos. Una de las funciones del bromodominio es mantener el genoma perfectamente empaquetado durante la espermatogénesis para mantener su integridad. En caso de que BRDT no funcione correctamente, da como resultado que el núcleo del espermatozoide no sea correcto, obtenemos espermatozoides que no han madurado correctamente, lo que implica la obtención de espermatozoides que no pueden llevar a cabo la unión óvulo-espermatozoide1.
Para conseguir un efecto anticonceptivo, se puede bloquear BRDT con JQ1, que es una tienotriazolodiacepina que no solo inhibe a BRDT, a la vez reprime la expresión otros genes esenciales para la línea germinal, lo que acaba provocando el bloqueo de la espermatogénesis [Figura 5] 9.
Figura 5: Interacción entre BRDT y JQ19
En un experimento con ratones, se estudió la reversibilidad de los efectos de la toma de JQ1, se descubrió que los ratones volvían a tener capacidad reproductora total después de 4 meses, aunque los efectos anticonceptivos continuaban 1 mes después de parar el tratamiento con JQ1. En este experimento las dosis de JQ1 se administraban a través de inyecciones
perianales en los ratones, lo cual no es la opción más cómoda o práctica para humanos. 3
4.2 MÉTODOS NO HORMONALES QUE AFECTAN A LA MOTILIDAD
La capacidad de los espermatozoides para llegar al óvulo y una vez han alcanzado el óvulo fusionarse con él, es un proceso bastante complejo ya que el espermatozoide debe recorrer un largo camino para llegar a la región ampulla, que es una zona del aparato reproductor femenino donde se produce la fecundación, está situada en las trompas de falopio, un poco antes del ovario. Para hacer este recorrido tiene un tiempo limitado, como máximo 6 días, así que el espermatozoide, siendo la célula más pequeña del cuerpo humano, debe recorrer un largo camino. Por eso, un adecuado movimiento del flagelo durante este recorrido es importante, deben presentar un movimiento rápido y en linea recta. En cuanto entran en las trompas y hasta que llegan a la región de ampulla los espermatozoides van a sufrir el proceso de hiperactivación, que implica un cambio en la forma en la que se mueve el flagelo, para que tenga una mayor energía. En este proceso de hiperactivación están implicados los canales CatSper de Ca2+. 3
1. CatSpers: es un canal catiónico del espermatozoide (Cation channel of sperm, de ahí el nombre, CatSper) y es específico de los espermatozoides.
Es un canal selectivo del Ca2+, dependiente del pH que controla la entrada de Ca2+ en el espermatozoide, lo cual es crucial para la hiperactivación del flagelo, la quimiotaxis hacia el óvulo, capacitación y reacción acrosómica. CatSper lo podemos encontrar en mamíferos (hasta el momento se ha encontrado en humanos, chimpancés, perros y ratas).
También lo podemos encontrar en los genes de tunicados, reptiles, equinodermos y cnidarios, hay estudios que implican que esta similitud se debe a que las especies con oocitos más gruesos necesitan que el espermatozoide tenga una motilidad superior para poder entrar, en cambio, especies con el oocito más fino (como podrían ser los peces) no presentan CatSpers12.
Encontramos CatSper en el flagelo de los espermatozoides, en la zona media [Figura 6]. Se activa mediante la entrada de un flujo de Ca2+, haciendo que el Ca2+ que encontramos en el interior aumente y esta alta concentración da como resultado movimientos más rápidos y vigorosos del flagelo [Figura 7]. Esto no solo afecta al movimiento del espermatozoide hasta el óvulo, también afecta a su capacidad de penetrar dentro del óvulo una vez llegado el momento13.
A pesar de que este canal funciona principalmente con Ca, también permite la entrada de cationes Na+, Cs+ o Ba2+ en el caso de que no haya Ca2+ extracelular.
Presenta una estructura heterotetramérica y está compuesta por 4 subunidades ɑ, que serían CatSper1, 2 ,3 y 4, más 3 subunidades auxiliares CatSper β, CatSper ɣ y CatSper δ, aunque los estudios demuestran que las que son importantes para la fertilidad, son las CatSper 1 y CatSper 2, ya que su mutación en humanos infértiles resultaba en espermatozoides no funcionales. En cambio, no se han apreciado mutaciones de las otras CatSper en hombres que presentan infertilidad14. Debido a su particular estructura y que son canales que solo encontramos en espermatozoides, parece que son unos candidatos inmejorables para el desarrollo de anticonceptivos. Existen inhibidores de CatSper (HC- 056456) que se ha demostrado que son efectivos in vitro y provocan una disminución de la motilidad de los espermatozoides, lo cual implica una gran disminución en su capacidad reproductora. Otra manera de conseguir un anticonceptivo con CatSper seria con immuno- anticonceptivos (el método de administración sería por via intravenosa), se ha desarrollado una inmmunoglobulina G antiCatSper que dio como resultado una menor motilidad y por lo tanto un menor ratio de fecundación13. CatSper es un gran candidato como diana para crear anticonceptivos no hormonales ya que se ha dilucidado perfectamente su estrutura y su función, además su localización tan limitada en espermatozoides no debería provocar que el bloqueo de CatSper afectara a otros tejidos.
Figura 7: Diferencias entre la motilidad de un espermatozoide normal y uno que no presenta la hiperactivación
provocada por CatSper. La
hipermotilidad implica movimientos rápidos y vigorosos del flagelo13. Figura 6: Morfología del
espermatozoide que muestra que CatSper lo encontramos en el flagelo13.
4.3 MÉTODOS NO HORMONALES QUE ACTÚAN SOBRE EL EPIDÍDIMO El epidídimo es el tubo (compuesto por los tubos seminíferos) que conecta los conductos deferentes con cada uno de los testículos. Aquí es donde se produce la maduración, activación y almacenamiento de los espermatozoides. Como el espermatozoide aún no tiene motilidad, el epidídimo secreta fluidos para su transporte a lo largo del aparato reproductor masculino3.
1. CRISP-1: es un miembro de la familia de proteínas ricas en cisteína que encontramos en los fluidos del epidídimo. Esta familia es característica por tener 16 residuos de cisteína conservados. Las proteínas de esta familia son modulares, el extremo amino terminal un dominio relacionado con la patogénesis (“amino terminal pathogenesis-related (PR)-like domain”) y el extremo carboxilo rico en cisteínas que están conectados por una región bisagra. En ratas se sintetiza en dos formas: D y E [Figura 8], que tienen funciones distintas a pesar de tener estructuras similares. La glicoproteína D interacciona de manera transitoria con la superficie de la cabeza del espermatozoide, pero que se disocia en gran parte en cuanto el espermatozoide sale del fluido epididimal. Se cree que la forma D podría tener relación con la capacitación. Esta idea se puede ver al comparar la estructura de CRISP-1 a la de algunas toxinas que actúan bloqueando los canales de Ca2+, lo cuales son necesarios para que el espermatozoide lleve a cabo la capacitación, aunque hay que tener en cuenta que la región inhibidora de la capacitación de CRISP-1 aún no se ha podido localizar.
Figura 8: Western Blot en el cual se pueden observar las proteínas D (arriba) y E (abajo) junto con sus posibles funciones15.EF:
Fluido del epidídimo / SM: membranas del espermatozoide.
Por otro lado, la glicoproteína E la encontramos fuertemente unida a la superficie del flagelo del espermatozoide, lo cual puede llevar a la suposición de que está implicada en la fecundación del óvulo, parece que el espermatozoide no sufre la hiperactivación que le permite llegar hasta el óvulo. Esta inhibición es mediante la unión de CRISP-1 al oocito,
Teoricamente, Crisp-1 se tendría que disociar del espermatozoide al salir del epidídimo, pero parece ser que en algunos casos las proteínas D y E, principalmente, se quedan unidas, provocando estas alteraciones en la función habitual del espermatozoide.
Crisp-1 tiene tres características muy interesantes: su expresión es específica del epidídimo, parece que tiene algún tipo de función reguladora en el espermatozoide y podría estar implicado en la fusión de los gametos. Todas estas características convierten a Crisp-1 en un potencial anticonceptivo, aunque aún queda mucha información que desconocemos para poder dilucidar como usarlo exactamente como anticonceptivo. Por otro lado hay que tener en cuenta que todo parece indicar que su acción no es directa, sino que más bien tiene una función señalizadora, ya que parece que no tiene propiedades fusogénicas como tal, si no que tiene una relación con los canales de Ca2+, por lo que se podría suponer que tal vez tenga algún tipo de relación con CatSper, pero aún no se ha podido demostrar nada15.
2. EPPIN: es un inhibidor de proteasas epididimal (epidydimal protease inhibitor) que encontramos en la superficie del espermatozoide. Se trata de una proteína andrógeno dependiente que es producida por las células epiteliales del epidídimo y que va a cubrir el espermatozoide16.
Tiene varias funciones, para empezar: actividad antibacteriana y modulación de la hidrólisis del
sustrato del plasma seminal 1 (SEMG1) por la acción de PSA (Prostate Specific Antigen), estas funciones son para la protección del espermatozoide durante su recorrido por el aparato reproductor femenino y es su manera de regular PSA. En presencia de EPPIN en la superficie del espermatozoide, SEMG1 se une a EPPIN. Esta unión se lleva a cabo mediante la unión de la única Cys que encontramos en SEMG1 con el extremo C-terminal de de EPPIN. Se pueden dar varias uniones de SEMG1 en el mismo EPPIN [Figura 9]17.
Figura 9: Zona de unión SEMG1- EPPIN, se ven los residuos más importantes implicados (Cys239) y los puentes de hidrógeno (líneas rojas)17.
La más interesante es la tercera función, cuando se produce la unión EPPIN-SEMG1 inhibe la motilidad del espermatozoide. Para que el espermatozoide recupere su funcionalidad, PSA hidroliza a SEMG1 (su sustrato natural). Esto podría ser un método de asegurarse de el espermatozoide no se va a hiperactivar o capacitar antes de tiempo.
Cuando se produce esta unión, el espermatozoide sufre una disminución del pH interno y de los niveles de Ca2+ (esto provoca que CatSper no pueda ser activado). Por lo tanto se podría estudiar EPPIN como un anticonceptivo inmunológico, si cogemos las zonas de unión de EPPIN con SEMG1 y las bloqueamos con anticuerpos anti-EPPIN, conseguiremos una disminución de la motilidad espermática17.
Otra opción en la que ya se ha trabajado para bloquear esta zona de unión, es buscar pequeñas moléculas orgánicas que encajen en la zona de unión y la bloqueen. En estudios con macacos se ha buscado esta molécula y se ha encontrado EP055, que ha mostrado resultados muy prometedores. EP055 es una pequeña molécula orgánica con múltiples sustituciones que hace que se pueda
unir a EPPIN [Figura 10]. En los estudios se ha visto que sus efectos ya se empiezan a observar a las 6h y los efectos completos en la movilidad de los espermatozoides se observan a las 30h después de administrar EP055 por22 vía intravenosa. Las muestras tomadas 78h después de la infusión mostraron que ya había bastante recuperación de la motilidad, siendo esta absoluta 18 días después de la infusión18
EP055 ha demostrado resultados muy prometedores en simios y deja a EPPIN como una de las mejores dianas para la búsqueda de anticonceptivos no hormonales.
4.4 MÉTODOS NO HORMONALES QUE AFECTAN A LA UNIÓN ÓVULO- ESPERMATOZOIDE BASADOS EN CASOS DE UMI
Definimos la infertilidad como la incapacidad de concebir después de estar intentándolo de manera regular durante un año, la peculiaridad de los hombres a Figura 10: Interacción entre EPPIN y EP055. Los puentes de hidrógeno son las lineas rojas18.
masculina inexplicable) es que ellos no presentan ninguna anormalidad en el semen (después de hacer los análisis correspondientes) ni ninguna anormalidad a nivel físico o hormonal y obviamente se tiene que haber descartado que la que presente algún problema sea el factor femenino. Es decir, a simple vista tenemos un individuo sano, con unos espermatozoides que parecen funcionales pero no se produce la concepción. Este fenómeno tiene varias hipótesis que lo podrían explicar: la presencia de anticuerpos anti espermatozoides, que el ADN se haya dañado, niveles altos de estrés oxidativo o disfuncionalidad del espermatozoide5. Es este apartado nos vamos a centrar en analizar como los avances que se han hecho en los estudios de los casos de hombres que presentan UMI se podrían usar para obtener esa infertilidad en hombres sanos para el desarrollo de anticonceptivos masculinos.
1. VACUNAS AUTOINMUNO CONCEPTIVAS (ANTICUERPOS ANTIESPERMÁTICOS): Se considera que el esperma tiene propiedades antigénicas en humanos, por eso la autoinmunidad es muy importante en la fecundación y el desarrollo de vacunas de anticuerpos antiespermáticos (AAE) o vacunas inmuno anticonceptivas podrían suponer un avance en la búsqueda de anticonceptivos masculinos. Los AAEs funcionan uniéndose a la superficie del espermatozoide y los efectos pueden ser (entre otros): reducir la motilidad y disminuir su capacidad de unión al óvulo al afectar a la reacción acrosómica del espermatozoide. Como la espermatogénesis no ocurre hasta la adolescencia, los espermatozoides están separados del sistema inmune, cuando por alguna razón los antígenos de los espermatozoides entran en contacto con la sangre se pueden producir anticuerpos antiespermáticos. La unión de anticuerpos IgA a los espermatozoides provoca la inhibición del cambio de fluidez de la membrana durante la capacitación, lo que implica que el espermatozoide no sufrirá los cambios necesarios para poder llevar a cabo su unión al óvulo. Los anticuerpos IgA se consiguen mediante la inducción de su secreción en la próstata y después entrarán en el compartimento luminal del tracto reproductor masculino 1920. Se sabe que la acción anticonceptiva será reversible, pero no se conoce exactamente cuánto tiempo tarda el cuerpo en recuperar su capacidad de fecundación.
Algunas proteínas que presentan alteraciones en hombres que presentan UMI y que podrían ser candidatas en la búsqueda de las vacunas autoinmuno conceptivas son:
1. SPA17: es una proteína de superficie del espermatozoide que une manosas y está implicada en la reacción acrosómica y la unión del espermatozoide al óvulo. Su expresión es más baja en hombres que presentan infertilidad, con lo cual, pacientes con
espermatozoides perfectamente sanos en apariencia son incapaces de concebir. Mientras que el extremo C-terminal está implicado en la unión de los gametos, el extremo N-terminal presenta una secuencia similar a proteínas dependientes de quinasas que están relacionadas con la motilidad del espermatozoide. 1121
2. SERPINA5: es una proteína que encontramos en la cabeza del espermatozoide y es una proteasa. SERPINA5 (nomenclatura en humanos) está presente sobretodo en fluidos y secreciones, donde está en mayor concentración es en el plasma seminal con una concentración de >4 μM (en el plasma sanguíneo es solo de ∼100M (en el plasma sanguíneo es solo de 100∼100 nM), por lo que, a pesar de estar por todo el cuerpo, estas distintas concentraciones la convierten en una buena diana para el desarrollo de anticonceptivos. Se sabe que los ratones que son deficientes en serpinA5 (esta es su nomenclatura en ratones) son infértiles, por lo tanto se supone que tiene un rol en la espermatogénesis y/o el proceso de fecundación, aún así, no se sabe muy bien cual es su relación exacta con estos procesos, aunque se sabe que ratones KO de serpinA5 hay cambios morfológicos a nivel de epidídimo y testículos, así que su rol con la espermatogénesis está prácticamente confirmado. Aunque por otra parte también se sabe que SERPINA5 y péptidos derivados de la misma interfieren con la unión de los gametos al impedir la capacitación del espermatozoide1122
3. PRSS37: es una serina proteasa cuya función en humanos no está completamente dilucidada, pero en modelos de ratones (Prss37) se ha observado que afecta a su capacidad reproductora, a parte de que solo se expresa en los testículos, lo cual la convierte en una buena candidata para el desarrollo de anticonceptivos. Los efectos del déficit de Prss37 en ratones es similar a las características que presentan los humanos con UMI, los espermatozoides tienen una morfología, motilidad y conteo correctos, pero no consigue fecundar el óvulo. Se estudiaron las zonas donde se expresa PRSS37 y para empezar se vio que está presente en la membrana acrosómica de la cabeza del espermatozoide, lo cual le da un rol aún no dilucidado dentro de la reacción acrosómica y por lo tanto su función en la fecundación. La acrosina es producida y almacenada en la cabeza del espermatozoide en forma de proacrosina, que es un intermediario que se activa con un pH básico durante la reacción acrosómica, si la activación de alguna
que en pacientes con UMI con niveles bajos de PRSS37 presentan problemas de activación de la acrosina/proacrosina, implicando que esta proteína puede estar implicada en la reacción acrosómica mediante la activación de la acrosina. En los pacientes con UMI, la presencia de esta proteína era muy inferior a las muestras de los humanos control. Al estar afectada la reacción acrosómica, no se va a producir la unión entre el óvulo y el espermatozoide. 18 Las vacunas autoinmuno conceptivas parecen muy interesantes y el estudio de proteínas diana a la vez podría ayudar en el avance del estudio de las causas de UMI, así que se necesita más estudio en este campo para encontrar más posibles dianas y a la vez entender mejor todos los procesos y las proteínas implicadas en la fecundación.
5. CONCLUSIONES
La fecundación es un hecho aparentemente muy sencillo, ya que para que ocurra
“simplemente” se deben fusionar un óvulo y un espermatozoide. La realidad es mucho más compleja, dejando de lado el factor tiempo (el espermatozoide tiene que encontrarse con el óvulo y además ya tiene que haber sido capacitado), vemos que hay mucho factores implicados, incluso antes de la entrada del espermatozoide en el tracto reproductor femenino, durante la espermatogénesis. En este trabajo hemos intentando encontrar dianas que nos pueden servir como anticonceptivos masculinos no hormonales. Creemos que es un campo en el que se puede trabajar mucho ya que se estarían estudiando varias cosas a la vez, cuanto mejor entendamos los procesos de la fecundación, más podrán avanzar las técnicas de reproducción asistida y la vez, la búsqueda de anticonceptivos. Tiene una mención particular el estudio de los espermatozoides de pacientes con UMI, ya que a la vez que se intenta encontrar una solución al problema, se pueden usar esas mismas proteínas como diana para su uso como anticonceptivos y eso es lo que hemos intentado plasmar en una parte de este trabajo.
Vemos que a lo largo de los años ha habido varios acercamientos desde distintos puntos a la búsqueda de anticonceptivos no hormonales, pero por desgracia tampoco hay tantos estudios como se podría pensar al ser un campo altamente interesante y que refleja el deseo de una sociedad moderna y en constante avance, que los hombres tengan una mayor implicación en la planificación familiar y el control de la natalidad sería toda una revolución para el mundo moderno. Pero realmente parece que hay muy poca investigación en humanos y el avance es bastante lento.
Inicialmente nos parecían muy prometedores los estudios que inhiben la espermatogénesis, ya que serían el método que más eficiente, si ya no hay espermatozoides, ya no hay posibilidad de fecundación, pero no hemos encontrado demasiados estudios o los que hemos encontrados, a pesar de funcionar, el método para administrarlo no parecía muy realista a largo plazo (en el caso de BDRT por ejemplo, inyecciones perianales). A parte, de los métodos que inhiben la espermatogénesis cabe destacar BMS 189453, que es un antagonista de la vitamina A, este método a la larga puede dar problema ya que la presencia de vitamina A no es específica del aparato reproductor y creemos que se deberían hacer más estudiar para dilucidar la seguridad del uso BMS 186453 a largo plazo.
Por eso, a nuestro parecer, hay dos candidatos para ser el anticonceptivo masculino no hormonal del futuro: EPPIN y CatSper. Ambas afectan a la motilidad del espermatozoide pero en momentos distintos del desarrollo del mismo, EPPIN afecta cuando el espermatozoide está en el epidídimo, por lo tanto, aún no ha salido del tracto
inhibimos su motilidad y una vez entra en el tracto reproductor femenino ya no es funcional. EPPIN podría estar relacionado con CatSper, que también lo vemos con un gran potencial anticonceptivo. Si evitamos la hiperactivación del espermatozoide bloqueando los canales de calcio (EPPIN podría tener algo que ver en este bloqueo) tenemos un espermatozoide que no tendrá la energía necesaria para poder llevar a cabo la fecundación del óvulo.
En cuanto al método de administración aún se necesitan muchos estudios y sobretodo empezar las pruebas con humanos, pero todo parece indicar que de momento la vía de administración se EP055 y de HC-056456 (bloquean EPPIN y CatSper respectivamente) seria mediante inyecciones por vía intravenosa, en el caso de EP055 se sabe que a los 18 días pierde sus efectos, así que aproximadamente cada 15 días se tendrían que dar dosis de recuerdo. Todo parece indicar que no es el método mas cómodo, pero como ya hemos comentado, aún falta que se hagan muchos avances en el estudio de los dos compuestos que a la larga podrían significar que se podría tomar la dosis de manera oral o quizás las inyecciones podrían estar más separadas en el tiempo.
Considerando que es más seguro evitar que el espermatozoide llegue al óvulo afectando a su motilidad, que evitar su unión una vez se han encontrado, ya que se sabe que los mecanismos de fusión de los gametos son muy complejos y aún no están completamente dilucidados, por lo que, con los conocimientos que tenemos ahora, parece que lo más adecuado sería seguir avanzando en los métodos que afectan a la motilidad.
En definitiva, solo podemos esperar que con los años se siga avanzando por este camino para conseguir no solo un anticonceptivo no hormonal seguro y eficaz para los hombres, si no también una igualdad que entre hombres y mujeres que se refleje en todos los ámbitos, incluido el control de la natalidad y la planificación familiar.
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