Una enzima en el esperma es un sensor de pH
Un estudio del Instituto Max Planck de Ciencias Multidisciplinarias y la Universidad de Bonn ha demostrado que el valor del pH es crucial para la motilidad de los espermatozoides en erizos de mar y salmones.
Un aumento del pH activa la enzima adenilil ciclasa (sAC), que produce la sustancia mensajera cAMP, regulando así la motilidad espermática. Este mecanismo podría estar extendido entre muchos invertebrados marinos y peces.
Para que los espermatozoides lleguen al óvulo tras la eyaculación, se requiere un amplio arsenal de señales moleculares. Una de estas señales es un pequeño mensajero celular, llamado cAMP, que desempeña un papel fundamental en este proceso. Sin él, los espermatozoides quedan literalmente abandonados.
El cAMP hace que la cola del espermatozoide se mueva rítmicamente, similar al movimiento de las patas al nadar, impulsándolo hacia adelante. Sin embargo, la cola no solo funciona como motor, sino también como timón que controla la dirección de la natación. Los espermatozoides llegan al óvulo mediante sustancias atrayentes, que detectan con la ayuda de sensores especiales, conocidos como receptores, en sus colas. Sin cAMP, los espermatozoides no pueden moverse, lo que provoca infertilidad en humanos y animales.
¿Universal o específico?
En el esperma, el cAMP es producido por una enzima llamada adenilil ciclasa soluble (sAC). En los mamíferos, incluidos los humanos, la sAC se activa por altas concentraciones de bicarbonato (HCO₃₂) en el semen y las trompas de Falopio. Se creía que este mecanismo era universal en el reino animal, desde los corales hasta los humanos.
Sin embargo, la activación enzimática por el bicarbonato podría ser más específica de los mamíferos, como han descubierto investigadores dirigidos por Benjamin Kaupp y Olivia Kendall en estudios con erizos de mar y peces.
Imagen derecha: Eventos de señalización celular durante el desove y la activación de los espermatozoides. Paneles A-D: espermatozoides de erizo de mar; paneles E-G: espermatozoides de salmón. Crédito: Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2505026123
El valor del pH como regulador
Los erizos de mar son animales marinos espinosos que habitan el fondo marino. Se reproducen sexualmente liberando esperma y óvulos en aguas abiertas, un proceso conocido como desove masivo.
"En el esperma del erizo de mar y, en general, en los organismos marinos con fecundación externa, como los peces, la regulación del sAC por el bicarbonato es, por tanto, poco plausible, ya que la concentración en el agua de mar es hasta diez veces menor que en el esperma de los mamíferos", explica Kaupp, director emérito del Instituto Max Planck (MPI) de Ciencias Multidisciplinarias y profesor titular de la Universidad de Bonn.
"La pregunta para nosotros fue: si el bicarbonato no regula el sAC y desencadena el aumento de la concentración de cAMP, ¿Qué más lo hace?"
Como descubrieron Kaupp y Kendall en colaboración con investigadores del Centro de Medicina Reproductiva y Andrología de la Universidad de Münster, la Universidad Técnica de Berlín y el MPI de Neurobiología del Comportamiento en Bonn, el sAC en el esperma del erizo de mar es un sensor de pH: la enzima está controlada directamente por el valor del pH.
Espermatozoides más sanos gracias a un pH más alto
"Los espermatozoides permanecen completamente inmóviles en los testículos. Se vuelven móviles tras la eyaculación. Primero, el pH aumenta y el interior del espermatozoide se vuelve más alcalino. Esto activa el sAC y aumenta la concentración de cAMP. Los atrayentes que guían a los espermatozoides hacia el óvulo desencadenan un segundo aumento del pH. Esto provoca una mayor activación del sAC y un nuevo aumento en la concentración de cAMP", informa Olivia Kendall, estudiante de doctorado de la Universidad de Bonn y primera autora del artículo.
El cAMP cumple dos funciones principales
Los nuevos hallazgos del equipo de Kaupp subrayan y aclaran la importancia del mensajero cAMP en los espermatozoides. En estudios previos, el grupo ya había demostrado que el cAMP activa los canales iónicos marcapasos en los espermatozoides de erizo de mar. Estos canales están ampliamente distribuidos en la evolución y se encuentran en numerosos tejidos.
En el corazón, por ejemplo, controlan la excitación eléctrica rítmica. Los canales iónicos marcapasos también sincronizan el movimiento rítmico de natación de los espermatozoides. Esto se regula mediante el aumento y la disminución de la concentración de atrayentes que guían al espermatozoide hacia el óvulo. Este movimiento dirigido en respuesta a sustancias químicas se denomina quimiotaxis.
"En pocas palabras, nuestros resultados actuales y anteriores muestran que el cAMP cumple dos tareas centrales: inicia la motilidad y juega un importante papel en la vía de señalización quimiotáctica", explica Kaupp.
El sAC como sensor de pH en peces
La función del sAC como sensor de pH no se limita a los erizos de mar, como demostraron los investigadores en experimentos con peces. En el esperma de salmón, un valor de pH más alto también provoca un aumento del nivel de cAMP. El equipo también demostró que el sAC de erizos de mar y salmón carece de dos aminoácidos esenciales presentes en la enzima mamífera que media la respuesta al bicarbonato. Estos resultados sugieren que la regulación del pH está generalizada en invertebrados marinos y peces.
Pero ¿Por qué existen en la naturaleza dos diferentes mecanismos reguladores tan fundamentalmente? La clave está en el bajo contenido de bicarbonato en el agua. "La regulación del sAC por el pH o el bicarbonato representa una adaptación a entornos con un contenido de bicarbonato bajo o alto", afirma Kai Korsching, exestudiante de doctorado del equipo de Kaupp y actual investigador de la Universidad de Münster.
¿Reproducción en riesgo?
Los nuevos hallazgos del estudio también son relevantes en vista de la crisis climática. Dado que el pH controla la acidificación de los océanos en los organismos marinos, el cambio climático podría perjudicarlos. "La acidificación de lagos y océanos como resultado del cambio climático y el aumento de los niveles de dióxido de carbono en el aire podría afectar el éxito reproductivo de estas especies", afirma Kendall.
Los hallazgos de los investigadores se han publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences: Soluble adenylyl cyclase in nonmammalian sperm is directly controlled by pH, not by HCO3− or Ca2+
