El proceso que permite la fusión de dos células sexuales (gametos) ha sido estudiado intensamente desde su descubrimiento, hace más de 150 años. Sin embargo, todavía se desconocen muchos mecanismos que lo regulan.

Ahora, una investigación liderada por especialistas del CONICET y colegas de Israel, Suecia, Uruguay y Suiza sugiere que el fusógeno, una proteína que ayuda a que el espermatozoide y el óvulo se fusionen en la reproducción sexual, habría evolucionado a partir de una proteína de arqueobacterias, organismos ancestrales, parecidas a las bacterias que existen en el planeta desde hace más de tres mil millones de años. Los resultados se publicaron en Nature Communications.

“Del fusógeno que identificamos en arqueobacterias habrían surgido también las proteínas que hoy garantizan la reproducción sexual en plantas, animales invertebrados y protozoarios”, explica Pablo Aguilar, uno de los directores del estudio e investigador del CONICET en el Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias (IFIBYNE, CONICET-UBA), con sede en la ciudad de Buenos Aires.

Mediante la combinación de distintas disciplinas como biología computacional, cristalografía de rayos X, biología celular e inteligencia artificial, los autores del trabajo reportaron que fusógenos típicos de la reproducción de plantas, parásitos y otros organismos son homólogos (de estructura similar) a Fusexin1, un fusógeno identificado en arqueobacterias.

“Antes de este trabajo, se planteaba que los fusógenos podrían haberse originado en virus y pasado a células eucariotas, aquellas que tienen núcleo con ADN en su interior, o viceversa”, señala David Moi, primer autor del trabajo del que participó mientras se desempeñaba como becario doctoral del CONICET bajo la dirección de Aguilar en el IFIBYNE.

“Ahora, nuestro estudio sitúa el origen de los fusógenos mucho más atrás en la evolución. Tengamos en cuenta que las arqueobacterias existen en el planeta mucho antes de la aparición de los llamados organismos eucariotas (plantas, animales, hongos y muchos otros como las amebas), hace unos dos mil millones de años. De esos microorganismos primitivos procariotas, carentes de núcleo y membranas internas, habrían llegado los fusógenos a los primeros eucariotas y luego a algunos virus”, indica Aguilar, también profesor de la Universidad Nacional de San Martín (UNSAM).

Antecedentes del hallazgo y próximos pasos

En 2017, un estudio liderado por Aguilar y publicado en The Journal of Cell Biology, demostró que la proteína HAP2/GCS1 era el fusógeno de gametos que posibilita la reproducción de plantas, amebas y animales no vertebrados. “En otra investigación también descubrimos algo sorprendente, que HAP2/GCS1 es idéntica a proteínas de fusión de algunos virus como el del dengue y el de la rubeola que las usan para invadir células y comenzar el proceso infeccioso. Esto quiere decir que HAP2/GCS1 y las proteínas de fusión virales pertenecen a una misma familia de proteínas, que decidimos llamar ‘fusexinas’, con una historia genealógica o evolutiva en común”, destaca Aguilar. Y agrega: “A partir de los resultados del nuevo trabajo, postulamos la posibilidad de que el fusógeno de las arqueobacterias, Fusexin1, sea la molécula ancestral de la que derivan los fusógenos virales, vegetales y animales. Futuros estudios tendrán que desafiar esta hipótesis”.

Fusexin1 pudo haber tenido también otros papeles importantes durante la evolución. La incorporación de una bacteria al interior de una célula de arqueobacterias, evento que derivó en la aparición de la mitocondria (fábricas de energía celular), es un proceso que muy probablemente precisó de la fusión de membranas celulares. “Nos interesa investigar si las fusexinas participaron de otros eventos clave en la evolución de los primeros eucariotas”, afirma el investigador.

El trabajo también reporta que los genes de las fusexinas de arqueobacterias forman parte de fragmentos de ADN que podrían ser móviles, es decir que “viajan” entre células.  Debido a esto, Aguilar destaca que el estudio del papel de las fusexinas en arqueobacterias podría revelar nuevos mecanismos de transferencia de genes entre células procariotas. “Estos mecanismos son responsables, por ejemplo, de la generación de bacterias resistentes a múltiples antibióticos. Estudiar al conjunto entero de las fusexinas, su historia evolutiva y sus diferentes mecanismos de acción puede sentar bases para mejorar la reproducción de distintos organismos, explorar el desarrollo de tejidos con aplicaciones terapéuticas al ser moléculas que regulan la fusión de células, y también crear novedosas estrategias antivirales”, concluye el investigador del CONICET.

Referencia bibliográfica: Moi, D., Nishio, S., Li, X., Valansi, C., Langleib, M., Brukman, N. G., … & Podbilewicz, B. (2022). Discovery of archaeal fusexins homologous to eukaryotic HAP2/GCS1 gamete fusion proteins. Nature Communications, 13(1), 1-18 https://doi.org/10.1038/s41467-022-31564-1